寒冷地区公路隧道病害处治技术研究
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摘要
随着我国西部大开发和振兴东北老工业基地等国策的实施,在西部高海拔与东北部寒冷地区修建的隧道将会越来越多。这些地区因其特殊的气候环境,极易产生隧道病害。如:隧道衬砌因冻胀而开裂、酥碎、剥落;隧道顶部、边墙挂冰、底部积冰、道床冻胀;隧道洞门墙开裂;隧道洞口处的热融滑塌等。这些病害不仅严重消弱了隧道的使用寿命,而且直接威胁到运营行车的安全。为此,本文开展了寒区隧道病害处治技术的研究。
本文详细分析了寒区隧道的主要病害类型,并分别从隧道渗漏水与衬砌开裂两个方面阐述了病害的形成原因与作用机理。
通过对国内外寒区隧道防冻措施的研究,对隧道温度场的测试和冻害机理特征的多角度分析,揭示了隧道围岩的温度场随时间的各种变化规律,并阐述了对应的各种防治措施。在此基础上提出隧道防排水为主、隔热保温多道防线的综合处治技术。
本文通过对寒区隧道洞内外气温及不同深度的围岩温度进行监测和分析,得到了隧道内不同部位的温度场分布规律,得出了寒区隧道的冻结深度,并绘制出隧道围岩冻结圈,为防冻保温层的设计提供了依据。
根据热传导的原理,结合有限单元法,阐述了隧道温度场、温度应力的理论计算方法,并应用ANSYS有限元分析软件,对寒区隧道温度场、温度应力进行数值模拟,验证了保温层在隧道防冻中起到了较好作用。
Along with the policy implementation of western region development and rejuvenating northeast old industrial base of our country, There are will be more and more tunnels in high altitude and northeast cold region. Because of the special climate of these areas, it could generate tunnel disease easily. Such as: crack, crisp, spalling because of frost heaving of the tunnel lining; ice on the top and side-wall of tunnel even in the bottom, frost heaving of track-bed; crack of the wall of tunnel entrance; hot melt slump of the tunnel entrance etc. These diseases not only severely weakened tunnel using life, but also a direct threat to the safe operation of driving. Therefore, this paper develop the research on disposal methods of tunnel damages in cold area.
This paper analyses the main type of tunnel diseases in cold area, and separately narrates reasons and mechanism of action of tunnel damages in two aspects of water leaking in the tunnel and crack of tunnel lining.
On the base of investigating and analyzing all kinds of anti-freezing measurements applied in the worldwide, by means of monitoring and analyzing of temperature field and characters of cold damages mechanics, discovered the regularity of temperature field as the time and all kinds of the reasons of cold damages. Moreover, aiming at characters of highway tunnels in cold areas, this paper puts forward comprehensive heat preservation and antifreeze measures by the most of waterproof and drainage.
By means of monitoring and analyzing of air temperature, this paper gets variation laws of temperature of different position inside tunnel.
According to the principle of heat, combined with finite element method, this paper expounds the tunnel of temperature field, temperature stress theoretical calculation method, and application of ANSYS to analysis cold temperature fieldandtemperature stress in the tunnel, the treatment of heat preservation plays a good effect to anti-freeze.
本文详细分析了寒区隧道的主要病害类型,并分别从隧道渗漏水与衬砌开裂两个方面阐述了病害的形成原因与作用机理。
通过对国内外寒区隧道防冻措施的研究,对隧道温度场的测试和冻害机理特征的多角度分析,揭示了隧道围岩的温度场随时间的各种变化规律,并阐述了对应的各种防治措施。在此基础上提出隧道防排水为主、隔热保温多道防线的综合处治技术。
本文通过对寒区隧道洞内外气温及不同深度的围岩温度进行监测和分析,得到了隧道内不同部位的温度场分布规律,得出了寒区隧道的冻结深度,并绘制出隧道围岩冻结圈,为防冻保温层的设计提供了依据。
根据热传导的原理,结合有限单元法,阐述了隧道温度场、温度应力的理论计算方法,并应用ANSYS有限元分析软件,对寒区隧道温度场、温度应力进行数值模拟,验证了保温层在隧道防冻中起到了较好作用。
Along with the policy implementation of western region development and rejuvenating northeast old industrial base of our country, There are will be more and more tunnels in high altitude and northeast cold region. Because of the special climate of these areas, it could generate tunnel disease easily. Such as: crack, crisp, spalling because of frost heaving of the tunnel lining; ice on the top and side-wall of tunnel even in the bottom, frost heaving of track-bed; crack of the wall of tunnel entrance; hot melt slump of the tunnel entrance etc. These diseases not only severely weakened tunnel using life, but also a direct threat to the safe operation of driving. Therefore, this paper develop the research on disposal methods of tunnel damages in cold area.
This paper analyses the main type of tunnel diseases in cold area, and separately narrates reasons and mechanism of action of tunnel damages in two aspects of water leaking in the tunnel and crack of tunnel lining.
On the base of investigating and analyzing all kinds of anti-freezing measurements applied in the worldwide, by means of monitoring and analyzing of temperature field and characters of cold damages mechanics, discovered the regularity of temperature field as the time and all kinds of the reasons of cold damages. Moreover, aiming at characters of highway tunnels in cold areas, this paper puts forward comprehensive heat preservation and antifreeze measures by the most of waterproof and drainage.
By means of monitoring and analyzing of air temperature, this paper gets variation laws of temperature of different position inside tunnel.
According to the principle of heat, combined with finite element method, this paper expounds the tunnel of temperature field, temperature stress theoretical calculation method, and application of ANSYS to analysis cold temperature fieldandtemperature stress in the tunnel, the treatment of heat preservation plays a good effect to anti-freeze.
引文
[1]重庆市交通科学研究院.公路隧道设计规范(JTG D70-2004)[M].北京:人民交通出版社,2004
[2]中华人民共和国交通运输部.2007年公路水运交通行业发展统计公报[EB/OL],http://www.moc.gov.cn/zhuzhan/tongjixinxi/fenxigongbao/tongjigongbao/t20080418_480524.htm.2008
[3]王建宇.隧道工程的进步技术[M].北京:中国铁道出版社,2004
[4]陈建勋.公路隧道冻害防治技术[D].长安大学硕士学位论文,2004
[5]吴剑.隧道冻害机理及冻胀力计算方法的研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2004
[6]铁道第三勘察设计院.冻土工程[M].北京:中国铁道出版社,2002
[7]王余富.寒区公路隧道温度场特征研究[D].长安大学硕士学位论文,2006
[8]孙文昊.寒区特长公路隧道抗防冻对策研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2005
[9]苏林军.寒区隧道冻害预测与对策研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2007
[10]白国权.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[11]张祉道.高海拔及严寒地区隧道防冻设计[J].现代隧道技术,2004 41(3)
[12]方梁正.公路隧道渗漏与冻害防治研究[D].长安大学硕士学位论文,2001
[13]马建新.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[14]王战兵.隧道病害处治研究[D].长安大学硕士学位论文,2004
[15]李清.高寒地区隧道结构受力性状研究[D].长安大学硕士学位论文,2006
[16]刘会迎.公路隧道病害成因机理及防治措施研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2007
[17]刘新军.寒区隧道支护设计理论初探[D].西安科技大学硕士学位论文,2006
[18]傅志训.隧道病害处治研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[19]吕康成,崔凌秋,解赴东.寒区隧道春融期渗漏水原因分析及预防方法[J].现代隧道技术,2001 38(4)
[20]吕康成,崔凌秋.寒冷地区隧道渗漏与冻害综合防治技术[J].公路,2006,38(4)
[21]吕康成,崔凌秋.寒冷地区隧道春融期冻害防治研究[A],2005年全国公路隧道学术论文集[C]
[22]吕康成,崔凌秋.隧道防排水工程指南[M].北京:人民交通出版社,2005
[23]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003
[24]关宝树.隧道工程维修管理要点集[M].北京:人民交通出版社,2004
[25]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003
[26]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999
[27]李维特,黄保海,毕仲波.热应力理论分析及应用[M].北京:中国电力出版社,2004
[28]袁勇.混凝土结构早期裂缝控制[M].北京:科学出版社,2004
[29]过镇海.钢筋混凝土原理[M].北京:清华大学出版社,1999
[30]谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法[M].北京:机械工业出版社,1981
[31]曹红奋,梅国梁.传热学[M].北京:人民交通出版社,2004
[32]姚仲鹏,王瑞君.传热学[M].北京:北京理工大学出版社,2003
[33]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社,2002
[34]朱伯芳.有限单元法原理和应用[M].北京:水利电力出版社,1979
[35]谢洪强,李永林.寒区隧道结构抗防冻试验研究及仿真分析[J].公路,2006,2
[36]长珲高速公路建设办公室,长安大学.《隧道防水防冻技术方案》[R].2002
[37]吉林省公路勘测设计院.新交洞隧道施工图设计.2002
[38]赵炜璇.冻融环境下混凝土结构温度场及温度应力分析研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2006
[39]吕康成,谢赴东.寒区隧道围岩导温系数反分析[J].公路,2000,32(4)
[40]吕康成,崔凌秋.季冻区隧道渗漏与冻害防治研究[J].公路,2005,6
[41]水伟厚,高广运,韩晓雷,吕康成.寒区隧道围岩导温系数及其冻深分析[J].地下空间,2002,22(4)
[42]钱彪.矿山巷道围岩导温系数测定[J].煤炭工程师,1996,2
[43]崔凌秋,辛德刚.吉林地区道路冻深影响因素分析[J].辽宁交通科技,2004,1
[2]中华人民共和国交通运输部.2007年公路水运交通行业发展统计公报[EB/OL],http://www.moc.gov.cn/zhuzhan/tongjixinxi/fenxigongbao/tongjigongbao/t20080418_480524.htm.2008
[3]王建宇.隧道工程的进步技术[M].北京:中国铁道出版社,2004
[4]陈建勋.公路隧道冻害防治技术[D].长安大学硕士学位论文,2004
[5]吴剑.隧道冻害机理及冻胀力计算方法的研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2004
[6]铁道第三勘察设计院.冻土工程[M].北京:中国铁道出版社,2002
[7]王余富.寒区公路隧道温度场特征研究[D].长安大学硕士学位论文,2006
[8]孙文昊.寒区特长公路隧道抗防冻对策研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2005
[9]苏林军.寒区隧道冻害预测与对策研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2007
[10]白国权.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[11]张祉道.高海拔及严寒地区隧道防冻设计[J].现代隧道技术,2004 41(3)
[12]方梁正.公路隧道渗漏与冻害防治研究[D].长安大学硕士学位论文,2001
[13]马建新.高寒地区特长公路隧道温度场及保温隔热层方案研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[14]王战兵.隧道病害处治研究[D].长安大学硕士学位论文,2004
[15]李清.高寒地区隧道结构受力性状研究[D].长安大学硕士学位论文,2006
[16]刘会迎.公路隧道病害成因机理及防治措施研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2007
[17]刘新军.寒区隧道支护设计理论初探[D].西安科技大学硕士学位论文,2006
[18]傅志训.隧道病害处治研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2006
[19]吕康成,崔凌秋,解赴东.寒区隧道春融期渗漏水原因分析及预防方法[J].现代隧道技术,2001 38(4)
[20]吕康成,崔凌秋.寒冷地区隧道渗漏与冻害综合防治技术[J].公路,2006,38(4)
[21]吕康成,崔凌秋.寒冷地区隧道春融期冻害防治研究[A],2005年全国公路隧道学术论文集[C]
[22]吕康成,崔凌秋.隧道防排水工程指南[M].北京:人民交通出版社,2005
[23]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003
[24]关宝树.隧道工程维修管理要点集[M].北京:人民交通出版社,2004
[25]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003
[26]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社,1999
[27]李维特,黄保海,毕仲波.热应力理论分析及应用[M].北京:中国电力出版社,2004
[28]袁勇.混凝土结构早期裂缝控制[M].北京:科学出版社,2004
[29]过镇海.钢筋混凝土原理[M].北京:清华大学出版社,1999
[30]谢贻权,何福保.弹性和塑性力学中的有限单元法[M].北京:机械工业出版社,1981
[31]曹红奋,梅国梁.传热学[M].北京:人民交通出版社,2004
[32]姚仲鹏,王瑞君.传热学[M].北京:北京理工大学出版社,2003
[33]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社,2002
[34]朱伯芳.有限单元法原理和应用[M].北京:水利电力出版社,1979
[35]谢洪强,李永林.寒区隧道结构抗防冻试验研究及仿真分析[J].公路,2006,2
[36]长珲高速公路建设办公室,长安大学.《隧道防水防冻技术方案》[R].2002
[37]吉林省公路勘测设计院.新交洞隧道施工图设计.2002
[38]赵炜璇.冻融环境下混凝土结构温度场及温度应力分析研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2006
[39]吕康成,谢赴东.寒区隧道围岩导温系数反分析[J].公路,2000,32(4)
[40]吕康成,崔凌秋.季冻区隧道渗漏与冻害防治研究[J].公路,2005,6
[41]水伟厚,高广运,韩晓雷,吕康成.寒区隧道围岩导温系数及其冻深分析[J].地下空间,2002,22(4)
[42]钱彪.矿山巷道围岩导温系数测定[J].煤炭工程师,1996,2
[43]崔凌秋,辛德刚.吉林地区道路冻深影响因素分析[J].辽宁交通科技,2004,1
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