基于热工理论计算的高寒隧道保温防冻技术研究

发布时间：2017-05-02 00:06

  本文关键词：基于热工理论计算的高寒隧道保温防冻技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着西部大开发战略的推进,越来越多的隧道在青藏高原等高海拔山区修建完成。高原地区气候寒冷,隧道设计和施工中必须采取有效的防寒和保温措施以抵御冻害。目前已建成的高寒隧道中,衬砌结冰、开裂、路面积冰等病害时有发生,这些病害影响隧道的正常运营使用,严重影响行车和行人安全。温度对高寒冻土的影响非常明显,高海拔山区的公路隧道,围岩的温度场会因隧道内空气的温度的变化而产生很大影响。洞内环境空气温度上升会使热量传向围岩,导致围岩融化深度增大,对隧道的运营安全产生不良影响。同时车流活塞风也会引起洞内外的温度热交换,对隧道纵向温度场产生影响,从而影响纵向保温层的布设长度。精准的预测与分析隧道的温度场规律,得出实际的隧道温度场分布,对隧道设计中的防冻保温设计非常重要。引起隧道冻害的原因是隧道围岩和衬砌中存在负温区,只有对高寒隧道的温度场分布规律有正确的了解,才能从根源上对高寒隧道进行更有效的防冻设计。本文以西藏拉丁拉山隧道工程为背景,依据现场实测数据和数值模拟分析,总结出高寒隧道温度场在围岩纵向、径向的分布规律。并根据所得规律总结出高寒隧道的防冻保温措施。研究内容主要包括:(1)通过搜集文献,分析了温度场研究成果、高寒隧道的冻胀机理以及国内外典型高寒隧道的防治方案。(2)对现场实际监测数据进行分析研究,总结出了隧道围岩和洞内环境温度场的变化规律。(3)介绍了热力学基本理论,并用数值模拟方法进行计算,研究了隧道开挖后未支护前随暴露时间变化,围岩温度场的变化规律。(4)通过数值模拟,对保温隔热层在不同铺设方式、不同厚度和不同导热系数时的保温效果进行对比分析,为保温层的设计提供了理论依据。(5)本文的依托工程拉丁拉山隧道采取的防冻措施主要有衬砌内表面贴保温层、衬砌中砼添加纤维素纤维、设变形缝、中央排水沟保温和电加热等。除此之外,还提出了高寒隧道的综合防冻保温方案,包括防排水措施、保温供热措施和加强结构衬砌结构性能措施等。
【关键词】：高寒隧道 温度场 保温隔热层 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U457
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的与意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-17
• 1.3.1 高寒隧道温度场研究现状11-14
• 1.3.2 高寒隧道冻胀机理国内外研究现状14-15
• 1.3.3 高寒隧道防寒保温技术国内外研究现状15-17
• 1.4 目前存在问题17-18
• 1.5 本文研究内容及思路18-19
• 第二章 拉丁拉山隧道温度场监测和结果分析19-38
• 2.1 项目依托19-22
• 2.1.1 隧址区水文气象19
• 2.1.2 隧址区地质概况19-20
• 2.1.3 隧道围岩支护参数20-21
• 2.1.4 隧道保温措施21-22
• 2.2 隧道环境温度监测22-27
• 2.2.1 隧道温度监测方案22-23
• 2.2.2 隧道洞外大气温度实测数据分析23-24
• 2.2.3 隧道洞内温度实测分析24-27
• 2.3 隧道围岩温度监测27-36
• 2.3.1 不同断面围岩温度随时间变化规律28-32
• 2.3.2 隧道温度场径向分析32-34
• 2.3.3 隧道温度场纵向分析34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 数值模拟隧道温度场分布规律38-48
• 3.1 温度场相关理论38-42
• 3.1.1 温度场的分类38-39
• 3.1.2 热传递基本形式39-40
• 3.1.3 两类热传导方程40-41
• 3.1.4 焓模型41-42
• 3.1.5 伴有相变的温度场计算控制方程42
• 3.2 物理参数的确定42-43
• 3.2.1 围岩热力学参数43
• 3.2.2 混凝土热力学参数43
• 3.2.3 保温材料43
• 3.3 围岩径向温度场随时间的变化43-47
• 3.3.1 模型的建立44
• 3.3.2 计算结果分析44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 高寒隧道保温材料对比分析48-61
• 4.1 保温材料概述48-50
• 4.1.1 保温材料的分类48
• 4.1.2 保温材料的选择48-50
• 4.2 保温层参数对比研究50-58
• 4.2.1 不同铺设方式的保温性能对比51-53
• 4.2.2 不同导热系数的保温性能对比53-56
• 4.2.3 不同厚度保温性能对比56-58
• 4.3 铺设保温层后围岩温度场变化58-60
• 4.3.1 建立模型58-59
• 4.3.2 计算分析59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 高寒隧道防寒保温措施研究61-70
• 5.1 高寒隧道冻害类型和成因61-62
• 5.1.1 冻害类型61-62
• 5.1.2 冻害成因62
• 5.2 高寒隧道防排水措施62-64
• 5.2.1 注浆止水63
• 5.2.2 表面封闭法63
• 5.2.3 铺设防水材料63
• 5.2.4 排水系统的完善63-64
• 5.3 高寒隧道保温供热措施64-67
• 5.3.1 保温措施64-67
• 5.3.2 供热措施67
• 5.4 加强衬砌结构性能67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果76

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