高寒隧道保温层和含水空洞对结构影响研究

发布时间：2021-10-17 15:49

　　为研究冻胀力对结构影响的量值大小,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过室内试验、导热系数测试和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立仅考虑围岩冻胀的计算模型,研究保温层和初期支护背后含水空洞对衬砌结构内力和位移的影响。研究结果表明:（1）保温层对衬砌结构的内力减少百分比随着计算时间的增加而有所降低,但总体保温效果较好,保温层的存在推迟了衬砌结构冻胀内力出现的时间;（2）含水空洞对结构内力影响较大,有保温层时含水空洞的存在使初期支护最大拉应力、压应力值增大,而二次衬砌最大拉应力、压应力减小,无保温层时衬砌结构的最大拉应力、压应力均增大,且对初期支护的影响明显大于二次衬砌;（3）保温层能有效减小衬砌结构的最大位移,含水空洞的存在使衬砌结构由冻胀力产生的最大位移值减小,且不论是否有保温层和含水空洞,衬砌结构的最大位移均位于仰拱位置;（4）研究说明保温层和含水空洞对结构影响较大,实际工程应注意保证保温层的质量并避免含水空洞的出现。 

【文章来源】：公路. 2020,65(10)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

数值计算模型示意

衬砌结构拱顶背后无空洞时的内力计算结果对比如图3所示，拱顶背后有含水空洞时的内力计算结果对比如图4所示（嵌入图表示有保温层时衬砌结构的内力变化规律）。由图3、图4可知，随着计算时间的增加，保温层对冻胀内力量值减少百分比有逐渐减小的趋势，但总体上能有效减少衬砌结构的冻胀内力，且增设保温层后衬砌结构的冻胀内力出现时间有所推迟；无空洞时，计算时间达到12d开始出现冻胀内力，随着计算时间的增加，初期支护冻胀内力减少百分比呈现先减小后增大再减小的趋势，而二次衬砌结构冻胀内力减少百分比则逐渐减小；当计算时间为60d时，增设保温层后，初期支护最大拉应力由118.3kPa减少至19.8kPa，减少了83.3%，最大压应力由48.7kPa减少至8.2kPa，减少了83.2%，二次衬砌最大拉应力由159.3kPa减少至30.1kPa，减少了81.1%，最大压应力由291.2kPa减少至55.3kPa，减少了81.0%；衬砌拱顶背后有含水空洞时，增设保温层后计算时间为32d时衬砌结构开始出现冻胀内力，冻胀内力减小百分比随计算时间逐渐减小；当计算时间为60d时，初期支护最大拉应力由3 100.4kPa减少至146.7kPa，减少了95.3%，最大压应力由5 975.0kPa减少至201.6kPa，减少了96.6%，二次衬砌最大拉应力由475.7kPa减少至14.7kPa，减少了96.9%，最大压应力由332.8kPa减少至25.4kPa，减少了92.4%。图3 无空洞时衬砌结构冻胀内力随计算时间变化

无空洞时衬砌结构冻胀内力随计算时间变化

【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土隧道的保温隔热层参数设计新方法[J]. 周元辅,张学富,周元江.  科学技术与工程. 2017(14)
[2]荷载结构模型在拱顶空洞存在情况下的修正[J]. 应国刚,张顶立,陈立平,房倩,张成平.  土木工程学报. 2015(S1)
[3]青藏铁路多年冻土隧道隔热保温研究[J]. 刘小刚.  隧道建设. 2010(03)

硕士论文
[1]含空洞的高铁隧道衬砌损伤与结构寿命的关系研究[D]. 李东清.北京建筑大学 2018
[2]山岭浅埋隧道衬砌背后空洞的危害与防治研究[D]. 廉海亮.西南科技大学 2018
[3]高速公路隧道衬砌背后空洞影响及安全性分析[D]. 周强.重庆交通大学 2013



本文编号：3442014