季节性冻土区铁路隧道防冻措施及温度场变化规律研究

摘要

随着我国经济的快速发展，基础设施建设也进入快速发展时期，加之西部交通发展战略，隧道工程逐步向高海拔严寒地区发展。但寒冷地区的病害，大大影响了隧道功能的使用，严重威胁行车安全。隧道冻害是影响其结构稳定与行车安全的重要原因，处于严寒地区的隧道都极易发生冻害。因此，采取有效措施防止隧道产生冻害，是隧道工程界迫切需要解决的问题。近20年来，针对寒区隧道温度场分布规律及冻害防治技术等各国学者进行了相对系统的研究，同时也提出了很多理论和方法。这些理论及方法为寒区隧道的抗防冻胀设计与施工提供了依据。但由于隧道具有特殊的工程特性，如地理位置、地质条件、复杂环境以及施工技术水平等，目前仍存在很多问题需要进一步研究。 本文在查阅国内外文献资料的基础上，以陈家沟铁路隧道为背景，开展了隧道冻害发生机理、防治措施及温度场分布规律三方面的研究，研究内容包括： (1)围岩冻胀特性、混凝土冻胀特性与隧道冻害发生的机理；(2)隧道冻害程度进行等级划分； (3)从防排水和保温两方面研究冻害的防治措施，并探讨了新型的防水层铺设方法； (4) 以陈家沟隧道为背景，采用数值方法，分别分析了保温层厚度以及保温防护段长度对隧道温度场的影响，提出了防冻胀措施。

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1.1 研究课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容

2.1 工程概况

2.2 地质条件

2.3 气象条件

2.4 水文地质特征

2.5 不良地质及特殊岩土

2.6 陈家沟隧道防冻胀措施

3.1 围岩冻胀特性

3.2 混凝土的冻胀特性

表2-1 严寒地区隧道分类

3.3 地下水的影响

3.4 衬砌背后积水导致隧道发生冻害

3.5 本章小结

4.1 冻害等级划分

表3-1 隧道冻害分级

4.2 隧道防排水技术

图4-2 围岩注浆施工图

图4-3 密贴法结构示意图

图4-4 密贴法与普通防水工法构造图

图4-5 密贴法施工顺序图

图4-6 LV组件结构示意图

图4-7 LV组件实物图

图4-8a LV组件安装立面示意图 图4-8b LV组件平面安装示意图

图4-9 LV法铺设防水板的工艺流程图

图4-10 LV法铺设防水板

4.3 隧道的保温技术

5.1 保温材料比选

表5-1 保温材料的防火阻燃性能评定

表5-2 物理参数和热学参数比较

5.2 隧道温度场分析

图5-2 对流示意图

图5-3 单元体热流量图

5.3 温度场分析

图5-4 陈家沟隧道断面图

图5-5 热流量与的关系图

表5-3 材料热物理参数

表5-4 断面情况表

图5-6 计算模型图

图5-7 距洞口200 m温度场的云图

5.4 本章小结

6.1 结论

6.2 展望