隧道密闭空气层保温隔热性能研究文献综述

 2022-10-11 14:24:09

文献综述(或调研报告):

想从根本上解决冻害问题,就必须从冻害机理入手,了解冻害发生的基本条件与必要因素。魏星星,郑波等[1]通过分析前人的研究总结出寒区隧道冻害产生的基本条件有:①环境温度在冰点上下长时间反复作用,形成冻融循环;②衬砌背后及围岩中含有充足的初始水分或有水源补充;③衬砌与围岩之间存在空隙。

关于隧道冻胀理论的研究,北川修山(1987)等[2]提出了围岩含水风化层冻胀理论,指出衬砌冻胀是由于围岩与衬砌之间风化层中水结冰而引起的,而张祉道(2004)等[3]在此理论基础上推导出了含水风化层冻胀时衬砌的荷载计算式;吴紫汪,赖远明(1999)等[4]提出岩石圈整体冻胀理论,认为冻胀是由于围岩中的孔隙水冻结体积膨胀造成的,并通过假设围岩与衬砌均为弹性体得到了理论公式;王建宇(2004)等[5]提出局部存水空间理论,较好地解释了隧道施工缺陷导致的围岩与衬砌之间 余留空隙对衬砌冻胀的影响。

国内已建成的及正在修建的寒区隧道广泛采用在衬砌结构上铺设隔热保温层的方式来预防或减轻冻害。范东方,夏才初等[6]从不同类型冻土的特点、施工扰动等角度出发,结合鄂拉山公路隧道工程对寒区隧道工程中隔热保温层的作用进行了分析。得出保温层的作用,如防止多年冻土融化或者减小融化圈范围,防止季节冻土冻结或者减小冻结圈范围等。

国内寒区隧道的建设中有很多对保温层的研究和施工案例,从铺设保温隔热材料到设置空气层再到数值模拟研究,这些研究为寒区隧道施工提供了优秀的指导。

吴紫汪,赖远明(2003)等[7]阐述了寒区隧道的特殊性并提出了寒区隧道分区和分类;总结了寒区冻害机制并提出“防水、排水、防冻胀”的防治原则。以大坂山隧道工程为例,首次提出以硬质聚氨酯(PU)、干法硅酸铝纤维板和无机玻璃钢组成的三层复合结构作为隧道衬砌保温层,防止排水设施和排水通道冻结。

孙文昊(2005)[8]通过对鹧鸪山隧道内气温、二次衬砌表面温度、二次衬砌背后及一定深度的围岩体的温度的监测和分析,得出了隧道内不同部位的温度变化规律。通过计算分析确定了隔热层设防的临界温度以及保温隔热层的设防长度。并首次考虑了隔热层与洞内空气温度变化的相互影响,并求出了隔热层的隔热效应对设防长度的影响修正系数。并在鹧鸪山隧道平导出口段对选定的三种不同材料进行了现场试验,对各种材料的保温性能以及现场的实用性进行了评价,并对隔热层的最终实施提出了指导意见。

谭贤君(2010)[9]以嘎隆拉隧道工程为依托,提出了计算低温相变岩土类材料导热系数的新方法;建立了考虑空气温度和湿度影响的隧道风流场湍流模型;提出了考虑岩石冻融影响的损伤因子,建立了能够反映西藏嘎隆拉隧道围岩应力-应变关系的冻融损伤本构模型;建立了通风条件下寒区隧道温度-渗流-应力-损伤耦合模型;研制了一种高性能泡沫混凝土,通过试验研究了其保温性能和冻融劣化规律,并通过数值分析研究了其在寒区隧道中的保温效果;研制了隧道远程无线监测及健康诊断系统;确定了嘎隆拉隧道防寒保温材料的类型、厚度、安装位置和设防长度,得到了极端气候条件下嘎隆拉隧道围岩冻胀力大小,并对其在长期冻融循环荷载作用下的稳定性进行了分析。

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