昆仑山铁路隧道与拟建公路隧道合理间距概述

《昆仑山铁路隧道与拟建公路隧道合理间距概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、昆仑山铁路隧道与拟建公路隧道合理间距概述第一章绪论1.1问题的提出及研究意义有别于其他地区的隧道工程，寒区隧道会出现冻害，因此分析隧道结构及附近围岩的温度场成了此类隧道设计、施工的重要关键。随着经济的日益增长和城市轨道交通的不断发展，以后会出现更多的寒区隧道。在我国寒区工程建设地区，将会遭遇到环境问题的严峻挑战，为了尽量缩小环境破坏的范围，同时便于参考已建成线路进行勘察、设计、施工，可以预见必然会出现较多的新建隧道与已建隧道相邻的情况。这势必造成建筑物之间产生错综复杂的关系，由此可能带来了一些潜在风险事件。困难情况下，某些隧道之间的水平间距会只

2、有不到50m，如果新建隧道与已建隧道间距太小，则会使已有隧道的冻害问题变得更加严重。因此，必须要从温度方面判断两座隧道的合理间距和位置，使新隧道通车时，对既有隧道原有温度场的干扰能够恢复到一个比较低的数值上，同时在施工期间加强对既有隧道的监控，确保能在第一时间发现可能出现的异常情况。这样，不仅保证既有隧道的安全，还最大限度保护了原有的环境，节省了投资。常见冻害包括衬砌冻胀开裂、剥落、冰锥、冰柱、突水、积水等[1]。近30余年来，人们越来越多地开始利用计算传热学的知识，采用数值方法求解传热问题。利用数值方法解传热问题的大致思路是：建立能够解决实际

3、问题数学模型，利用离散化处理的数值计算方法，再经过运用C、C++、FORTRAN、脚本语言等来编程求解实际工程中的传热问题。[2]本文围绕已建成通车的青藏铁路昆仑山铁路隧道展开，并在距离该隧道水平位置25m~35m范围内拟建一个新的公路隧道，运用该地区已建立的微分方程式，充分发挥计算传热学能在较短时间内研究和解决复杂实际传热问题的优势[2]，首先研究新建公路隧道从施工开始对昆仑山铁路隧道既有温度场影响的变化规律，然后研究不同间距的新建公路隧道对昆仑山铁路隧道温度场的不同影响。计算中还考虑了地表温度变化、洞内温度变化和施工期间洞内温度变化等不同的

4、边界条件，最后确定出在温度影响下新建公路隧道与昆仑山铁路隧道的最小间距。.1.2国内外研究现状多位学者和工程人员在寒区工程的计算模型和有限元分析方面做了大量工作。在国外，Bonacina等[3](1973)求得了带相变热传导非线性温度场的数值求解方法。ini等[4](1974)使用有限元方法研究了带相变非线性热传导温度场。Syks等(1974)仅考虑了热对流的影响，用有限元数值模拟计算了多年冻土区的热油管道2维冻土融化固结的课题。Morgenstern等(1979)加上了热力的考虑，得到1维情况下多冰冻土融化固结的解析解。Heuer等[5](1

5、979)分析出了阿拉斯加州地区的输油管道四周冻土的温度场。Shamsundar(1982)分析了制冷管中流体温度的改变规律，通过研究圆形制冷管附近土壤的冻融特性。Zarling等[6](1983)报告了有关考虑空气对流的冻土温度场分布和变化情况（第4届国际永久冻土学会议）。Lunardin(1991)讨论了隧道围岩的温度特征（应用了Shamsundar在1982年有关制冷管中流体温度的改变规律）。B.A.KurdishMariaZaitsev(1992)指出了预报冻土的方法，还给出多年冻土融化期间热融沉降量的计算方法。Dennis等(1996)

6、[7]深入研究了冻结的过程，并且做了体系化的试验分析。Grechishchev等(1998)分析了含盐土冻结过程中冰、小孔隙水溶液与大孔隙水溶液互相的相转换机理，还创建了冻融过程中相互转换的动态物理化学模型（考虑了热动力学平衡条件与热质迁移运动学原理）。Sheshukov等(1998)创建了含盐土体冻融过程中水、盐及热的迁移模型，还做了数值模拟。Goreing等[8](2000)分析了冻土区铁路路基温度场受空气对流传热的影响。Goreing等[9](2003)还做了各种被动冷却方法对铁路路基温度场造成的影响。.第二章寒区隧道围岩冻融分析的理论基

7、础2.1影响既有隧道温度场的基本因素隧道不会发生冻胀破坏。岩体温度仍与开挖前的温度相当，在冻结围岩中开挖隧道的冻结圈也不会发生融化，在未冻围岩中开挖隧道不会构成新的冻结圈。这是因为空气传递给岩体的热量和岩体本身散失的热量到达动态平衡。实际情况：隧道会发生冻胀破坏。隧道附近岩体自身散失的热量要大于空气传递给岩体的热量，隧道附近岩体产生新的冻土层，新冻土层形成产生的冻胀力会破坏到隧道结构。这是因为高寒地区的终年温度在零度以下的天数很长，随着每一天的推移，围岩中的温度会缓慢下降。此外，多年冻土地区的隧道洞口反而会出现外界空气传递给岩体的热量大隧道附近

8、岩体自身散失的热量的情况，使得原冻土层融化，严重时造成进口段塌方。岩石成分和性质主要是通过其热物理参数和含水量来影响温度场，显著影响到冻土的发育。..