目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 高巖溫隧道典型特征 1
1.1.1 地形地貌特征 1
1.1.2 地層巖性特征 3
1.1.3 地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)特征 3
1.1.4 熱害特點(diǎn)及研究意義 4
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 地?zé)岢梢蜓芯楷F(xiàn)狀 5
1.2.2 隧道溫度場(chǎng)研究現(xiàn)狀 8
1.2.3 隧道熱害控制方法研究現(xiàn)狀 9
第2章 隧道選址區(qū)域地?zé)岢梢蚍治?14
2.1 尼格隧道工程概況 14
2.1.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 15
2.1.2 初期地溫、放射性及地應(yīng)力測(cè)試 15
2.1.3 氣象條件 18
2.1.4 隧道熱害分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 18
2.1.5 隧道主體工程設(shè)計(jì) 20
2.2 區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)背景 28
2.2.1 區(qū)域地貌特征 28
2.2.2 地層巖性特征 28
2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震特征 28
2.2.4 水文地質(zhì)特征 33
2.3 地?zé)崴�化學(xué)特征 35
2.3.1 水的理化特征 35
2.3.2 離子關(guān)系分析 37
2.3.3 氫氧同位素、鍶同位素分析 37
2.4 熱儲(chǔ)分布特征 39
2.4.1 熱儲(chǔ)溫度分析 39
2.4.2 熱儲(chǔ)深度分析 42
2.5 熱源及控?zé)針?gòu)造模型 42
2.5.1 熱源分析 42
2.5.2 高巖溫隧道控?zé)針?gòu)造模型 43
2.6 高地溫隧道勘察選線方法 45
2.6.1 高地溫區(qū)隧道勘察重點(diǎn) 45
2.6.2 高地溫區(qū)隧道勘察技術(shù) 45
2.6.3 高地溫區(qū)隧道線位優(yōu)選 46
第3章 高巖溫隧道圍巖溫度場(chǎng)演化規(guī)律 48
3.1 隧道圍巖溫度場(chǎng)隨時(shí)性分析理論 48
3.1.1 熱傳導(dǎo)基本理論 49
3.1.2 隧道圍巖溫度場(chǎng)計(jì)算模型及假定 50
3.2 隧道圍巖溫度場(chǎng)數(shù)值模擬方法及驗(yàn)證 50
3.2.1 計(jì)算原理 50
3.2.2 有限元分析模型 51
3.2.3 數(shù)值模擬方法驗(yàn)證 52
3.3 施工期圍巖溫度場(chǎng)隨時(shí)性演化規(guī)律 54
3.3.1 工況設(shè)置 54
3.3.2 仿真結(jié)果和討論 57
3.4 運(yùn)營(yíng)期圍巖溫度場(chǎng)隨時(shí)性演化規(guī)律 61
3.4.1 工況設(shè)置 61
3.4.2 仿真結(jié)果和討論 62
第4章 高巖溫隧道洞內(nèi)熱氣流響應(yīng)特征 65
4.1 隧道洞內(nèi)熱氣流響應(yīng)分析理論 65
4.1.1 熱對(duì)流基本理論 65
4.1.2 隧道洞內(nèi)氣流場(chǎng)計(jì)算模型及假定 66
4.2 隧道熱氣流響應(yīng)數(shù)值模擬方法及驗(yàn)證 67
4.2.1 隧道熱氣流現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 67
4.2.2 隧道熱氣流數(shù)值仿真 68
4.3 高巖溫隧道熱氣流響應(yīng)特征 70
4.3.1 計(jì)算工況 70
4.3.2 高地溫隧道氣溫特征 72
4.3.3 高地溫隧道風(fēng)速特征 74
第5章 高巖溫隧道溫度場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 77
5.1 溫度場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目 77
5.1.1 貫通前溫度場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目 77
5.1.2 貫通后溫度場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目 78
5.2 圍巖溫度場(chǎng)測(cè)試方法與結(jié)果 78
5.2.1 掌子面前方地溫測(cè)試方法 78
5.2.2 掌子面區(qū)域壁溫、氣溫、水溫測(cè)試方法 80
5.2.3 開挖階段全隧總體地溫特征 81
5.2.4 開挖灰?guī)r段壁溫、氣溫和相對(duì)濕度關(guān)系 83
5.2.5 超前探孔原位巖溫特征 84
5.2.6 貫通斷面圍巖徑向溫度特征 85
5.3 洞內(nèi)環(huán)境溫度測(cè)試方法與結(jié)果 86
5.3.1 鉆爆施工集中區(qū)(掌子面后 10m)各施工環(huán)節(jié)氣溫測(cè)試方法 86
5.3.2 洞內(nèi)長(zhǎng)期壁溫、氣溫測(cè)試方法 87
5.3.3 風(fēng)速、相對(duì)濕度測(cè)試方法 87
5.3.4 花崗巖段非爆施工、爆破施工和暫停施工環(huán)境下壁溫、氣溫特征 88
5.3.5 鉆爆施工循環(huán)中的氣溫-時(shí)間數(shù)學(xué)關(guān)系 89
5.3.6 貫通后不同時(shí)間尺度下的洞內(nèi)地?zé)崽卣?95
5.4 二次襯砌、隔熱層溫度測(cè)試方法與結(jié)果 101
5.4.1 二次襯砌溫度特征 101
5.4.2 二次襯砌施作后淺層地溫特征 102
5.4.3 隔熱層溫度特征 104
第6章 襯砌結(jié)構(gòu)熱-力耦合損傷機(jī)制及長(zhǎng)期性能評(píng)價(jià) 107
6.1 高巖溫隧道襯砌結(jié)構(gòu)熱-力耦合損傷背景 107
6.1.1 圍巖-襯砌熱物性參數(shù)的溫度敏感性 107
6.1.2 隧道圍巖溫度場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)演變特征 109
6.1.3 襯砌結(jié)構(gòu)損傷特征與長(zhǎng)期防控需求 110
6.2 巖石熱-力損傷特性與損傷本構(gòu)模型 111
6.2.1 高溫?fù)p傷巖石的力學(xué)試驗(yàn) 111
6.2.2 高溫?fù)p傷巖石的宏-細(xì)觀力學(xué)特征 115
6.2.3 巖石熱-力耦合隨機(jī)損傷本構(gòu)模型 121
6.3 熱-力耦合作用下襯砌結(jié)構(gòu)劣化機(jī)制與力學(xué)響應(yīng) 127
6.3.1 高溫隧道圍巖溫度場(chǎng)分布特征及響應(yīng)規(guī)律 127
6.3.2 高溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境下襯砌混凝土的強(qiáng)度劣化特征 134
6.3.3 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力的熱-力耦合響應(yīng)及分布特征 138
6.3.4 高巖溫隧道襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 142
6.4 高溫-腐蝕環(huán)境下隧道襯砌長(zhǎng)期性能評(píng)價(jià) 145
6.4.1 高溫-荷載作用下混凝土腐蝕試驗(yàn) 146
6.4.2 基于細(xì)觀尺度的混凝土腐蝕模擬 156
6.4.3 高溫-腐蝕環(huán)境下混凝土力學(xué)性質(zhì)劣化模型 162
6.4.4 高溫-腐蝕環(huán)境下隧道襯砌長(zhǎng)期性能評(píng)價(jià) 168
第7章 高巖溫隧道初期支護(hù)輕骨料混凝土與二次襯砌隔熱 171
7.1 高巖溫隧道合理支護(hù)結(jié)構(gòu)形式 171
7.1.1 隔熱材料選擇 171
7.1.2 隔熱形式選擇 173
7.1.3 輕骨料混凝土 176
7.2 輕骨料混凝土隔熱性能 177
7.2.1 高溫養(yǎng)護(hù)下室內(nèi)試驗(yàn) 177
7.2.2 輕骨料混凝土熱-力學(xué)性能研究 183
7.2.3 輕骨料混凝土熱-力學(xué)性能預(yù)測(cè)模型 187
7.3 輕骨料混凝土襯砌熱害防控 188
7.3.1 輕骨料混凝土隔熱襯砌分析模型及驗(yàn)證 188
7.3.2 輕骨料混凝土襯砌結(jié)構(gòu)隔熱效果研究 190
7.3.3 輕骨料混凝土隔熱層參數(shù)優(yōu)化 195
第8章 高巖溫隧道通風(fēng)降溫-減濕物理模型試驗(yàn) 197
8.1 相似模型試驗(yàn)原理 197
8.1.1 對(duì)流換熱的影響因素 197
8.1.2 對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)描述 198
8.1.3 對(duì)流換熱的相似理論 198
8.1.4 相似常數(shù)關(guān)系式 201
8.2 高巖溫隧道熱-濕環(huán)境相似模型試驗(yàn)系統(tǒng) 202
8.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)主要功能 203
8.2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)組成 203
8.2.3 模型幾何尺寸的設(shè)計(jì) 215
8.3 試驗(yàn)方法及工況 216
8.3.1 試驗(yàn)參數(shù) 216
8.3.2 試驗(yàn)工況 222
8.3.3 試驗(yàn)步驟 222
8.4 降溫-減濕效果分析 223
8.4.1 干熱型高巖溫隧道通風(fēng)降溫效果分析 223
8.4.2 濕熱型高巖溫隧道通風(fēng)降溫-減濕效果分析 233
第9章 高巖溫隧道施工運(yùn)營(yíng)降溫控制方法 238
9.1 高巖溫隧道工程通風(fēng)設(shè)計(jì)方法 238
9.1.1 高巖溫隧道工程通風(fēng)基本原理 238
9.1.2 隧道施工階段通風(fēng)設(shè)計(jì)方法 240
9.1.3 隧道運(yùn)營(yíng)階段通風(fēng)設(shè)計(jì)方法 243
9.2 高巖溫隧道施工綜合降溫方法 244
9.2.1 通風(fēng)降溫影響因素 244
9.2.2 通風(fēng)降溫風(fēng)量需求 246
9.2.3 風(fēng)機(jī)選型 247
9.2.4 豎/斜井設(shè)置需求 249
9.2.5 局部輔助降溫措施 256
9.3 高巖溫隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)控制方法 260
9.3.1 隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)計(jì)算 260
9.3.2 隧道風(fēng)機(jī)選型 262
9.3.3 隧道通風(fēng)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估與維護(hù) 263
參考文獻(xiàn) 267