高地温深埋特长公路隧道隔热降温技术研究

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我国地热资源丰富,特别是在西藏、云南、四川等地,在这些地区开展隧道工程的建设时,不可避免地会遇到高温热害问题。对于高地温隧道,高温会对隧道环境、支护结构、施工机械及人员等产生较大影响,将给设计、施工带来诸多难题。本文以云南省红河州建水(个旧)至元阳高速公路尼格隧道为依托,采用文献调研、现场监测、数值模拟、理论计算等多种手段,对高地温深埋特长公路隧道隔热及降温技术进行了研究,主要研究内容及结论如下:(1)通过有限元软件建立数值模型进行计算,分析得到高地温隧道施工期衬砌混凝土水化热对隔热层及衬砌温度场的影响。在二衬养护前中期,隔热层隔热效果受到高温及双侧加热影响而降低。隔热层的存在,阻碍了围岩中热量向二衬及洞内的传递,但也使得二衬产生的水化热难以通过隔热层向围岩传导热量,造成二衬背后的热量集聚,使得二衬温度峰值最大提升14.9%。综合对流换热系数与隔热层厚度对温度的影响分析,并结合现场通风设备配置,隔热层厚度宜取9cm并配合提供2274.3424m~3/min的风量,敷设方式建议采用夹心式,在保证经济性的同时能起到较优的降温效果。(2)尼格隧道采取了通风、冰块、喷雾、洒水、人工制冷等降温措施。采用流体计算软件Fluent对单通风管道、双通风管道、双通风管道配合喷雾、双通风管道配合冰块等四组工况的降温效果进行计算分析,结果表明各工况均可以在数分钟内使得掌子面后方30m范围内的温度降低并基本维持在一稳定值,随着与掌子面的距离增大,温度的降低存在滞后性。随围岩温度增高,掌子面后方30m范围内温度降至稳定所需时间无较大变化,增大的仅是稳定时的温度值和温降值。最终确定了各措施在不同岩温下的适用区间,并构建了综合降温体系。(3)高地温隧道人员舒适度主要受地质条件、施工条件、地理环境以及隔热降温措施等四方面综合影响,拟定岩温、埋深、开挖工法、隔热层、冰块、通风等共计19个影响指标,以此建立了AHP-Extenics评价模型进行人员舒适度评价。结果表明,尼格隧道人员舒适度为Ⅰ级舒适度等级,整体而言施工人员能够舒适地进行施工。最后基于AHP-Extenics评价模型构建了人员防护设计流程,以保证隧道内人员舒适度满足要求。
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