论文题目: 多年冻土隧道开挖稳定性及其渗漏水特征分析
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 汤国璋
导师: 王星华
关键词: 多年冻土,隧道,温度,渗漏水,移动边界
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 针对青藏铁路昆仑山隧道工程中的两个关键问题——多年冻土隧道工程的开挖与衬砌矛盾和昆仑山隧道渗漏水特征分析及相应的治理方案展开研究,首先介绍了工程背景,以热力学理论为基础,采用有限元技术对不同模型进行数值模拟;通过施工温度场监测,形成了昆仑山隧道工程开挖施工控制与预报系统;通过昆仑山隧道洞内排水沟流量测试、连通试验、地温及水位观测,阐明了昆仑山隧道渗漏水特征,同时也验证了移动边界计算模型的正确性,而移动边界计算模型的引入又从理论上解释了昆仑山隧道形成这种渗漏水特征的原因。 昆仑山隧道的开挖与衬砌: 1) 通过对昆仑山隧道自然环境特征分析,初步把握了昆仑山隧道工程的自然气温规律,为整个隧道工程的施工和研究提供了依据。 2) 通过对施工环境温度场的监测和数理统计分析,第一次提出了分区温度场适应不同工序作业的理念,解决了多年冻土隧道工程开挖与衬砌的矛盾,极大地改善了洞内的作业环境,且将施工对多年冻土环境的热扰动降到最低。 3) 根据昆仑山隧道工程实际情况建立有限元模型,对隧道不同开挖过程进行了数值模拟,以发现可能存在的稳定问题,从而选取了合理的隧道开挖方案。 4) 根据工程实际情况选取了瞬态传热分析有限元模型和边界条件,对围岩状态进行了数值模拟。结合施工安全的需要,将昆仑山隧道的开挖过程分为四个阶段,并在此基础上建立了第一个多年冻土隧道工程施工控制与预测系统,成功地指导了昆仑山隧道工程的开挖与衬砌施工。 昆仑山隧道渗漏水特征分析: 1) 重新定义了移动边界的概念,将其增加新的内涵,并提出了产生移动边界特征的充要条件,首次揭示了流动的热载体(水)对多年冻土热融蚀作用远远大于静态水对多年冻土的热融蚀作用的原因,为工程界进一步认识冻土提供了新的理论依据。 2) 根据移动边界的定义,建立了移动边界特征计算模型,并在通用商业有限元程序的基础上,编写了自开发模块,实现了移动边界特征计算程序化。讨论了具有移动边界特征的多年冻土(岩)融化速度的影响因素,
论文目录:
第一章 绪论
1.1 冻土及其工程发展简要回顾
1.1.1 冻土及其工程发展简介
1.1.2 冻土工程病害研究
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冻土水热输运和冻土力学研究
1.2.2 气候变化与冻土环境研究
1.2.3 冻土工程应用研究
1.2.4 青藏铁路多年冻土隧道试验研究
1.3 本文研究目的与意义
1.4 本文研究内容和方法
1.4.1 昆仑山隧道的开挖与衬砌
1.4.2 昆仑山隧道渗漏水特征分析
第二章 课题背景与相关测试
2.1 昆仑山隧道工程背景
2.1.1 工程概况
2.1.2 工程地质特征
2.1.3 水文地质特征：
2.1.4 地应力状态分析
2.1.5 衬砌支护结构
2.1.6 防排水及保温设施
2.2 课题背景
2.2.1 多年冻土隧道开挖与衬砌矛盾
2.2.2 昆仑山隧道渗漏水病害简介
2.3 昆仑山隧道工程相关测试
2.3.1 自然气温监测
2.3.2 施工环境温度监测
2.3.3 围岩收敛监测
2.3.4 衬砌内外温度监测
2.3.5 隧道内排水沟流量观测和连通试验
2.3.6 地温及水位测试
第三章 移动边界特征计算理论基础
3.1 移动边界概念
3.2 移动边界计算基础理论
3.3 利用有限元求解移动边界的基本过程
第四章 多年冻土隧道工程开挖与衬砌
4.1 自然环境特征
4.2 施工环境特征
4.3 昆仑山隧道工程地质和水文地质特征
4.3.1 工程地质
4.3.2 水文地质特征
4.3.3 地应力状态分析
4.4 昆仑山隧道开挖仿真分析
4.5 瞬态传热分析
4.5.1 有限元模型
4.5.2 边界条件
4.5.3 参考点的选择
4.5.4 计算结果分析
4.6 施工控制与预测方法
第五章 昆仑山隧道渗漏水特征分析与治理方案
5.1 渗漏水简介
5.1.1 施工阶段渗漏水情况
5.1.2 工程完工后渗漏水情况
5.2 隧道内排水沟流量观测分析
5.3 连通试验结果分析
5.3.1 #2冲沟与DK977+573左侧避车洞连通试验
5.3.2 #1冲沟与DK976+793左侧避车洞连通试验
5.3.3 进口段与DK976+283右侧避车洞涌水
5.4 注浆孔温和水位观测数据分析
5.4.1 注浆孔水位分析
5.4.2 注浆孔孔温分析
5.4.3 注浆量分析
5.5 地温观测孔数据分析
5.5.1 水文资料分析
5.5.2 冻融特征分析
5.6 移动边界特征计算模型
5.6.1 有限元模型
5.6.2 移动边界特征计算模型
5.7 计算结果分析
5.7.1 融化深度与网格精度的关系
5.7.2 融化深度与计算时间步长的关系
5.7.3 融化深度与临界阻力距离的关系
5.7.4 考虑与不考虑移动边界特征计算结果比较分析
5.7.5 昆仑山隧道冲沟的融化特征
5.8 昆仑山隧道渗漏水特征
5.9 渗漏水病害治理方案与实施
5.10 渗漏水治理效果初步评估
第六章 结论与展望
6.1 本文结论及其创新点
6.2 未来研究工作展望
参考文献
附件1 昆仑山隧道渗漏水治理方案
致谢
攻读学位期间主要的研究成果
发布时间: 2006-04-11
参考文献
- [1].运营隧道衬砌渗漏水机理及注浆治理研究[D]. 林春金.山东大学2017
- [2].连拱隧道渗漏水病害机理与防治技术研究[D]. 石建勋.重庆大学2012
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