高地温隧道施工期温度综合控制技术研究

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随着我国经济建设的发展和公路施工技术的进步,在中国大地上依然有非常多的高速公路项目在进行中,高速公路修建过程中难免遇到许许多多的隧道施工难题,高地温隧道是众多隧道类型中特别需要关注的一类隧道。开展高地温隧道温度综合控制技术研究,针对高地温隧道掌子面进行通风降温的数值模拟效果研究,提出改善高地温隧道通风效果的通风降温技术,并进行高地温隧道通风降温系统的设计,对保障高地温隧道安全施工,营造文明的隧道施工环境,保护施工人员健康有重要意义。本文以实际高地温隧道工程为依托,首先对施工现场进行调研,结合地勘及地温报告,分析该隧道高地温的形成条件及成因,并在现场进行温度测量,为通风降温数值模拟作了必要准备;然后利用FLUENT数值软件模拟施工通风过程,总结了隧道通风系统的风筒进风温度和进风风速两个参数变化对于隧道掌子面附近降温效果的影响;同时基于数值模拟手段优化了隔热层敷设方案,指导高地温隧道现场隔热层材料及参数的选择,并最终确定隔热层敷设最优方案。本文取得的主要研究成果如下:(1)结合尼格隧道地质报告和云南省区域文献资料,得出尼格隧道隧址区分布岩性为燕山期花岗岩(γ53(a)),其岩浆活动形成时间较早,故而尼格隧道高地温的热源来源于岩浆岩活动热源的可能性较小。(2)尼格温泉、老虎滩温泉、丫沙底温泉三个温泉分布于尼格隧道进、出口周边,尼格隧道高地温和温泉热源一致,温泉是地热热源排泄出口,连通地下热源。尼格隧道周边温泉水热源是来自地壳深部区域,以热液或蒸汽的形式携带各种各样的化学成分物质(主要特征是含硫物质的聚集),通过各种通道(断层、裂隙等)传导浅表地段,形成隧道地热或温泉。(3)基于FLUENT数值模拟软件,对8种模拟工况进行通风降温数值计算,根据计算结果得到,在一定范围内增大风筒进口风速,可以更快使隧道内温度达到平衡,提高降温效果,但超过某一值后增大风筒进口风速对隧道降温影响越来越小;在风筒进口风速相同的情况下,风筒进口风温越低,则隧道内降温效果越好。(4)考虑到高地温隧道运营期养护和遏制隧道的高热害问题,高地温隧道敷设隔热层是非常有必要的,根据影响隧道内温度的因素设计正交试验,进行隔热层方案的数值模拟。根据数值计算结果,从隧道外层至里层各个区域温度依次降低,围岩区平均温度最高,次之分别是初衬区、防水板区、隔热层区、二衬区、隧道区,隔热层外层区域和隔热层里层区域温度差异明显,表明隔热层对于高地温隧道二衬和隧道内温度的降低有着非常显著的作用。(5)根据正交试验数值计算结果,隧道内风速对隧道区温度影响的程度最大,下来依次是围岩温度、隔热层材料的导温系数,隔热层的厚度对隧道区温度影响的程度为四种因素里面最小的。每个因素的最佳水平为:隧道风速为7 m/s,隔热层材料导温系数为0.02 w/m·k,外层围岩温度为55℃,隔热层厚度为9 cm。
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