Изменение температурного поля вокруг различных дренажных сооружений в туннеле холодного региона на основе модельных испытаний

Jan 12, 2024

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13967 (2023) Цитировать эту статью

48 доступов

Подробности о метриках

Неправильная планировка дренажных сооружений и неадекватные меры по изоляции холодных тоннелей могут привести к образованию инея различной степени в процессе эксплуатации. В данном исследовании в качестве примера рассматривается автодорожный туннель Хунтоушань, где характеристики распределения температурного поля вокруг нижней дренажной конструкции при различных компоновках исследуются посредством испытаний модели внутри помещения. Результаты показывают, что существует значительное явление гистерезиса в изменениях температуры по поперечному сечению по мере увеличения глубины захоронения. С увеличением глубины залегания окружающей породы время гистерезиса изменения температуры постепенно удлиняется. Картина изменения температуры может быть аппроксимирована кубическим полиномом. На вертикальном участке по мере увеличения глубины тоннеля температура окружающей породы в нижней части тоннеля постепенно повышается, а амплитуда изменения температуры уменьшается. Температура вблизи центральной линии относительно ниже по сравнению с боковыми сторонами, где температура постепенно увеличивается по мере удаления от центральной линии.

В связи с масштабным развитием западной инфраструктуры тоннели, построенные на местах, становятся недостаточными для удовлетворения потребностей региона. В результате тоннели строятся в более высоких широтах, на высотах и ​​в более холодных регионах с чрезвычайно суровыми природными условиями1,2,3. Строительство туннелей в таких районах сопряжено с более сложными климатическими, геологическими, механическими и техническими проблемами4. Кроме того, необходимо учитывать влияние сильных холодов на морозостойкость портальных сооружений и водоотводных сооружений, а также безопасность тоннелей при эксплуатации. В частности, при строительстве туннелей в холодных регионах необходимо учитывать ряд проблем, связанных с холодом, таких как промерзание туннельного дренажа и морозное пучение дренажных трубопроводов, которые являются существенными факторами, вызывающими тоннельные заболевания5. Эти вопросы необходимо решить, чтобы обеспечить безопасную и эффективную эксплуатацию туннелей в таких регионах.

Общие проблемы в холодных туннелях включают утечку воды, растрескивание футеровки и повреждения от замерзания и оттаивания6,7. Среди них значительное влияние могут оказать просачивание воды и замерзание-оттаивание. Помимо учета строительных характеристик обычных туннелей, холодные туннели сталкиваются с дополнительной проблемой повреждения дренажных сооружений морозом. За последние десятилетия Китай построил множество холодных туннелей. В результате исследований на местах было установлено, что из-за чрезвычайно суровых погодных условий и неразумного размещения дренажных сооружений около 80% альпийских холодных туннелей имеют ту или иную степень повреждения от мороза. Это не только влияет на их нормальную работу, но и становится причиной крупных дорожно-транспортных происшествий, создавая значительные трудности для последующего обслуживания и предотвращения8,9,10. Например, туннель Цидаолян, расположенный в провинции Ганьсу, и туннель Дабаншань, расположенный в провинции Цинхай в Китае, в суровое холодное время года подверглись различным заболеваниям, таким как сильная утечка воды, нависание льда и растрескивание обделки. Замерзание дренажной канавы затрудняет дренаж окружающей породы и грунтовых вод за обделкой туннеля, вызывая замерзание и вздымание окружающей породы, что серьезно влияет на нормальное использование туннеля и требует большого количества активов11,12. Согласно недавним статистическим исследованиям в Японии, почти 30% железнодорожных туннелей имеют определенную степень повреждения от мороза. В регионе Хоккайдо в Японии проблема повреждения водонепроницаемых и дренажных конструкций крупных автодорожных туннелей морозом серьезно влияет на нормальное использование туннелей13. Таким образом, в процессе строительства туннелей в холодных альпийских регионах решение проблемы изоляции облицовки туннелей и предотвращения замерзания, а также создание разумной водонепроницаемой и дренажной системы имеют решающее значение для предотвращения повреждений туннелей от мороза.