高寒隧道保温结构的优化设计研究——以西藏圭嘎拉隧道为例

作     者：李根 李双洋 董长松 杨佳乐 姜琪 LI Gen;LI Shuangyang;DONG Changsong;YANG Jiale;JIANG Qi

作者机构：中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中交第一公路勘察设计研究院有限公司高寒高海拔地区道路工程安全与健康国家重点实验室陕西西安710065 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 

基　　金：国家自然科学基金项目(41672315) 中国科学院青年创新促进会优秀会员项目(Y201975) 西藏自治区科技计划项目(XZ201801-GB-07)资助 

出 版 物：《冰川冻土》 (Journal of Glaciology and Geocryology)

年 卷 期：2021年第43卷第2期

页      码：510-522页

摘      要：为了提高季节冻土隧道的防冻保温性能,常采用铺设聚氨酯类有机保温层的方式以防止围岩冻结,但由于有机材料在冻融循环过程中老化速度快、保温结构设计缺少科学依据等局限性,使得部分隧道在长期运营过程中反复出现冻融病害。以西藏圭嘎拉隧道为研究对象,通过建立热流固耦合计算模型,对现行保温措施的防冻效果进行分析,发现距离洞口一定长度范围内的围岩仍会发生冻融破坏。在隧道运营后第20年2月15日,距洞口5m处断面拱顶围岩的边界温度仅为-0.91℃,并且该关键位置的纵向冻结长度超过500m,严重影响隧道结构的安全。为防止此隧道出现冻害问题,提高其服役能力,拟采用新型无机建筑材料气凝胶毡对隧道的保温结构进行加固,其具有良好的保温、阻燃和耐久性能,并且铺装简便、易于操作。此外通过对不同厚度气凝胶毡条件下的围岩温度场进行多维度分析,确定了最不利时刻气凝胶毡厚度与拱顶围岩关键位置纵向冻结长度之间的关系。研究成果可为圭嘎拉隧道防冻保温优化设计提供技术支持,不仅能保障隧道结构的安全性和稳定性,也能为季节冻土隧道保温结构的设计、施工及维护提供参考依据。

主 题 词：季节冻土 隧道 冻融破坏 气凝胶毡 数值模拟 温度场 

学科分类：081406[081406] 07[理学] 08[工学] 0705[理学-地理科学类] 070501[070501] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0044

馆 藏 号：203103360...