目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 高巖溫隧道典型特征 1
1.1.1 地形地貌特征 1
1.1.2 地層巖性特征 3
1.1.3 地質(zhì)構造與水文地質(zhì)特征 3
1.1.4 熱害特點及研究意義 4
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 地熱成因研究現(xiàn)狀 5
1.2.2 隧道溫度場研究現(xiàn)狀 8
1.2.3 隧道熱害控制方法研究現(xiàn)狀 9
第2章 隧道選址區(qū)域地熱成因分析 14
2.1 尼格隧道工程概況 14
2.1.1 主要技術標準 15
2.1.2 初期地溫、放射性及地應力測試 15
2.1.3 氣象條件 18
2.1.4 隧道熱害分級標準 18
2.1.5 隧道主體工程設計 20
2.2 區(qū)域地熱地質(zhì)背景 28
2.2.1 區(qū)域地貌特征 28
2.2.2 地層巖性特征 28
2.2.3 地質(zhì)構造及地震特征 28
2.2.4 水文地質(zhì)特征 33
2.3 地熱水化學特征 35
2.3.1 水的理化特征 35
2.3.2 離子關系分析 37
2.3.3 氫氧同位素、鍶同位素分析 37
2.4 熱儲分布特征 39
2.4.1 熱儲溫度分析 39
2.4.2 熱儲深度分析 42
2.5 熱源及控熱構造模型 42
2.5.1 熱源分析 42
2.5.2 高巖溫隧道控熱構造模型 43
2.6 高地溫隧道勘察選線方法 45
2.6.1 高地溫區(qū)隧道勘察重點 45
2.6.2 高地溫區(qū)隧道勘察技術 45
2.6.3 高地溫區(qū)隧道線位優(yōu)選 46
第3章 高巖溫隧道圍巖溫度場演化規(guī)律 48
3.1 隧道圍巖溫度場隨時性分析理論 48
3.1.1 熱傳導基本理論 49
3.1.2 隧道圍巖溫度場計算模型及假定 50
3.2 隧道圍巖溫度場數(shù)值模擬方法及驗證 50
3.2.1 計算原理 50
3.2.2 有限元分析模型 51
3.2.3 數(shù)值模擬方法驗證 52
3.3 施工期圍巖溫度場隨時性演化規(guī)律 54
3.3.1 工況設置 54
3.3.2 仿真結果和討論 57
3.4 運營期圍巖溫度場隨時性演化規(guī)律 61
3.4.1 工況設置 61
3.4.2 仿真結果和討論 62
第4章 高巖溫隧道洞內(nèi)熱氣流響應特征 65
4.1 隧道洞內(nèi)熱氣流響應分析理論 65
4.1.1 熱對流基本理論 65
4.1.2 隧道洞內(nèi)氣流場計算模型及假定 66
4.2 隧道熱氣流響應數(shù)值模擬方法及驗證 67
4.2.1 隧道熱氣流現(xiàn)場測試 67
4.2.2 隧道熱氣流數(shù)值仿真 68
4.3 高巖溫隧道熱氣流響應特征 70
4.3.1 計算工況 70
4.3.2 高地溫隧道氣溫特征 72
4.3.3 高地溫隧道風速特征 74
第5章 高巖溫隧道溫度場現(xiàn)場試驗 77
5.1 溫度場測試項目 77
5.1.1 貫通前溫度場測試項目 77
5.1.2 貫通后溫度場測試項目 78
5.2 圍巖溫度場測試方法與結果 78
5.2.1 掌子面前方地溫測試方法 78
5.2.2 掌子面區(qū)域壁溫、氣溫、水溫測試方法 80
5.2.3 開挖階段全隧總體地溫特征 81
5.2.4 開挖灰?guī)r段壁溫、氣溫和相對濕度關系 83
5.2.5 超前探孔原位巖溫特征 84
5.2.6 貫通斷面圍巖徑向溫度特征 85
5.3 洞內(nèi)環(huán)境溫度測試方法與結果 86
5.3.1 鉆爆施工集中區(qū)(掌子面后 10m)各施工環(huán)節(jié)氣溫測試方法 86
5.3.2 洞內(nèi)長期壁溫、氣溫測試方法 87
5.3.3 風速、相對濕度測試方法 87
5.3.4 花崗巖段非爆施工、爆破施工和暫停施工環(huán)境下壁溫、氣溫特征 88
5.3.5 鉆爆施工循環(huán)中的氣溫-時間數(shù)學關系 89
5.3.6 貫通后不同時間尺度下的洞內(nèi)地熱特征 95
5.4 二次襯砌、隔熱層溫度測試方法與結果 101
5.4.1 二次襯砌溫度特征 101
5.4.2 二次襯砌施作后淺層地溫特征 102
5.4.3 隔熱層溫度特征 104
第6章 襯砌結構熱-力耦合損傷機制及長期性能評價 107
6.1 高巖溫隧道襯砌結構熱-力耦合損傷背景 107
6.1.1 圍巖-襯砌熱物性參數(shù)的溫度敏感性 107
6.1.2 隧道圍巖溫度場-應力場演變特征 109
6.1.3 襯砌結構損傷特征與長期防控需求 110
6.2 巖石熱-力損傷特性與損傷本構模型 111
6.2.1 高溫損傷巖石的力學試驗 111
6.2.2 高溫損傷巖石的宏-細觀力學特征 115
6.2.3 巖石熱-力耦合隨機損傷本構模型 121
6.3 熱-力耦合作用下襯砌結構劣化機制與力學響應 127
6.3.1 高溫隧道圍巖溫度場分布特征及響應規(guī)律 127
6.3.2 高溫養(yǎng)護環(huán)境下襯砌混凝土的強度劣化特征 134
6.3.3 襯砌結構內(nèi)力的熱-力耦合響應及分布特征 138
6.3.4 高巖溫隧道襯砌結構穩(wěn)定性分析 142
6.4 高溫-腐蝕環(huán)境下隧道襯砌長期性能評價 145
6.4.1 高溫-荷載作用下混凝土腐蝕試驗 146
6.4.2 基于細觀尺度的混凝土腐蝕模擬 156
6.4.3 高溫-腐蝕環(huán)境下混凝土力學性質(zhì)劣化模型 162
6.4.4 高溫-腐蝕環(huán)境下隧道襯砌長期性能評價 168
第7章 高巖溫隧道初期支護輕骨料混凝土與二次襯砌隔熱 171
7.1 高巖溫隧道合理支護結構形式 171
7.1.1 隔熱材料選擇 171
7.1.2 隔熱形式選擇 173
7.1.3 輕骨料混凝土 176
7.2 輕骨料混凝土隔熱性能 177
7.2.1 高溫養(yǎng)護下室內(nèi)試驗 177
7.2.2 輕骨料混凝土熱-力學性能研究 183
7.2.3 輕骨料混凝土熱-力學性能預測模型 187
7.3 輕骨料混凝土襯砌熱害防控 188
7.3.1 輕骨料混凝土隔熱襯砌分析模型及驗證 188
7.3.2 輕骨料混凝土襯砌結構隔熱效果研究 190
7.3.3 輕骨料混凝土隔熱層參數(shù)優(yōu)化 195
第8章 高巖溫隧道通風降溫-減濕物理模型試驗 197
8.1 相似模型試驗原理 197
8.1.1 對流換熱的影響因素 197
8.1.2 對流換熱的數(shù)學描述 198
8.1.3 對流換熱的相似理論 198
8.1.4 相似常數(shù)關系式 201
8.2 高巖溫隧道熱-濕環(huán)境相似模型試驗系統(tǒng) 202
8.2.1 試驗系統(tǒng)主要功能 203
8.2.2 試驗系統(tǒng)組成 203
8.2.3 模型幾何尺寸的設計 215
8.3 試驗方法及工況 216
8.3.1 試驗參數(shù) 216
8.3.2 試驗工況 222
8.3.3 試驗步驟 222
8.4 降溫-減濕效果分析 223
8.4.1 干熱型高巖溫隧道通風降溫效果分析 223
8.4.2 濕熱型高巖溫隧道通風降溫-減濕效果分析 233
第9章 高巖溫隧道施工運營降溫控制方法 238
9.1 高巖溫隧道工程通風設計方法 238
9.1.1 高巖溫隧道工程通風基本原理 238
9.1.2 隧道施工階段通風設計方法 240
9.1.3 隧道運營階段通風設計方法 243
9.2 高巖溫隧道施工綜合降溫方法 244
9.2.1 通風降溫影響因素 244
9.2.2 通風降溫風量需求 246
9.2.3 風機選型 247
9.2.4 豎/斜井設置需求 249
9.2.5 局部輔助降溫措施 256
9.3 高巖溫隧道運營通風控制方法 260
9.3.1 隧道運營通風計算 260
9.3.2 隧道風機選型 262
9.3.3 隧道通風設備狀態(tài)評估與維護 263
參考文獻 267