【技术实现步骤摘要】
寒区隧道保温层厚度的快速设计方法
[0001]本专利技术涉及交通建设的寒区隧道冻害防控领域，具体是一种寒区隧道保温层厚度的快速设计方法。
技术介绍
[0002]寒区隧道建成后，受地质条件、地温、气温和隧道通风等多种因素的影响，极易出现洞内路面结冰、衬砌冻裂、拱部挂冰、侧墙出现冰柱等冻害现象，这些冻害不仅会使隧道结构遭受不同程度的破坏，还将危及行车安全，如处治不当将造成巨大的资源浪费和经济损失。因此，如何防治寒区隧道冻害成为目前工程界亟待解决的重要问题。
[0003]敷设保温层是寒区隧道防冻害的主要措施，可以减小隧道施工或者隧道贯通后外界气温对围岩原始温度场的扰动，减轻围岩冻融循环对衬砌结构的不利影响，以及防止排水设施冻结等。在寒区隧道防抗冻设计时，保温层厚度的取值十分重要，厚度过小起不到防止围岩冻融的作用，厚度过大又会增加不必要的工程投资。准确认识寒区隧道保温层防冻作用的影响因素对设计合理的保温层厚度至关重要，而目前寒区隧道保温厚度主要通过数值模拟计算，依据隧道运行第一年的最冷月平均气温来设计，现行的保温层厚度设计方...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.寒区隧道保温层的快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、枚举七类工程要素枚举七类工程要素，即年平均气温、年气温振幅、年平均气温与恒温层地温的差值、传热性质、隧道断面规模、二衬厚度和保温层厚度，其中：年平均气温、年气温振幅、年平均气温与恒温层地温的差值为表征隧道中寒冷程度的三类气象要素，年平均气温的取值范围为
‑
1℃～8℃，年气温振幅的取值范围为：6℃～22℃，年平均气温与恒温层地温的差值的取值范围为2℃～4℃，设定这三类气象要素的取值间隔均为1℃，因此，年平均气温有10种取值，年气温振幅有17种取值，年平均气温与恒温层地温的差值有3种取值；传热性质为按围岩级别确定的隧道的热学要素，传热性质有4种取值：Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、
Ⅴ
级围岩、
Ⅵ
级围岩；隧道断面规模、二衬厚度、保温层厚度为隧道的结构要素，隧道断面规模有2种取值：两车道、三车道；二衬厚度有2种取值：35cm、50cm；保温层厚度有3种取值：0cm、5cm、10cm；对枚举的七类工程要素的不同取值进行自由组合，一共得到24480种工况；S2、建立保温层起防冻作用的判定图采用COMSOL有限元数值模拟软件来建立保温层起防冻作用的判定图，主要的模拟及计算过程如下：S2.1、影响隧道几何尺寸的要素为隧道断面规模、二衬厚度和保温层厚度，根据这三类结构要素，建立包含围岩、衬砌以及保温层的隧道几何模型，该模型适用于保温层铺设在二衬外表面的情况，模型的外边界长宽均为100m，隧道断面形状为常规三心圆轮廓；S2.2、对隧道几何模型进行有限元网格划分S2.3、根据2018年出版的《多年冻土区公路隧道》确定各级围岩的导热系数、比热容以及衬砌和保温层的热力学参数，根据《铁路隧道设计规范TB 10003
‑
2016》确定各级围岩的密度和孔隙率，取值如下：Ⅲ级围岩的导热系数为3.0W
·
m
‑1·
℃
‑1、比热容为1400J
·
kg
‑1·
℃
‑1、密度为2400kg
·
m
‑3、孔隙率为5％，Ⅳ级围岩的导热系数为2.5W
·
m
‑1·
℃
‑1、比热容为1100J
·
kg
‑1·
℃
‑1、密度为2150kg
·
m
‑3、孔隙率为8％，
Ⅴ
级围岩的导热系数为1.9W
·
m
‑1·
℃
‑1、比热容为900J
·
kg
‑1·
℃
‑1、密度为1850kg
·
m
‑3、孔隙率为11％，
Ⅵ
级围岩的导热系数为1.5W
·
m
‑1·
℃
‑1、比热容为700J
·
kg
‑1·
℃
‑1、密度为1600kg
·
m
‑3、孔隙率为15％；由于保温层一般铺设在隧道洞口段，而隧道洞口段的二衬一般采用C35混凝土，二衬的导热系数为1.85W
·
m
【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，段俊哲，王升，林梓梁，杜时贵，徐晨，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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