甫當(dāng)隧道溫度應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬分析.pdf

1、近幾年來國(guó)家大力發(fā)展鐵路市場(chǎng)，來帶動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)高速鐵路里程的日益增長(zhǎng)，使得設(shè)計(jì)師們?cè)絹碓蕉嗟氖褂脴蛄号c隧道來征服高山、跨越峽谷。隧道，作為線路中的一種常見的建筑結(jié)構(gòu)形式，近幾年來更是被廣泛的應(yīng)用，而且隧道的長(zhǎng)度也在不斷的增加。長(zhǎng)大隧道的出現(xiàn)及長(zhǎng)度的不斷增長(zhǎng)，在給線路選線工作提供便利的同時(shí)，以前不太明顯的隧道病害，逐漸成為影響隧道施工及運(yùn)營(yíng)的重要因素。高地?zé)釂栴}就是近年來逐漸開始顯現(xiàn)的一種隧道病害—地溫場(chǎng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響程度也明

2、顯的提高。
　　本文以高海拔、高地溫的拉日線甫當(dāng)隧道為依托，根據(jù)傳熱學(xué)所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，運(yùn)用ANSYS對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了在施加了溫度荷載的前后，二次襯砌結(jié)構(gòu)的受力情況及安全系數(shù)，決定使用隔熱材料來阻礙地層中熱量流向隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過綜合比選，確定了隔熱層的材料種類和施做厚度。然后分兩階段—施工階段及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)隧道進(jìn)行通風(fēng)降溫，并計(jì)算運(yùn)營(yíng)期間二次襯砌內(nèi)的應(yīng)力及安全系數(shù)，確保隧道在施工過程中及使

3、用年限內(nèi)都有足夠的可靠性。
　　(1)運(yùn)用ANSYS軟件，分別計(jì)算分析甫當(dāng)隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)僅在溫度場(chǎng)和在溫度應(yīng)力場(chǎng)耦合作用下，應(yīng)力分布特征及安全系數(shù)情況。結(jié)果顯示，溫度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響較大，結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)降低。
　　(2)分別模擬結(jié)構(gòu)在施做隔熱層前后，隧道二次襯砌內(nèi)部結(jié)點(diǎn)溫度情況。計(jì)算結(jié)果表明在施做隔熱層后，二次襯砌結(jié)構(gòu)的溫度提升速率更為平緩，且在計(jì)算年限之內(nèi)，隧道二次襯砌溫度明顯降低。
　　(3)模擬分析不同材質(zhì)及不同

4、厚度的隔熱層，結(jié)合實(shí)際情況，以經(jīng)濟(jì)合理為原則，選擇最優(yōu)隔熱層施做方案—在二次襯砌及復(fù)合防水層之間，施做10cm厚復(fù)合型硅酸鹽隔熱層，來阻礙地層中熱量流向隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)。
　　(4)考慮隧道貫通以前，隧道內(nèi)部空氣與隧道外空氣對(duì)流不明顯，為保證施工人員的安全，施工機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)作，決定使用通風(fēng)機(jī)對(duì)隧道進(jìn)行通風(fēng)降溫處理。模擬計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)空氣溫度15℃、風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速大于15米/秒時(shí)，距離掌子面110米的范圍內(nèi)，隧道內(nèi)部氣溫下降到30