高地温隧道工程

我国幅员辽阔，地热和地下热水资源丰富，主要分布在西藏、云南、新疆、四川、福建沿海等地。随着西部大开发和“一带一路”倡议的推进，高地热高地下热水地区陆续出现了多座高地温隧道，遇到了诸多设计、施工难题。本书系作者团队近十年来从事高地温隧道修建关键技术研究的成果总结，阐述了高地温隧道施工期温度场演变规律及预测方法、支护材料及界面力学特性、初期支护力学特性及计算模型、二次衬砌力学特性及设计方法、施工综合降温设计方法等，另介绍了高地温隧道爆破、防排水等施工技术以及运营管理等内容。本书可供隧道及地下工程建设领域的工程技术人员使用，也可作为土木工程等相关专业师生的教学参考书使用。

第1章绪论1
1.1高地温隧道特点及研究意义1
1.2高地温隧道修建关键技术及难题2
1.2.1高地温隧道温度场时空演变规律及预测关键技术2
1.2.2高地温隧道支护材料力学性能及耐久性关键技术2
1.2.3高地温隧道支护结构特性及支护体系设计关键技术3
1.2.4高地温隧道施工工程措施及运营维护关键技术3
1.3国内外研究现状4
1.3.1高地温隧道温度场研究现状4
1.3.2高地温隧道支护材料研究现状5
1.3.3高地温隧道支护结构研究现状7
1.3.4高地温隧道施工工程措施及运营维护研究现状8
第2章高地温隧道温度场时空演变规律及预测方法11
2.1高地温隧道温度场理论预测方法11
2.1.1传热学基本理论11
2.1.2计算模型及基本假定12
2.1.3控制方程及定解条件13
2.1.4建立节点物理量的离散方程14
2.1.5初始地温理论计算方法18
2.1.6稳定性分析18
2.2高地温隧道温度场现场试验及验证19
2.2.1测点布置19
2.2.2试验仪器及安装21
2.2.3试验结果分析22
2.2.4理论预测方法验证24
2.3高地温隧道温度场时空演变规律28
2.3.1围岩温度场时空变化规律28
2.3.2初期支护温度场时空变化规律30
2.3.3二次衬砌温度场时空变化规律30
2.4高地温隧道热害评价及分级方法31
2.4.1国内外热害评价指标31
2.4.2热害环境分级方法32
第3章高地温隧道支护材料力学特性34
3.1高温变温养护室内试验34
3.1.1试验设备34
3.1.2试验变温养护模式35
3.1.3试验内容35
3.2初期支护混凝土力学性能研究37
3.2.1高温变温养护对抗压强度的影响37
3.2.2高温变温养护对抗拉强度的影响40
3.2.3高温变温养护对弹性模量的影响41
3.3二次衬砌混凝土力学性能研究42
3.3.1高温变温养护对抗压强度的影响42
3.3.2高温变温养护对抗拉强度的影响46
3.3.3高温变温养护对弹性模量的影响47
3.4喷射混凝土-基岩界面黏结滑移特性48
3.4.1喷混-基岩胶结面剪切位移曲线48
3.4.2喷混-基岩胶结面剪切破坏模式49
3.4.3喷混-基岩胶结面剪切强度特性51
3.4.4喷混-基岩胶结面强度理论计算52
3.4.5喷混-基岩胶结面黏结滑移本构方程54
3.5锚固系统复合界面黏结滑移特性58
3.5.1锚固系统受力机理58
3.5.2锚固系统传力机制59
3.5.3锚固系统破坏模式及影响机理62
3.5.4锚固系统力学特性66
3.5.5锚固系统复合界面黏结滑移本构方程71
第4章高地温隧道初期支护力学特性及计算模型74
4.1隧道初期支护结构力学特性研究74
4.1.1常温隧道初期支护力学特性研究74
4.1.2高温隧道初期支护力学特性研究76
4.2高地温隧道温度荷载计算模型83
4.2.1基本原理83
4.2.2模型建立方法83
4.3高地温隧道有限元计算模型85
4.3.1计算原理86
4.3.2边界条件及热力参数86
4.4高地温隧道温度应力计算模型86
4.4.1基本假设及原理86
4.4.2模型建立方法87
4.5二次衬砌施作后初期支护温度场和应力场变化分析92
4.5.1初期支护温度场变化分析92
4.5.2初期支护应力场变化分析93
第5章高地温隧道二次衬砌力学特性及设计方法96
5.1隧道二次衬砌结构力学特性研究96
5.1.1常温隧道二次衬砌力学特性研究96
5.1.2高温隧道二次衬砌力学特性研究101
5.2高地温隧道合理支护结构型式113
5.2.1隔热材料选择113
5.2.2隔热层厚度选择116
5.2.3支护结构形式选择117
第6章高地温隧道防排水技术137
6.1高温热水对隧道工程的影响137
6.2高地温隧道渗漏水析因138
6.3高地温隧道防排水设计140
6.3.1围岩注浆140
6.3.2喷射混凝土与隧道防排水143
6.3.3衬砌混凝土防水144
6.4高地温隧道防水材料144
6.4.1常用防水材料特性144
6.4.2EVA防水板高温性能测试145
6.4.3橡胶止水带高温性能测试147
第7章高地温隧道施工及综合降温设计方法148
7.1高地温隧道施工与安全防护148
7.1.1施工现状148
7.1.2超前地温预报148
7.1.3高温围岩爆破规定149
7.1.4施工人员与机械防护149
7.2国内隧道温度控制标准151
7.3围岩传热原理分析151
7.3.1围岩传热计算方法151
7.3.2热量释放计算方法152
7.4围岩内部温度分布及热量释放计算153
7.4.1径向围岩释放热量153
7.4.2掌子面前方围岩释放热量计算155
7.4.3施工过程围岩释放热量计算155
7.5施工活动产生热量计算155
7.5.1施工人员散热156
7.5.2爆破产热量156
7.5.3机械产热量156
7.5.4水化热157
7.6高地温隧道施工总热量计算157
7.7隧道常规施工通风及风机选型计算157
7.7.1高海拔对于施工通风的影响157
7.7.2常规施工通风需风量158
7.7.3通风降温需风量159
7.7.4风机选型计算159
7.8高地温隧道施工阶段综合降温设计方法161
7.8.1通风降温161
7.8.2冰块降温164
7.8.3喷雾降温165
7.8.4综合措施降温能力及经济性分析167
第8章高地温隧道运营通风及管理172
8.1高地温隧道运营通风计算172
8.2高地温隧道结构养护与安全管理173
8.2.1高地温隧道结构安全检查173
8.2.2高地温隧道结构保养维修174
8.2.3高地温隧道结构病害处理176
8.3高地温隧道设备维护179
8.3.1机电设施179
8.3.2其他工程设施182
参考文献185