论文总字数：17213字

摘 要

论文作者签名：__蔡维维__导师签名：__张国柱__日期：2018年6月6日

摘 要

隧道排水系统是防止隧道发生渗水和漏水的主要措施，而在严寒地区，隧道排水系统往往会因为排水管道发生冻结而失灵，因此寒区隧道排水系统往往配套相应的保温加热措施。本文将分析和评价几种现行的寒区隧道排水系统，总结现行的寒区隧道排水系统的优缺点。针对在寒区隧道中冻结情况比较严重的纵向排水管，分析纵向排水管的传热过程及其对隧道整体排水系统情况的影响。最后通过有限元物理分析软件分析影响隧道排水系统的纵向排水管温度的因素，如衬砌混凝土的热物性参数，隧道风速，保温层的影响等等。

通过对现有寒区隧道排水保温措施的经验总结，再结合模拟软件计算出的对纵向排水管温度产生影响的因素，本文提出一系列对寒区隧道排水系统在防水、排水、保温、加热方面优化设计的建议。

关键词：隧道排水；纵向排水管；数值模拟；防寒设计

Abstract

Tunnel drainage system is the main measure to prevent water leakage and leakage of tunnel. In cold area, the tunnel drainage system often fails because of the freezing of the drainage pipes. Therefore, the tunnel drainage system in the cold region often matches the corresponding heat preservation and heating measures. This paper will analyze and evaluate several existing drainage systems in cold regions, and summarize the advantages and disadvantages of the existing drainage systems in the cold regions. The heat transfer process of the longitudinal drain pipe and its influence on the overall drainage system of the tunnel are analyzed. Finally, the finite element physical analysis software is used to analyze the factors that affect the temperature of the longitudinal drainage pipe of the tunnel drainage system, such as the thermal physical parameters of the lining concrete, the wind speed of the tunnel, the influence of the insulation layer and so on.

By summarizing the experience of heat preservation measures in the existing cold zone tunnel, and combining with the factors that influence the temperature of the longitudinal drain pipe, this paper proposes a series of suggestions on the optimum design of the waterproofing, drainage, heat preservation and heating of the tunnel drainage system in the cold region.

Key words: Tunnel drainage；Longitudinal drainage pipe; Numerical simulation; Cold proof design

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2寒区隧道排水系统研究现状 1

1.3本文的研究目的和研究方案 2

第二章 现有隧道排水系统分析评价 3

2.1新交洞隧道 3

2.2大坂山公路隧道 3

2.3小结 4

第三章 纵向排水管传热分析 5

3.1纵向排水管介绍 5

3.2纵向排水管对隧道渗漏的影响 5

3.3纵向排水管传热机理 6

第四章 纵向排水管温度模拟实验 7

4.1研究方法 7

4.2模型建立 7

4.3计算结果 11

4.4小结 16

第五章 寒区隧道排水系统优化设计 17

5.1防水措施 17

5.2排水措施 18

5.3保温措施 18

5.4加热措施 19

第六章 结论与展望 20

6.1结论 20

6.2展望 20

致 谢 21

参考文献 22

绪论

1.1引言

随着我国经济社会发展的突飞猛进，交通运输领域也跟着高速发展，公路铁路网络逐渐向一些高纬度高海拔的严寒地区延伸。伴随着在规模不断扩大，其中在这些在未来也将急剧增加。目前已经建成通车的一些高寒隧道有西部高海拔地区的、鹧鸪山隧道、最低气温-36℃）等和东北高纬度地区的白卡尔隧道和卡图线的等等。

渗漏水是我国隧道工程面临的主要病害，据统计，我国30%的隧道存在渗漏水现象。在严寒地区的隧道如果发生渗水漏水，会导致路面结冰、洞顶洞壁挂冰、衬砌冻胀开裂等等问题，严重影响了行车安全与隧道使用寿命。为解决隧道渗漏水问题，目前通用的解决办法是在隧道施工同时建设一套完整的隧道排水系统，将隧道两侧围岩中的水排出隧道。

隧道排水系统主要由纵向排水管、横向排水管和中心排水沟组成。由埋在隧道两侧的纵向排水管收集两侧围岩中的水分，通过，然后由中心排水沟将水。在寒区由于气温排水管容易冻结导致隧道排水系统失灵，因此隧道排水系统的防寒设计和施工是该地区隧道工程修建过程中面临的重点和难点。位于隧道两侧的纵向排水管离隧道内冷空气较近，在寒区隧道中，纵向排水管相对比较容易冻结，因此在寒区隧道排水系统设计和施工过程中要着重对纵向排水管的保温防冻措施。

1.2寒区隧道排水系统研究现状

与一般地区相比，在高寒地区修建隧道工程，面临问题要复杂得多，极低的温度考验着隧道结构的抗冻能力、通车安全性及结构的长期寿命，这对隧道设计者和施工者都提出了更高的要求。随着我国在高寒地区隧道建设数量的增加，寒区隧道的抗寒排水问题日益受到隧道工程学界的关注和重视。

在国外，寒区隧道抗寒排水问题的研究起步较早，获得了一系列设计经验：前苏联在寒区隧道中铺设陶土、泡沫塑料等保温材料并采用管式电力加热或蒸汽加热的方法提高隧道温度；美国和挪威在排水管道中铺设加热电缆，对容易冻结的排水管道进行加热，对排水管出口采取保温措施等；日本采用了在寒区隧道衬砌表明铺设绝热材料的方式阻止地热散发，将围岩温度维持在冻结点以上。

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