水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析_段亚辉.pdf
《水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析_段亚辉.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析_段亚辉.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析段亚辉1,2,杜洪艳1,苗婷 1,段兴平3,郑斌3(1.武昌理工学院 智能建造学院,武汉 430023;2.武汉大学 水利水电学院,武汉 430072;3.中国三峡建工(集团)有限公司 白鹤滩工程建设部,成都 610094)摘要:洞内气温是水工隧洞衬砌混凝土温度裂缝控制最为重要的环境条件之一,由于缺乏足够的实测资料和研究成果,至今还没有掌握其演变规律
2、,设计和温控计算中取值差异显著。通过对白鹤滩等巨型水电站中不同用途数十条隧洞混凝土浇筑期洞内气温 10 余年监测,取得万余组数据。认识到水工隧洞沿河布置与河套风向一致,洞口开挖贯通,交通洞和施工支洞众多,洞内温度主要受自然环境气温控制。通过统计分析,提出洞内气温采用余弦函数描述其年演变规律,年平均值和变幅与隧洞长度、开挖是否贯通、地下电站施工热源、封闭洞口保温等 4要素的定量关系,可供没有隧洞气温检测数据时计算洞内温度参考。关键词:水工隧洞;施工期;气温;演变规律;衬砌混凝土中图分类号:TV221;TU91文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-0884-09Monito
3、ring and Analysis of Temperature Evolution in Hydraulic Tunnel During Construction of ConcreteDuan Yahui1,2,Du Hongyan 1,Miao Ting1,Duan Xingping1,3,Zheng Bing3(1.School of Intelligent Construction,Wuchang University of Technology,Wuhan 430023,P.R.China;2.School of water resources and hydropower eng
4、ineering,Wuhan University,Wuhan 430072,P.R.China;3.Baihetan Project Department,China Three Gorges Corporation,Chengdu,610094,P.R.China)Abstract:The temperature in the tunnel is one of the most important environment conditions for temperature control and crack prevention of lining concrete.Due to the
5、 lack of sufficient research data,its evolution law has not been mastered so far.At Xiluodu,Baihetan and other giant hydropower stations,the temperature in dozens of tunnels during concrete construction has been monitored for more than 10 years,and more than 10 000 groups of data have been obtained.
6、It is recognized that the tunnel layout along the river direction is consistent with the wind direction of the river oxbow.During the construction period of lining concrete,there exist many access tunnels and adits,and the temperature in the tunnel is basically controlled by the ambient temperature.
7、Through statistical analysis,the cosine function can be used to describe its annual evolution rule.The average value and amplitude of annual variation of temperature in the tunnel have quantitative relationship to the layout of tunnel,excavation condition,portal state,etc,which can be used as a refe
8、rence for calculating the temperature in the tunnel without detection data.Keywords:hydraulic tunnel;construction period;temperature;evolution law;lining concrete收稿日期:2022-06-30(修改稿)作者简介:段亚辉(1957),男,湖北崇阳人,博士,教授,主要从事高坝与地下工程混凝土温度裂缝控制研究。E-mail:2336004327 基金项目:中国三峡建工(集团)有限公司重点资助项目(JG/18039B,JG/18040B)0引
9、言衬砌混凝土温度裂缝控制是经济安全建设水利水电枢纽工程高流速大断面水工隧洞的难题,洞内气温是其重要的环境条件。浇筑期洞内气温越高,混凝土散热越慢,内部最高温度 Tmax越高;气温越低散热越快,最高温度越低,但表面温降快容易导致早期温度裂缝;洞内气温年变幅越大,年气温差越大,同期浇筑混凝土 Tmax与洞内冬季最低温度 Tmin的温差越大(即基础温差越大),越容易产生贯穿性温度裂缝1-3。对于洞内气温,苟彪等4通过对秦岭特长铁路隧道线平导施工洞内气温监测资料统计,分析了洞外温度与斜井下口处、齐头风管口下、齐头洞室气温,以及通风、供水、洒水保湿等降温措施的关系。针对寒区隧道温度场和冻融防护问题,美国
10、陆军寒区工程实验室5,以阿拉斯加一寒区隧道为例开展了长期的隧道洞内气温观测,为多年冻土区隧道洞内气温分布规律研究提供了数据支持。乜风鸣6对位于大兴安岭一条非多年冻土隧道进行了洞内不同进深位置的气温观测,得到洞内洞外的气温分布曲线,结果表明洞内气温变温率为零地段约占隧道全长的一半。王方亮等7对甘肃省阿尔金山公路隧道工程,开展隧道进口段不同进深洞内气温的现场监测,结合有限元法计算分析认为:随进深不断增加,洞内气温年平均值逐渐增加,振幅逐渐减小,显著变化发生在洞口段 300 m 内。赖远明等8对青海 227 国道宁张段的大坂山公路隧道洞内和隧道洞壁的温度进行了现场测试和研究,并提出设置防寒保温门是多
11、年冻土区公路隧道防冻害的首选对策。水利水电枢纽工程建设中,对于通风好的短隧洞,一般可认为气温变化与外界自然环境相当,但基本不受到日照、寒潮影响。对于长隧洞,工程界有不同的认识,以至于在衬砌混凝土温控防裂设计计算中采用的气温值有显著差异,表 1 是部分大型水工隧洞气温取值1,9-24。有些人认为四季温度变化不大9,甚至取气温和地温为常温10;有的则认为,隧洞 开 挖 贯 通,与 自 然 环 境 月 平 均 温 度 相当11-14。溪洛渡水电站泄洪洞在温控设计阶段取值 22 2515-17,施工过程观测洞内气温变幅要大得多1,18-19。有的则参考类似隧洞或者参考导流洞施工期检测洞内气温取值20-
12、24。因此,至今对水工隧洞衬砌混凝土浇筑期洞内气温演变规律仍然缺乏深入研究,没有获得规律性认识。表 1水工隧洞衬砌混凝土温度裂缝控制中洞内气温取值Table 1Values of air temperature in hydraulic tunnel lining concrete temperature crack control水电站工程部位洞内气温/备注锦屏一级水工隧洞19.51.5设计,文献9-水工隧洞25.00.0科研,文献10小浪底水工隧洞13.67.0设计,文献11三峡船闸输水洞18.36.3施工,文献12溪洛渡导流洞泄洪、发电洞20.07.0施工,文献13-1423.51.5设
13、计,文献15-1719.36.7设计文献18-19向家坝发电洞18.86.3实测,文献1三板溪泄洪洞19.51.5设计,文献20乌东德导流洞23.03.0科研泄洪、发电洞22.06.0科研白鹤滩导流洞泄洪、发电洞泄洪洞发电洞23.03.0科研23.05.0施工,文献2123.03.0科研20.56.5施工,文献2221.07.0施工,文献23江坪河水工隧洞17.26.0设计,文献241洞内气温年变化规律溪洛渡水电站地下洞室包括引水发电系统及其出线井、导流洞、泄洪洞、交通洞、排水洞等。泄洪洞和发电洞等是国内外最先全面采取制冷混凝土浇筑和通水冷却等严格温控措施的隧洞工程,并且冬季在进出洞口挂帘保温
14、(图 1)。隧洞混凝土浇筑期,与仓位温控检测同步进行洞内气温跟踪监测。泄洪洞从 2009 年 10 月 28 日开始有压段混凝土浇筑,至 2011 年 12 月 31 日龙落尾混凝土浇筑完成,共完成 2 180 组气温监测。其中:有压段1 459 组,无压段 382 组,龙落尾段 339 组,如图2图 4。整个泄洪洞 2180 组检测数据如图 5。发电洞衬砌混凝土于 2010 年 7 月 4 日至 2011 年 4 月5882022 年增刊 2段亚辉,等:水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析图 1洞口冬季挂设保温防止穿堂风门帘Fig.1Thermal insulation door cur
15、tain is hung at the entrance in winter to prevent passing through the hall图 2泄洪洞有压段气温监测值与拟合曲线Fig.2Temperature monitoring values and fitting curve of pressure section of spillway tunnel图 3泄洪洞无压段气温监测值与拟合曲线Fig.3Temperature monitoring values and fitting curve of non-pressure section of spillway tunnel图
16、4泄洪洞龙落尾段气温监测值与拟合曲线Fig.4Temperature monitoring values and fitting curve of longluowei section of spillway tunnel17 日浇筑,共进行 112 组洞内气温检测,如图 6。整理泄洪和发电洞气温检测最高值、最低值列于表 2。图 5溪洛渡泄洪洞内气温监测值与统计曲线Fig.5Temperature monitoringvalue and statistical curve in Xiluodu spillway tunnel图 6发电洞洞内气温检测结果与变化曲线Fig.6Temperature
17、 detection results and change curve in power generation tunnel溪洛渡 中 心 气 象 站 至 1999 年 统 计 气 温 和20 cm 地下温度见表 3,在设计阶段结合地质勘探地温数据1,10,厂房围岩温度取夏季 27 28 、冬季 24 25 ,泄洪洞围岩温度,夏季 24 25 、冬季 21 22 。根据泄洪洞、发电洞实测洞内气温结果和当地自然环境气温、地温,对于长大水工隧洞衬砌混凝土浇筑期洞室气温年变化规律获得如下认识:(1)虽然隧洞长度达到 1 625.671 868.45 m,但由于施工支洞和交通洞较多,顺河向布置通风条件
18、好,混凝土浇筑期隧洞开挖贯通,无地热情况洞内气温受自然环境影响显著,演变规律与自然环境气温年变 化 一 致,采 用 余 弦 函 数 公 式(1)描 述 较合适:Ta=A+Bcos2365(t-C)|(1)式中:t 为时间,d;Ta为洞内 t 时刻的环境气温,;A 为洞内多年平均气温,;B 为洞内688地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷表 2溪洛渡泄洪洞、发电洞洞内气温统计结果/Table 2Statistical results of temperature inXiluodu spillway tunnel and power generation tunnel/结构段最高气温日
19、期温度最低气温日期温度最大温差统计曲线ABC泄洪洞有压段2010/7/3131.02011/1/177.123.919.427.0209无压段2010/8/930.52010/1/259.321.219.426.2210龙落尾2011/8/1229.42011/1/197.122.319.386.7207综合2010/7/131.02011/1.197.123.919.296.7209发电洞2010/8/1427.82011/1/309.817.820.516.5210表 3溪洛渡中心气象站气温、地温(地下 20cm)统计/Table 3Statistics of temperature of
20、 air and ground(20cm underground)atXiluodu Central Meteorological Station/月份123456789101112平均气温10.612.416.221.123.925.827.127.123.919.61712.219.7地温12.413.51721.124.225.827.829.225.720.818.614.320.9多年平均气温年变幅,;C 为洞内最高气温距 1月 1 日间隔天数,d。采用公式(1)进行洞内气温年周期变化统计分析,结果见表 2 和图 2图 6。(2)长大水工隧洞环境复杂:进出口自然环境气温影响;交通和施
21、工支洞多,交叉通风影响;施工热源(人员、设备、灯光、混凝土水化热等)会导致洞内附近温度升高;混凝土养护段水温影响;等等。因此,洞内各段同一时刻的气温会有较大的差别,温度检测值离散,各公式统计值与实测值的最大误差达到 7.1 9.41 。(3)泄洪洞 3 个洞段环境气温有所差异,但统计平均值相差不大,中段(无压段)稍微平稳些,变幅最小。3 个洞段气温的监测值,最大值相差不大,龙落尾 29.37 最小,比有压段 31 最大值仅小 1.63 ,中段无压段 30.5 也居中;最小值相差稍微大些,进出口段(有压段、龙落尾段)低些,为 7.1 ,中段高些,为 9.3 。统计公式计算值,3 段 的 平 均
22、值 仅 相 差 0.4 ;最 大 值 也 仅 相 差0.8 ,中段的小些;最小值也是相差 0.8 ,中段的大些。说明泄洪洞中段变幅相对小些,但也受到交通和施工支洞的综合影响,与外界气流交换条件较好,使得隧洞中段的环境温度与进出口段差别很小。因此,也可以近似采用整个隧洞的气温统计曲线描述全泄洪洞气温变化规律。(4)发电洞洞内气温与泄洪洞相比,交通洞少些,平均埋深大些,通风条件差些,而且引水洞和尾水洞之间的地下电站施工热源强,检测气温的离散程度没有泄洪洞严重,最低温度和平均温度高些,而检测最高温度反而低些,检测年变化最大温差值17.95 比泄洪洞低 3.25 5.96 。2施工阶段对洞内气温影响白
23、鹤滩水电站装机 16 000 MW,电站建成后将仅次于三峡水电站成为中国第二大水电站。白鹤滩气象站气温、地温统计见表 4,厂房探洞实测洞表 4白鹤滩气象站气温、地温统计表/Table 4Temperature and ground temperature statistics ofBaihetan meteorological station/月份123456789101112平均气温13.316.620.725.526.826.827.527.224.821.618.214.421.9地温13.414.618.120.823.323.825.325.123.520.817.414.820.0
24、注:地温是 2007 年至 2010 年实测 20 cm 地下温度平均值;气温是 1994 年至 2009 年白鹤滩气象站实测气温平均值。7882022 年增刊 2段亚辉,等:水工隧洞混凝土施工期气温演变规律监测分析表 5不同施工时段地下厂房探洞气温观测成果/Table 5Temperature observation of underground powerhouse exploratory tunnel in different construction periods/编号洞内气温平均气温施工期气温施工时段施工结束气温PD61-T1 25.029.0 25.9727.562005.620
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水工 隧洞 混凝土 施工期 气温 演变 规律 监测 分析 段亚辉
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。