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Apr 22, 2024

模型実験に基づく寒冷地トンネルの各種排水構造周囲の温度場の変化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13967 (2023) この記事を引用 48 アクセス メトリクスの詳細 排水構造の不適切なレイアウトと冷水トンネル内の断熱対策が不十分な場合、

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13967 (2023) この記事を引用

48 アクセス

メトリクスの詳細

排水構造の不適切なレイアウトや低温トンネル内の断熱対策が不十分な場合、運転中にさまざまな程度の霜が発生する可能性があります。 この研究は例として紅頭山高速道路トンネルに焦点を当てており、さまざまな配置の下での下部排水構造の周囲の温度場の分布特性が屋内モデル試験を通じて調査されています。 結果は、埋設深さが増加するにつれて、断面全体の温度変化に重大なヒステリシス現象が存在することを示しています。 周囲の岩石の埋没深さが深くなると、温度変化のヒステリシス時間が徐々に長くなります。 温度変化パターンは 3 次多項式で近似できます。 鉛直断面では、トンネルの深さが深くなるにつれて、トンネル下部の周囲の岩盤の温度が徐々に上昇し、温度変化の振幅は小さくなります。 中心線付近の温度は側面に比べて相対的に低く、中心線から離れるにつれて温度が徐々に上昇します。

西部のインフラの大規模開発により、地方に建設されたトンネルでは地域の需要を満たすには不十分になりつつあります。 その結果、トンネルは高緯度、高地、非常に厳しい自然条件を持つ寒冷地で建設されています1、2、3。 このような地域にトンネルを建設すると、より複雑な気候、地質、機械的、技術的な課題が生じます4。 さらに、厳しい寒さによる門構造物や排水設備の耐凍害性への影響や、トンネルの運転中の安全性にも配慮する必要があります。 特に、寒冷地におけるトンネル工事では、トンネル排水の凍結や排水管の凍上など、トンネル疾患の重大な要因となる寒冷問題への配慮が必要です5。 このような地域でトンネルを安全かつ効率的に運用するには、これらの問題に対処する必要があります。

低温トンネルでよくある問題には、水漏れ、ライニングの亀裂、凍結融解による損傷などがあります6,7。 中でも、水の浸入と凍結融解は大きな影響を与える可能性があります。 通常のトンネルの建設特性を考慮することに加えて、冷間トンネルでは排水設備への凍害というさらなる課題に直面しています。 ここ数十年、中国は多くの冷気トンネルを建設してきた。 現地調査の結果、非常に厳しい気象条件と無理な排水設備の配置により、高山の冷洞の約80％がある程度の凍害を受けていることが判明した。 これは、通常の運行に影響を与えるだけでなく、重大な交通事故を引き起こし、その後のメンテナンスや予防に重大な困難をもたらします8、9、10。 例えば、中国の甘粛省にある七島梁トンネルと青海省にある大盤山トンネルでは、厳寒期に深刻な漏水、氷の垂れ下がり、覆工の亀裂などのさまざまな病気が発生しました。 排水溝の凍結により、周囲の岩石やトンネル覆工裏の地下水の排水に問題が生じ、周囲の岩石が凍結して隆起し、トンネルの通常の使用に重大な影響を及ぼし、多額の資産を消費します11,12。 最近の日本の統計調査によると、鉄道トンネルの30％近くである程度の凍害が発生しています。 日本の北海道地域では、高速道路の大型トンネルの防水・排水構造の凍害問題がトンネルの通常使用に深刻な影響を与えている13。 したがって、高山寒冷地におけるトンネル工事においては、トンネル覆工の断熱・防凍の問題を解決し、合理的な防水・排水システムを確立することがトンネル凍害を防止するために重要です。