本書根據隧道工程建設向更低高程、更大埋深的發展趨勢，面向高巖溫不良地質引發的諸多科學問題和技術難題，從隧道地熱成因、溫度場演化規律、襯砌結構性能評價、施工隔熱及降溫措施、運營降溫控制等方面，系統闡述了高巖溫隧道熱害機理與控制方法。
　　全書共9章，分別介紹了高巖溫隧道典型特征、隧道選址區域地熱成因分析、高巖溫隧道圍巖溫度場演化規律、高巖溫隧道洞內熱氣流響應特征、高巖溫隧道溫度場現場試驗、襯砌結構熱-力耦合損傷機制及長期性能評價、高巖溫隧道初支輕骨料混凝土與二次襯砌隔熱、高巖溫隧道通風降溫-減濕物理模型試驗、高巖溫隧道施工運營降溫控制方法。

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 高巖溫隧道典型特征 1
1.1.1 地形地貌特征 1
1.1.2 地層巖性特征 3
1.1.3 地質構造與水文地質特征 3
1.1.4 熱害特點及研究意義 4
1.2 國內外研究現狀 5
1.2.1 地熱成因研究現狀 5
1.2.2 隧道溫度場研究現狀 8
1.2.3 隧道熱害控制方法研究現狀 9
第2章 隧道選址區域地熱成因分析 14
2.1 尼格隧道工程概況 14
2.1.1 主要技術標準 15
2.1.2 初期地溫、放射性及地應力測試 15
2.1.3 氣象條件 18
2.1.4 隧道熱害分級標準 18
2.1.5 隧道主體工程設計 20
2.2 區域地熱地質背景 28
2.2.1 區域地貌特征 28
2.2.2 地層巖性特征 28
2.2.3 地質構造及地震特征 28
2.2.4 水文地質特征 33
2.3 地熱水化學特征 35
2.3.1 水的理化特征 35
2.3.2 離子關系分析 37
2.3.3 氫氧同位素、鍶同位素分析 37
2.4 熱儲分布特征 39
2.4.1 熱儲溫度分析 39
2.4.2 熱儲深度分析 42
2.5 熱源及控熱構造模型 42
2.5.1 熱源分析 42
2.5.2 高巖溫隧道控熱構造模型 43
2.6 高地溫隧道勘察選線方法 45
2.6.1 高地溫區隧道勘察重點 45
2.6.2 高地溫區隧道勘察技術 45
2.6.3 高地溫區隧道線位優選 46
第3章 高巖溫隧道圍巖溫度場演化規律 48
3.1 隧道圍巖溫度場隨時性分析理論 48
3.1.1 熱傳導基本理論 49
3.1.2 隧道圍巖溫度場計算模型及假定 50
3.2 隧道圍巖溫度場數值模擬方法及驗證 50
3.2.1 計算原理 50
3.2.2 有限元分析模型 51
3.2.3 數值模擬方法驗證 52
3.3 施工期圍巖溫度場隨時性演化規律 54
3.3.1 工況設置 54
3.3.2 仿真結果和討論 57
3.4 運營期圍巖溫度場隨時性演化規律 61
3.4.1 工況設置 61
3.4.2 仿真結果和討論 62
第4章 高巖溫隧道洞內熱氣流響應特征 65
4.1 隧道洞內熱氣流響應分析理論 65
4.1.1 熱對流基本理論 65
4.1.2 隧道洞內氣流場計算模型及假定 66
4.2 隧道熱氣流響應數值模擬方法及驗證 67
4.2.1 隧道熱氣流現場測試 67
4.2.2 隧道熱氣流數值仿真 68
4.3 高巖溫隧道熱氣流響應特征 70
4.3.1 計算工況 70
4.3.2 高地溫隧道氣溫特征 72
4.3.3 高地溫隧道風速特征 74
第5章 高巖溫隧道溫度場現場試驗 77
5.1 溫度場測試項目 77
5.1.1 貫通前溫度場測試項目 77
5.1.2 貫通后溫度場測試項目 78
5.2 圍巖溫度場測試方法與結果 78
5.2.1 掌子面前方地溫測試方法 78
5.2.2 掌子面區域壁溫、氣溫、水溫測試方法 80
5.2.3 開挖階段全隧總體地溫特征 81
5.2.4 開挖灰巖段壁溫、氣溫和相對濕度關系 83
5.2.5 超前探孔原位巖溫特征 84
5.2.6 貫通斷面圍巖徑向溫度特征 85
5.3 洞內環境溫度測試方法與結果 86
5.3.1 鉆爆施工集中區(掌子面后 10m)各施工環節氣溫測試方法 86
5.3.2 洞內長期壁溫、氣溫測試方法 87
5.3.3 風速、相對濕度測試方法 87
5.3.4 花崗巖段非爆施工、爆破施工和暫停施工環境下壁溫、氣溫特征 88
5.3.5 鉆爆施工循環中的氣溫-時間數學關系 89
5.3.6 貫通后不同時間尺度下的洞內地熱特征 95
5.4 二次襯砌、隔熱層溫度測試方法與結果 101
5.4.1 二次襯砌溫度特征 101
5.4.2 二次襯砌施作后淺層地溫特征 102
5.4.3 隔熱層溫度特征 104
第6章 襯砌結構熱-力耦合損傷機制及長期性能評價 107
6.1 高巖溫隧道襯砌結構熱-力耦合損傷背景 107
6.1.1 圍巖-襯砌熱物性參數的溫度敏感性 107
6.1.2 隧道圍巖溫度場-應力場演變特征 109
6.1.3 襯砌結構損傷特征與長期防控需求 110
6.2 巖石熱-力損傷特性與損傷本構模型 111
6.2.1 高溫損傷巖石的力學試驗 111
6.2.2 高溫損傷巖石的宏-細觀力學特征 115
6.2.3 巖石熱-力耦合隨機損傷本構模型 121
6.3 熱-力耦合作用下襯砌結構劣化機制與力學響應 127
6.3.1 高溫隧道圍巖溫度場分布特征及響應規律 127
6.3.2 高溫養護環境下襯砌混凝土的強度劣化特征 134
6.3.3 襯砌結構內力的熱-力耦合響應及分布特征 138
6.3.4 高巖溫隧道襯砌結構穩定性分析 142
6.4 高溫-腐蝕環境下隧道襯砌長期性能評價 145
6.4.1 高溫-荷載作用下混凝土腐蝕試驗 146
6.4.2 基于細觀尺度的混凝土腐蝕模擬 156
6.4.3 高溫-腐蝕環境下混凝土力學性質劣化模型 162
6.4.4 高溫-腐蝕環境下隧道襯砌長期性能評價 168
第7章 高巖溫隧道初期支護輕骨料混凝土與二次襯砌隔熱 171
7.1 高巖溫隧道合理支護結構形式 171
7.1.1 隔熱材料選擇 171
7.1.2 隔熱形式選擇 173
7.1.3 輕骨料混凝土 176
7.2 輕骨料混凝土隔熱性能 177
7.2.1 高溫養護下室內試驗 177
7.2.2 輕骨料混凝土熱-力學性能研究 183
7.2.3 輕骨料混凝土熱-力學性能預測模型 187
7.3 輕骨料混凝土襯砌熱害防控 188
7.3.1 輕骨料混凝土隔熱襯砌分析模型及驗證 188
7.3.2 輕骨料混凝土襯砌結構隔熱效果研究 190
7.3.3 輕骨料混凝土隔熱層參數優化 195
第8章 高巖溫隧道通風降溫-減濕物理模型試驗 197
8.1 相似模型試驗原理 197
8.1.1 對流換熱的影響因素 197
8.1.2 對流換熱的數學描述 198
8.1.3 對流換熱的相似理論 198
8.1.4 相似常數關系式 201
8.2 高巖溫隧道熱-濕環境相似模型試驗系統 202
8.2.1 試驗系統主要功能 203
8.2.2 試驗系統組成 203
8.2.3 模型幾何尺寸的設計 215
8.3 試驗方法及工況 216
8.3.1 試驗參數 216
8.3.2 試驗工況 222
8.3.3 試驗步驟 222
8.4 降溫-減濕效果分析 223
8.4.1 干熱型高巖溫隧道通風降溫效果分析 223
8.4.2 濕熱型高巖溫隧道通風降溫-減濕效果分析 233
第9章 高巖溫隧道施工運營降溫控制方法 238
9.1 高巖溫隧道工程通風設計方法 238
9.1.1 高巖溫隧道工程通風基本原理 238
9.1.2 隧道施工階段通風設計方法 240
9.1.3 隧道運營階段通風設計方法 243
9.2 高巖溫隧道施工綜合降溫方法 244
9.2.1 通風降溫影響因素 244
9.2.2 通風降溫風量需求 246
9.2.3 風機選型 247
9.2.4 豎/斜井設置需求 249
9.2.5 局部輔助降溫措施 256
9.3 高巖溫隧道運營通風控制方法 260
9.3.1 隧道運營通風計算 260
9.3.2 隧道風機選型 262
9.3.3 隧道通風設備狀態評估與維護 263
參考文獻 267