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原文传递白云岩隧道排水系统入管溶液流速及温度对结晶形成的影响

论文题名：	白云岩隧道排水系统入管溶液流速及温度对结晶形成的影响
关键词：	桥隧工程;排水系统;结晶形成;入管溶液;流速变化;温度变化
摘要：	我国西部地区崇山峻岭，地形很大程度制约着其交通的完善与经济的发展，而桥隧工程的技术创新让西部地区一改往日闭塞的窘境。桥隧工程与日俱增的同时，工程病害亦逐渐凸显，其中隧道排水管道结晶致塞带来的运管养问题是隧道“顽疾”之一。针对白云岩隧道排水系统内流体富含结晶离子，进而导致排水管道结晶致塞问题，以泸昭高速白云岩地质区隧道为依托，采用调研、试验和理论相结合的方法，探究入管溶液流速及温度对白云岩隧道排水管道结晶形成的影响，据此深入探索除晶保畅方法，为白云岩隧道排水管道结晶治理提供理论和技术支撑。主要研究成果包括：　　（1）根据工程实地取样分析，得到排水管结晶分布特征、宏观形态、微观形貌、成分组成和管内水质组分，其中发现结晶体组分中CaCO3占比达90%以上。通过充分监测记录典型排水管内流体特征数据，分析归纳流速及温度的分布规律。　　（2）通过自制室内模型试验装置进行排水管结晶试验，对流速、温度、pH和电导率等关键指标进行实时动态监测，流速对结晶形成的影响试验研究表明：排水管结晶量与溶液流速呈负相关，其影响主要体现在排水管壁上“生长”和“剥离”这两种作用机制在结晶形成过程中的竞争关系。从增大流体流速角度出发，对排水管道布置设计、管道选型等提出防治建议。　　（3）温度对结晶形成的影响试验研究表明：排水管结晶量与溶液温度呈正相关，且碳酸钙结晶体粒径、晶型和晶貌受温度影响较为显著。排水管内流体受地热、衬砌水化热和隧洞内气温综合影响，从降低管内流体温度出发，提出了三个防治建议。　　（4）基于灰色关联度理论对流速及温度对结晶形成的相关性进行分析，结果显示温度对结晶的影响比流速更加显著。表明隧道排水管道的结晶速率春夏季快于秋冬季，建议应着重关注春夏季隧道排水系统的除晶保畅问题。　　（5）基于流速及温度对结晶形成的影响试验研究发现：横管处最易结晶，纵管次之，环管最难，对此提出处置建议及结晶防治时机建议。排水管频繁“干湿循环”会促进结晶生长，实际工程中，建议秉持“排堵结合，按需排水”理念，以预防排水管结晶加剧。　　（6）针对结晶防治对策，从“诱导结晶”角度出发，利用电化学原理进行除晶试验探究。研究表明：阳极材料宜选用碳棒，阴极材料宜选用锌片；建议电极电压控制在8V，极板间距取4cm；阴极板建议环形布置，其结晶量和除晶率相比平行布置分别提高148.5%和51.9%；阴极表面结晶通过增压剥离、倒极剥离和机械刮除方式清除后，阴极板可循环使用。电化学除晶法安全性、环境及成本效益分析显示，该法安全可靠、绿色环保且具有较好的经济效益。
作者：	熊鹏
专业：	建筑与土木工程
导师：	饶军应
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2022