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灰岩地区隧道仰斜排水管化学结晶淤堵试验研究
| 论文题名： | 灰岩地区隧道仰斜排水管化学结晶淤堵试验研究 |
| 关键词： | 排水管道;隧道建筑;化学结晶;碳酸钙;灰岩地区;室内模型试验 |
| 摘要： | 随着国家立体交通网规模的不断发展，公里隧道、铁路隧道及城市下穿隧道数量势必不断增加，隧道排水系统的相关问题也随之而来。在灰岩地区，岩溶隧道排水管道堵塞问题一直影响着隧道的排水系统的正常运行和隧道衬砌水压力的结构安全。目前，大量的学术研究集中在CO2、流速、pH、管材形式等对隧道排水系统管道结晶的影响。本文以广连高速高峰隧道为依托工程，通过文献调查和现场勘察对隧道进行现场取样，运用X射线衍射仪（XRD）、电子扫描显微镜（SEM+EDS）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对采集的样品进行晶体的微观实验分析和液体的成分分析并选取其他隧道作为对照组。设计室内模型试验进行喷射混凝土外加剂对隧道排水系统管道结晶影响的试验研究并对新型可更换排水管进行现场实际应用研究。为隧道的安全建设及后期运营提供帮助。本文的研究内容及研究结论如下： (1)通过文献调查、现场勘察及室内宏观微观分析，得出了隧道排水管道结晶的主要形貌特征、隧道地下水化学的主要成分及隧道排水管道结晶堵塞的主要原因。灰岩及泥质砂岩隧道结垢晶体形貌主要以菱面体、方形、纺锤体、不规则等形式展现。Mg元素对结晶的形状影响较大，Mg元素的含量越高结晶形状越偏向不规则发展，Mg元素含量越低结晶的形状越加偏向斜正方晶系，结构越加稳定。隧道排水管道结晶堵塞的主要物质为高纯度的碳酸钙。隧道的地下水化学类型以Ca2+-HCO3--CO32-为主，pH均值在10左右属于强碱性地下水环境。 (2)灰岩地区气候降水为地下水带来了充足的补给，灰岩岩石间的空隙在水流的溶蚀下不断变大为隧道管道结晶的形成提供了充足的水量，灰岩作为可溶性岩石在地下水的溶蚀作用下为结晶的生产提供了源源不断的物质基础。 (3)通过室内模型试验研究了混凝土外加剂对管道结晶的影响，得出在减水剂添加量为10%情况下，管道结晶量最大且高于0%、5%和15%的添加量。粉煤灰的添加对试验管道结晶的累计量影响不大；在全充满管道中在5%的掺量下管道结晶的累计量最大，15%的粉煤灰掺量下管道结晶的累积量最低。 (4)隧道排水管道的结晶最初主要形成于液面以下，受到重力作用结晶首先在管底进行堆积并逐渐向液面堆积，在水流充满整个管道时结晶在管壁处会出现明显的上下半区域分界线，上下半区域同时开始结晶，下半区域的结晶速度明显快于上半区域。管道结晶形成是碳酸钙分子在管道内壁进行附着-脱落-附着的过程。 (5)开展了新型双层排水管的现场应用试验，根据现场试验的检测结果，认为新型双层排水管具有良好的防排水效果，值得在实际工程中推广应用。 |
| 作者： | 吴维俊 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 吕建兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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