摘要
在我国西南地区大量在建和已运营隧道中，隧道地下水结晶堵管问题十分严峻，已经严重威胁到隧道的结构安全和行车安全，但是关于隧道地下水结晶问题的研究却严重滞后。在这一背景下，依托在建峨汉高速公路隧道群对隧道地下水结晶影响因素及其防治技术进行研究。主要研究方法及内容包括：选取峨汉高速地下水结晶现象严重的几座隧道并对其结晶物和地下水取样，通过对样品检测明确其化学成分，进而对峨汉高速地下水结晶成因进行研究；通过室内模拟试验研究CO2浓度、流速因素对隧道地下水结晶的作用规律；对隧道磁处理结晶防治技术进行优化，得到最优的永磁体布置间距；利用有限元软件ANSYS对永磁体—排水管系统内的磁场分布进行仿真模拟，通过仿真模拟来佐证室内试验的结论。主要研究内容及成果如下： （1）对隧道地下水结晶堵管成因从内因和外因两个方面进行系统分析，各因素系统作用导致结晶的发生。离子强度效应、溶液pH值内部因素决定了结晶的形态及性质；通过温度因素、生物因素、气候因素、地质构造因素、工程施工以及围岩开挖导致的CO2分压作用等外部因素作用进一步促使结晶的产生。 （2）CO2浓度试验结果表明：在通入10~15kg/cm2CO2浓度区间内结晶量达到最大，考虑到补充试验CO2浓度仍然存在跳跃性，并不能得到具体最大的浓度值，但是根据补充试验推断出在CO2浓度为15kg/cm2附近结晶量可以达到最大。 （3）流量试验结果表明：在满管流量范围内，流量越大对结晶抑制效果越好；通过在不同CO2浓度实验组内流量试验的对照，试验结果也表明满管流量的结晶量均小于半管流量下的结晶量。 （4）磁处理防治技术室内试验结果表明：布置间距从3cm到10cm结晶量呈现递增趋势，3cm时试验管段内的结晶量最少，但与布置间距为5cm的试验管段结晶量相差甚微，而8cm和10cm的结晶量有较为明显的增大，综合考虑应用中的有效性和经济性，建议选用5cm间距进行布置为宜。 （5）ANSYS对排水管-永磁体系统仿真模拟结果表明：在两块永磁体中间空隙处存在弱磁场区域，减小布置间距可改善该弱磁场区域，更有利于结晶防治，通过研究建议实验室选用5cm为最优布置间距。
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