高海拔寒區(qū)隧道防凍害設計問題.pdf

1、本文以G317線處于高海拔寒區(qū)的雀兒山隧道為研究背景，結合隧址區(qū)的氣象和地溫條件，通過凍害產生的要素分析，采用理論分析、數值模擬、試驗研究等手段，針對隧道溫度場、凍脹壓力計算、離壁式襯砌和隧道防凍害綜合技術等方面開展了系統(tǒng)研究，取得以下主要研究成果和結論:
　　 通過在雀兒山隧址區(qū)設置氣象觀測站和深孔地溫測孔，取得了雀兒山隧道氣溫和地溫實測數據，為隧道的抗防凍設計提供了基礎參數。測試結果表明，雀兒山隧址區(qū)最冷月月平均氣溫為-9.

2、5℃，地溫從地下20m至82.7m隨深度而逐步遞增，地溫梯度為6.1℃/100m。
　　 在分析凍脹形成的物理機制和隧道凍害產生的基本三要素基礎上，按凍害性質的不同將凍害分為結構損傷類凍害和行車安全類凍害兩大類，并對凍害現象做了全面概況。
　　 通過對隧道徑向傳熱問題進行簡化，參照多層圓筒傳熱解析，推演出毛洞工況、保溫層工況和復合結構工況時各層界面溫度和保溫層厚度的簡易估算公式。
　　 根據洞內年平均氣溫和溫度年

3、振幅隨入洞距離的變化，并考慮了地溫場的影響，采用瞬態(tài)有限元計算方法，研究隧道的凍結深度和保溫層設置厚度，確定了雀兒山隧道的保溫設防段長度為650～750m。
　　 離壁式襯砌室內試驗結果表明，保溫襯套的密封性是影響溫度分布和隔熱效果的關鍵。若保溫襯套上存在施工縫隙出現漏風，空腔內空氣與隧道內氣流產生對流交換，空腔內的溫度隨孔徑的增大而迅速降低。因此，離壁式襯砌結構保溫襯套的密封性是在施工工藝上需要切實解決的重要問題。
　　

4、 根據試驗結果，離壁間距宜取10cm左右，既可保證保溫隔熱效果，又考慮了必要的施工安裝空間要求，同時也兼顧到了合理的工程經濟性。
　　 分析了凍脹水體的形變約束特征，提出了凍脹壓力的三維約束凍脹模型和凍脹壓力計算方法，消除了平面應變假定對計算結果的影響。
　　 計算圍巖抗壓剛度時可按局部變形理論直接采用彈性抗力系數。襯砌的剛度計算系數則應通過對襯砌結構的變形計算分析確定，其不但與隧道斷面形狀、材料物理力學性質、圍巖彈性

5、抗力和凍脹壓力作用位置等因素有關，而且與凍脹水體作用于襯砌斷面上的受壓面積大小有關。
　　 從算例分析結果看，凍脹水體尺寸達到O.12m3可導致結構開裂破損，可見存水空間的大小對隧道結構抗防凍至關重要，因此施工中應嚴格控制。消除或減小存水空間對隧道結構的影響，設計上應預留后注漿措施，施工中應嚴格控制隧道的超欠挖，竣工后全面檢測襯砌背后空洞，一旦發(fā)現應采取后注漿措施予以消除。
　　 計算分析表明，隧道邊墻和仰拱部位的存水空

6、間所誘發(fā)的凍脹壓力對襯砌內力的不利影響尤為顯著，需在施工中嚴加防范。
　　 將隧道防凍害技術分為防凍和抗凍技術兩大類。隧道防凍技術措施針對凍脹產生的三個基本要素來采取工程措施，主要有保溫、排水和注漿三類防凍技術?？箖黾夹g主要是依賴結構本身的抗力抵抗產生的凍脹力。
　　 本文討論了隧道保溫設防段、保溫材料和保溫層、埋置水溝、防寒泄水洞、保溫出水口、注漿、抗凍結構等措施以及相應的設計要點和適用條件，并以雀兒山隧道為例，說明了