晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响

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1、第1期(总第232期)山西交通科技No．12015年2月SHANXISCIENCE＆TECHNOLOGYofCOMMUNICATIONSFeb.晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响122王保生，张庆宁，伍毅敏（1.大同公路分局，山西大同037006；2.中南大学土木工程学院，湖南长沙410075）摘要：将观测尺度降低到小时，对晋北地区气温变化特征进行了分析，揭示了寒区隧道在年度周期内经历的多频次短周期冻融循环特征，并探讨了其对寒区隧道混凝土材料和衬砌结构防冻的影响。关键词：寒区隧道；温度特征；冻融循环；冻害防治中图分类号：U457.5文献标识码：A文章编号：1006-35

2、28（2015）01-0034-04学数据共享服务网申请调取了中国地面气候资料国0引言际交换站大同站（编号：53487，东经113.20°，北纬冻害防治问题是高纬度或高海拔严寒地区隧道40.06°，海拔1067.2m）1955—2011年共57年的建设和运营必须面对的重要难题。长期以来，国内外观测数据，并按照常规方法对年平均和月平均特征对隧道防冻理论、技术和材料进行了大量研究，形成值进行了分析。了目前以保温隔热防冻为主、结构加强和防排水优1.1晋北地区长年气温特征[1-5]化为辅的较为完善的防冻技术体系。然而，采取通过对大同站1955—2011年共57年气象数据上述措施后，不少隧

3、道在运营几年后出现大面积的的分析，获得了本地区的气温特征（年平均气温、年隧道冻害，有的甚至经过处治后又出现严重冻平均最低气温、年平均最高气温、年极端最低气温和[6-10]害。在采取全方位防冻措施后仍不能取得令人满年极端最高气温）。逐年变化数据分别如图1所示。意的效果，表明寒区隧道冻害防治的基本理论可能上述指标的57年均值、极大和极小值见表1。存在不完善之处。目前我国公路和铁路隧道设计规范对寒区隧道的主要设防依据有月平均最低气温、[11-12]岩土最大冻深和冻结指数等，这些指标反映的是隧址区气温的平均或累计特征，因而不能体现冻害的渐进发展过程，不能很好地解释隧道冻害在运营几年后逐步

4、显现的问题。为此，本文将观测尺度缩小，试图从气温微观动态波动的角度阐释隧道冻害发展的问题。图1大同站1955—2011年逐年气温指标1常规尺度下晋北地区的气温特征表1晋北地区（大同站）1955—2011年主要气象指标分析表晋北指位于山西最北部的大同、朔州等地区。该平均平均最平均最极端最极端最平均指标气温低气温高气温低气温高气温风速地区属温带大陆性季风气候，温度和降水时空分布℃℃℃℃℃m/s平均7.81.814.6-23.936.32.8变差大，四季分明，各季长短和气候差异较大，冬季最大8.42.315.4-20.239.22.9寒冷干燥，夏季温热多雨，日照长，降水集中。为了研最小

5、7.21.114.0-27.233.42.7究该地区寒区隧道的防冻设防问题，笔者向中国气通过上述图表以及搜集到的数据可以看出，从象局国家气象信息中心气象资料室下属中国气象科年变化尺度看，晋北地区温度变化具有如下特征：山西交通科技山。交通科技收稿日期：2014－07－16；修回日期：2014－11－03作者简介：王保生(1980—），男，山西大同人，工程师，2009年毕业于长安大学道桥专业；张庆宁(1992—），男，山东临沂人，中南大学土木工程学院在读硕士研究生；伍毅敏(1980—），男，江西赣州人，副教授，博士，2001年毕业于长安大学地下工程与隧道工程专业。2015年第1期王保

6、生，等：晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响·35·a）多年来年平均气温比较稳定。无论是年平均具体月份的关系也不大。气温、年平均最高气温、年平均最低气温、年极端最低气温和年极端最高气温，有记录的57年间，变化幅度都很小。b）对气温产生的影响的风速和降水方面，年平均风速保持稳定，偶然大风现象逐年减少，多年来年降水量保持稳定。1.2月尺度下晋北地区气温特征1.2.1月尺度下的气温季节性变化图2是1971年、1991年和2011年3年的月平图41955—2011年1月温度特征变化曲线均气温变化曲线以及1955—2011年共57年来的月平均气温变化曲线。图3是1971年、1991

7、年和2011年3年的月平均温差变化曲线以及1955—2011年共57年来的月平均温差变化曲线。从图中可以看出：a）月平均气温随季节变化的规律性较强、离散性较小，低温季节（12月、1月、2月和3月）和高温季节（6月、7月和8月）离散性大于其他月份。b）月平均温差随季节变化的规律性较差，离散图51955—2011年2月温度特征变化曲线性较大。2降尺度下晋北地区的气温特征2.1日变化尺度下晋北地区历史气温特征图6是在月尺度下2011年的月平均气温、月平均最低气温、月平均最高气温和月平均