高海拔及严寒地区隧道防冻设计探讨

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1、第)!卷第*期现代隧道技术J>D/)!+9>/*++++++++++++++++++++("")年%月5>4?@ABCAA?DDEAFB?GHA>D>FIKCA/("")文章编号：!""#$%&’(（("")）"*$"""!$"%高海拔及严寒地区隧道防冻设计探讨张祉道+王+联（四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，成都%!"")!）摘+要+文章介绍了隧道冻胀力产生的机理，根据国内外有关资料，认为冻胀力并非由冻结的岩层本身，而是由紧贴衬砌的围岩含水风化层冻胀产生的，其值与含水层的厚度、是否有地下水补充以

2、及衬砌的刚度有关。作者提出的冻胀力计算公式以及建议的保温结构可供设计工作者参考。关键词+隧道设计+防冻胀+冻胀机理.中图分类号：,)&-/&+++文献标识码：0法，抛砖引玉，希望业内人士指正。!+前+言(+冻胀机理建国几十年来，我国在东北高纬度地区修建了数十座严寒及寒冷地区隧道，如嫩林线的西岭!号(/!+关于冻胀的几种解释及(号隧道、西罗奇(号隧道、白卡尔隧道，卡图线实践证明，围岩发生冻胀是需要条件的，一是环的土门岭隧道等，洞外最低气温均在$&"1以下。境温度在"1以下，而且低温的时间要足够长；二是

3、另外，在西北高海拔地区，除了早期修建的南疆铁围岩性质必须能够允许冻胀，岩层和粗颗粒土一般路奎先隧道（长%!&)2，海拔(#’(2，最低气温是不会冻胀的；三是围岩中含水量必须足够多，没有$**1）以外，近年来又修建了一些高寒隧道，如水或者水很少，显然不能形成冰或者冰的数量太少，大板山公路隧道（海拔*-#"2，最低气温$*"1）、围岩也不会冻胀。日本北川修三等学者，将发生冻鹧鸪山隧道（海拔**""2，最低气温$*!/!1）。青［!］胀的要素归纳为以下&个条件：藏铁路开工以后，又于(""*年建成了昆仑山隧

4、道（!）冻结指数（即一年中"1以下的日平均气（海拔)%""2，最低气温$*%1）、风火山隧道（海温之和）大于)""1·4；拔)’""2，最低气温$*-1）。这些高海拔及寒冷（(）岩石的单轴抗压强度小于&567；地区隧道的修建，为我们积累了丰富的经验，提供了*（*）围岩（土层）干容重"!&89:2，饱和容重宝贵的数据。然而遗憾的是，国内至今对隧道防冻*"("89:2；问题缺乏研究!!这可能与近("3*"年来我们很（)）围岩（土层）的含水率;(&<；少在寒冷地区修建隧道有关。当前设计规范中对隧（&）围岩

5、（土层）中含粉砂以下颗粒含量;!"<。道防冻问题涉及极少，一旦遇到隧道防冻设计，在冻以上诸条件中，只要一项不满足，就不会发生冻胀。胀力计算、隧道防冻结构措施等方面找不到办法，使以下介绍隧道冻胀力的几种解释。设计者无所适从。近年来，交通部以宁张公路大板［(］（!）冻融岩石圈整体冻胀说山隧道为依托，铁道部以青藏铁路昆仑山隧道、风火在大板山隧道冻胀力研究中，有的学者提出如山隧道为依托，组织一批力量进行高寒隧道的科学研究，取得了大批成果，但尚待去粗取精，研究总结下解释：设隧道周边围岩冻结深度为!（=图!），

6、假设成规律才能指导今后设计。最近，我院正在开展川冻结区中围岩均匀孔隙中原充满地下水，则岩石圈藏北线雀儿山隧道设计，笔者在学习既有资料的基中的水冻成冰以后将整体膨胀，从而对隧道衬砌产础上，基于前人提出的冻胀机理，试提出冻胀设计办生冻胀力。若认为围岩及隧道衬砌均为弹性体，可导修改稿返回日期：("")$")$(!作者简介：张祉道，男，高级工程师/万方数据·!·现代隧道技术图!"岩石圈冻胀模型#$%&!"’()*+(,,-(.*/-(01-$/%出衬砌承受的冻胀力!,如下：!""3!,2⋯（!）#$4（%3

7、4!）［（&%!5#!）4（%34#3）］式中"!———围岩孔隙率；"———水冻结成冰的体积膨胀系数，"267；"!，#!———衬砌的弹性模量及泊松比；"3，#3———围岩的弹性模量及泊松比；&2"3’"!；33%2（(4)）；图3"衬砌承受的冻胀力!33（(5)）#$%&3"#-(?@A*

8、（!）得冻胀力曲线如图3。由图3可知，当冻结深度小于3:、孔隙率小于97时（大多数情况），衬砌冻胀力不超过3’;<。（3）积水冻胀说结合青藏线高寒隧道的研究，中铁西南科学研究院胡元芳等提出积水冻胀模型，以此计算隧道衬砌所承受的冻胀力。该模型认为冻胀力主要由衬砌图="积水冻胀模型#$%&="’()*+(,,-(?@A*