寒区隧道冻害机理及冻胀力的研究

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1、寒区隧道冻害机理及冻胀力的研究摘要：我国是一个寒区隧道分布较广的国家，开展寒区隧道冻害对策研究有着重要的现实意义。论文在对寒区隧道的冻害现象和抗防冻措施进行调查分析的基础上，对寒区隧道的冻害机理进行了研究，对形成冻害的主要因素进行分析，并总结出寒区隧道可能发生的冻害现象，提出了适合我国寒区隧道的抗防冻对策措施。关键词：隧道、分类、冻害机理、冻胀力—、弓I随着我国交通基础设施建设的发展，公路、铁路隧道大量出现。西部大开发这一重要战略国策的实施使隧道工程已逐渐向口然条件恶劣、人烟稀少的高纬度或者高海拔的寒冷地区延伸。在寒区修建隧道，比在一般地区耍而临更多的复杂技术问题，尤-其是隧道的冻害

2、问题。国内外大量铁路、公路隧道建设和运营的实践证明，在高纬度或高海拔的寒冷地区，尤其是多年冻土地区，加Z地下水比校发育时，隧道常常会发生冻害，直接威胁到隧道结构及运营行车的安全，给养护维修带来极人的困难，造成严重的经济损失⑴。在国内，东北大、小兴安岭中的林区铁路隧道大多处于多年冻土层中，建设时由于缺乏经验，勘测、设计屮没有特殊对策，施工屮也没有特殊措施，导致一系列隧道冻害发生，甚至随着隧道边建边发生，造成边建边维修的被动局面，其教训是深刻的，如岭顶隧道、翠岭2号隧道、西罗奇1号隧道和西罗奇2号隧道就是例证。此外，新疆国道217线天山段的玉希莫勒盖隧道英至没有运营几年就因为冻害在隧道内

3、形成冰塞而报废,2,o因此，如何在寒区隧道的建设中采取行之有效的措施，避免或减轻冻害的发生，是目前隧道工程界急需解决的问题，开展寒区隧道冻害预测与对策研究具有重大的工程实际意义和广阔的应用前景。二、寒区隧道的划分与工程特点1.寒区隧道分区(1)寒区划分的原则:是否发生冰冻病害与冻融病害(2)分区界线的确定下界的确定:围岩的年最大冻深＞0.8m,冻结期小于90天。屮界的确定:围岩最大冻深＞1.8m,有4・5个月冻结期。上界的确定:多年冻土区和隧道贯通后有形成多年冻土条件的区域。(3)寒区隧道分区说明根据隧道地表土体最大冻深和年冻结天数，将隧道分为三个区，如图1所示內图1寒区隧道分区说明

4、简表分酚号分区名称冻土麵(■)冻结天数(＜

5、)对应年平均气淳(与年»g)t櫃高康堆区内菱古来刎•区1ms中李懾土906.O-2.O（20〜⑹103-33（32-50）II中冻書区深手节冻土1£〜3・090〜1802〜・2（20〜26）3S7S（32〜50）mistK事年au15-4.07*>190<•2.0（20〜26）<03（32-50）2•寒区隧道分类根据相关资料，寒区隧道分别按多年冻土分布划分、水源赋存与补给条件分类和气候参数进行分类⑷(1)按多年冻土分布划分当隧道位于多年冻土区时，划分标准为多年冻土分布情况，具体划分如图2中所示:图2寒区隧道多年冻土分布(2)按水源赋存与补给

6、条件分类由隧道区水源赋存和地下水来源的情况，可以将寒区隧道划分为五类，见表1表1寒区隧道划分序号地下水赋存与补给形式主耍分布地区地下水渗入隧道情况可能发生冻害分级1含冰围岩隧道大片连续分布开挖过程有人轻中、低温多年为影响或暧季冻土区促使围岩融化，有少量滴水现象2“封闭”、“半大片连续分布开挖过程有渗中封闭”含水围中、低温多年漏水现象，随岩冻土隧道冻土区时间而减小直至消失3开放的深层含大片连续分布施丁开挖和运重水围岩冻融土多年冻土区，营过程均有大隧道岛状分布多年量地下水涌冻土区，中、水，水量稳定、深季节冻土区持续4开放的垂直与大片连续分布施工开挖利运严重水平混合补给多年冻土区，营过程均

7、有人含水围岩隧道岛状分布多年量地下水渗、冻土区，中、涌入,出水点深季节冻土区多，出水量大，一般水温较低，常年性出水，但波动性人5干燥围岩隧道在各类冻土分开挖和运营基微布区均有分布本不存在渗漏水问题(1)我国的寒区集中分布在东北和西北地区，对于年平均温度较低的地区(小于10.5°C)按气候参数进一步划分为亚区，见图3所示。图3寒区隧道按气候参数亚区分类駆名称槪年鮭代)年平顾(V)硼豪(t-d)西瀚部'青菇边報区14〜20<4.0>500高于海如000m的青曲取20-26<6.0>500黄土斛与西邮内陆紘267<75>500来北，内點与舸北剧呕32-50<103>5003.寒区隧道的工程

8、特点⑴隧道内气温变化规律寒区隧道中温度沿隧道进深变化，具有一定的规律性，大致呈抛物线型分布。夏季为中间段低;冬季则相反，中间高，进出口段低，也就是俗称的“冬暖夏凉”。但是隧道内不同地段的温度差值受隧道长度制约，隧道愈长则洞外一洞口一洞屮的温度差值愈大。这个特点对不同进深I韦］岩的冻融深度有很大的影响。(2)隧道贯通后围岩将形成新的冻土层不论是多年冻土围岩还是非冻结围岩，隧道开挖贯通后围岩一•般会形成新的冻土层。对于隧道穿越多年冻土层的情况，原I韦I岩表层均