浅议隔热保温技术在多年冻土隧道中应用

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1、浅议隔热保温技术在多年冻土隧道中应用　　摘要：随着西部经济的快速发展，公路建设是重中之重；而高原多年冻土地区公路又具有较强的特殊性，很有必要及时展开关于多年冻土地区高速公路的系列技术可行性研究。本文结合青海省公路隧道施工经验，对多年冻土地区的隧道建设提出了一些切合实际的措施。关键词：多年冻土隔热保温技术公路隧道施工措施中图分类号：X734文献标识码：A文章编号：1青海省自然环境简介青海省位于中国西北部，北依祁连山地，西为柴达木盆地，东跨黄土高原，南为青南高原；地势具有西南高，北东低与南北高，中部低和山地多，平原少的组合特征。海拔最高点昆仑山主峰布喀大峰6860ｍ，最

2、低点民和县下川口湟水出省境处1650ｍ。海拔超过3000ｍ的高原山地面积占全省总面积的五分之四以上。作为我国多年冻土分布的第二大省，青海省占青藏高原多年冻土分布总面积的三分之一以上，而青南高原和祁连山地，是省域内的两大多年冻土区。7青海寒冻风大，干燥剥蚀和雨洪侵蚀强烈，冻土、盐渍土体结构稳定性差，特殊的地形地貌、地质构造、岩土性质、气象水文密切相关的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷即冻胀沉陷、沙漠风蚀沙埋、黄土湿陷和水土流失等自然地质灾害具有多发、频发和危害严重的特点。2多年冻土隧道特点严寒地区的地层一般为季节性冻土，寒季会在其表层存在着最大冻结层，即最大冻结深度，其下

3、为非冻土(融区)；暖季则均为融区。多年冻土地区地层为永久性冻土，暖季在其表层存在着最大融化层,即多年冻土的上限,其下则为永久性冻土；寒季则均为冻土。同样，当公路隧道穿过严寒地区地层时，除了隧道周边一定范围在寒季产生冻结，其余范围和时间均为非冻土；而隧道穿越多年冻土地层时，除了隧道周边一定范围在暖季产生局部融化，其余均为冻土。冻土隧道主要分布在青南高原地区和西部的昆仑山脉之中，以上地区空气稀薄，空气压力约为0.55KPa，最低氧压约为10.87KPa，比平原氧压20.7KPa低9.83KPa，比人类生命极氧压低0.137KPa。年平均气温约为-6.7℃，极低气温达-4

4、1℃，冬季长达7个月。昼夜温差近20℃，夏季最高温度为20℃。属典型的高原冰雪气候，气候变化无常，有“一天四季”之称，六月飞雪、太阳雨、太阳雪均属正常。环境恶劣、生态脆弱，少有动植物赖以生存，植被稀少，极易遭到破坏而死亡。雨季集中在7、8、9三个月，地表水丰富，该地区暖季地表冻层融化，呈饱和松软状，寒季冻融层冻结、坚硬，局部出现冻胀土、冰锥等冻害。此种地质所建隧道穿越多年冻土、冻岩，冻土深度约为60～120ｍ左右，属低温稳定多年冻土区。对多年冻土隧道来说，地下水量有限，补给来源较小，无论是寒季还是暖季，大环境为负温，排水设施穿过的地层在寒季均为冻土，在暖季处于冻土融

5、化或冻结的交替变化中，并且不断地受到周边负温能量的影响，因而排水沟内的水极其容易冻结，排水很难通畅。多年冻土隧道还由于暖季周边冻土的融化，在寒季该融化范围冻结产生冻胀力。冻胀力是导致衬砌结构破坏的一个直接因素；冻胀力的大小和围岩裂隙、含水、围岩弹性模量及衬砌结构有关。粘性土与透水土、破碎岩石的冻胀机理不同，对于粘性土，在低温(指负温)条件下，由于土壤中的原位水及未冻区的水分迁移到冻结区结冰造成体积膨胀，引起土体随之膨胀，产生冻胀力；对于透水的粗颗粒土和破碎岩石，在负温条件下粗颗粒土骨架间孔隙或破碎围岩裂隙中的水冻结，冰体积膨胀对结构产生冻胀力。隔热保温技术是通过在隧

6、道设隔热保温层，以减小洞内外气温与围岩的热交换，最大限度地减小冻融圈范围，减小冻胀力。3隔热保温技术设计依据隔热保温层设计主要考虑以下因素：(1)隔热保温层设计要根据隧道所处多年冻土地区上限值、最冷月与最热月平均气温差等各方面因素。7(2)隔热保温层选择的材料应具有足够的强度，以确保其自身的稳定性。(3)两层衬砌之间设隔热保温层,其厚度除了考虑隔热作用，还需考虑传递围岩压力的要求。(4)隔热保温层设计应选用低毒性、阻燃性的材料，并要考虑利于操作施工。(5)隧道结构设计应为敷设隔热保温层提供条件。(6)应充分考虑到隔热保温材料因老化造成导热系数的增大甚至材料的失效，必

7、要时预留补救条件。4隔热保温技术的运用7青海多年冻土隧道，海拔高，太阳辐射强，热量高，如何在多年冻土路段开挖，特别是隧道洞口开挖后有效保护多年冻土的融化，对施工安全和顺利进洞至关重要。我们在多年冻土隧道的施工中通过研究和实践，打破了人们常规黑色吸热，对多年冻土保护不利的思维，成功应用黑色防晒网有效阻隔太阳辐射，减缓多年冻土吸热融化防止坍塌的作用。通过实验，中午最高温时，搭设一层防晒网，网内温度可降低10℃左右；搭设双层后网内温度能够控制在5℃～8℃左右，为延缓冻土融化、确保洞口施工安全创造了有利条件。做好掌子面制氧、供氧技术，为掌子面工人劳作提供弥散式供氧，或使