高寒公路隧道温度场研究综述
寒区隧道温度场综述
寒区隧道温度场综述摘要：近年来，随着隧道工程施工技术发展的越来越成熟，公路与铁路的建设在路线选择上更加多元化，由原来的避山绕路到现在的凿山取直，隧道工程发挥着重要的作用。
但是部分地区冬天寒冷的气温对隧道衬砌结构的稳定性造成极大的威胁，同时为行车安全留下隐患。
因此对季冻区隧道围岩温度场分布情况的掌握，就是我们需要亟待解决重要问题之一。
关键词：寒区隧道；温度场；冻害研究；综述引言：随着对气温寒冷地区隧道的研究逐渐深入，地下工程研究人员逐渐发现隧道工程中产生失稳现象以及冻害现象的原因是因为在工程实际中水分、温度和应力这三种状态相互耦合，相互影响。
但由于我国在季冻区隧道温度场研究领域起步较晚，对这一问题的认识不足，在实际工程中不能切实有效的施以更好的措施防止冻害现象的发生；再者，伴随着一带一路政策的实施，国内寒区隧道建设日益增多，加快对其的研究工作有助于更好地提高寒区工程建设的效率以及安全度。
对于季冻区隧道温度场的研究工作近几年主要围绕温度场的分布规律、热物性等对温度场影响研究及借助软件进行数值模拟的研究上。
对寒区隧道温度场的研究有助于认识隧道冻害机理，更有针对性的采取相应的防治冻害措施，确定防排水设施类型，为此国、内外隧道工作者进行了大量研究工作。
1、国外研究美国一实验研究所[1]从上世纪60年代开始进行一段较长时间的监测专门观察一座多年冻土隧道，通过此次观测在寒区隧道温度场分布规律方面的研究取得了一系列科研成果，也对进一步开展冻土研究有着重要价值。
1973年，国外学者Bonacina[2]和Cominit[3]分别用数值求解的方法解决温度场问题，是地下工程领域首次对寒区隧道温度场多场耦合数值模拟及非线性分析进行研究[4][5]。
2、国内研究近些年，在我国西部与东北部等寒冷地区修建公路、铁路隧道越来越多，我国许多隧道工作者对各个不同的隧道进行了围岩温度的现场监测，通过长期观测隧道围岩温度场，其变化规律已经被掌握。
高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究
高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究一、概述随着我国基础设施建设的不断推进，隧道工程在高原寒区的发展日益增多。
高海拔寒区隧道工程面临着诸多挑战，其中冻胀问题是影响隧道结构安全和长期稳定性的关键因素之一。
冻胀现象不仅会导致隧道衬砌开裂、剥落，甚至引发更为严重的结构性破坏，而且会显著增加隧道的维护成本和运营风险。
本文旨在深入探讨高海拔寒区隧道冻胀机理，并在此基础上，研究有效的隧道保温技术。
通过文献综述，分析当前关于隧道冻胀机理的研究现状，明确现有研究的不足和未来研究的方向。
结合实地观测和室内试验，系统研究高海拔寒区隧道冻胀的物理和力学特性，揭示冻胀发生、发展的一般规律。
进一步，利用数值模拟方法，模拟不同工况下隧道的冻胀过程，分析冻胀对隧道结构的影响程度。
在深入理解冻胀机理的基础上，本文将重点研究隧道保温技术。
通过对比分析不同保温材料的性能，选择适用于高海拔寒区隧道工程的保温材料。
接着，设计合理的保温结构，并通过试验验证其保温效果。
结合经济性和实用性，提出一套适用于高海拔寒区隧道工程的保温技术方案。
本文的研究成果将为高海拔寒区隧道工程的设计、施工和维护提供科学依据，对于提高隧道工程在恶劣环境下的安全性和耐久性具有重要意义。
同时，本研究也将为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。
1. 研究背景及意义随着全球气候变化和我国基础设施建设的快速发展，高海拔寒区隧道工程日益增多。
这些隧道工程在建设与运营过程中面临着诸多挑战，其中冻胀问题尤为突出。
冻胀是指在低温条件下，土体中的水分冻结成冰，体积膨胀，从而对隧道结构产生应力，导致隧道衬砌开裂、变形甚至破坏的现象。
高海拔寒区隧道的冻胀问题不仅影响隧道结构的稳定性，还可能导致运营中断、维修成本增加，甚至引发安全事故。
高海拔寒区隧道冻胀机理的研究对于揭示冻胀现象的本质、预测冻胀发展趋势、优化隧道设计及施工方案具有重要意义。
针对冻胀问题开展保温技术研究，可以有效控制冻胀现象，提高隧道结构的耐久性和安全性。
高寒公路隧道温度场分布规律
高寒公路隧道温度场分布规律【关键词】寒区隧道；温度场；防寒泄水洞0 引言季节性冻土区和一般地区隧道道温度场的变化规律国内目前已经开展了大量的研究[1-4]。
陈建勋对秦青公路上的梯子岭隧道进行了温度场的现场测试和分析，得出了隧道洞内外温度随径深，时间的变化规律，以及最大冻结深度的分布规律。
何川在线鹧鸪山隧道进行了温度场进行了测试和分析，得出了隧道洞内外温度的年变化规律。
吴紫汪对青海大坂山公路隧道进口段进行了温度场的现场测试和研究，得出了隧道洞内和隧道衬砌的温度变化规律。
但是以上文献关于青藏和高原永久冻土区的隧道温度场特性提及不多。
1 温度场测试内容1.1 测试时间和频率结合隧址所在地区气象资料，隧址区历年年平均气温≧-4.2℃的时间段为4月2日至11月2日，日最低气温普遍出现在6-8时，日最高气温普遍出现在13时。
按以上气象数据制定监测频率：4至11月每月监测4次，12月至次年三月每月监测8次，每天监测时间：1：00、8：00、13：00、20：00，如果偶遇特殊天气，可以适当加测。
1.2 监测断面布设1.3 测点埋设1.3.1 二衬钢筋施工完成后，将温度计绑扎在二衬钢筋上，等待二衬混凝土浇筑完成，完成测点的埋设；二衬表面的温度将测温元件用粘胶布粘贴在脱模的混凝土表面。
1.3.2 2、4、11、13号断面用来检测仰拱不同深度的混凝土温度，必须抓住仰拱施做钢筋的时段，将测温元件绑扎于仰拱钢筋的不同部位，混凝土浇筑完成，完成测点埋设。
1.3.3 围岩中测温元器件的埋设，必须先用电钻打孔，孔深1500mm、孔径45mm，清孔后浇筑满水泥砂浆，最后整理好测线。
2 温度场分布规律2.2 隧道内围岩及衬砌结构温度的环向分布规律从上面的曲线图中可以发现：①沿隧道环向，从衬砌表面到围岩，由浅到深，深处的温度变化总是滞后于同一桩号处浅处的温度，最终与衬砌表面温度达到统一；②围岩及衬砌结构温度在径深约3m处变化幅度较大，说明环境温度对围岩及衬砌结构在环向方向上的影响具有一定的范围，该范围之内的围岩及衬砌结构的温度将随着环境温度的变化而变化，在该范围之外的围岩温度趋于稳定；③进口目前已开挖区段范围之内二衬甚至围岩在环向方向上都呈现负温度，而且随着环境温度的降低，负温区相对应的冻结区也逐渐增大；离洞口越近，冻结区越大，离掌子面越近，冻结区越小；④随着距隧道洞口距离的增加，温度的变化幅度逐渐减小，在任意桩号环向方向上也呈现此变化规律。
高寒地区隧道保温层施工技术研究
・
１ ８・ ４
２０１１年 １１月
山 西 建 筑
Ｓ ＮＸＩ ＡＲＣ ＨＡ ＨⅡＥＣ Ｕ Ｔ ＲＥ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ３ １３ ． ３ ＮＯ ２０１ Ｖ． １
・
桥 梁
・ 隧 ：ｔ ｘ ，・ ｔ
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ）３ ０ ４ －２ １０ － ８ ５ ２ １ ３ — １ ８０ １
２ ３ 衬砌保 温层材料 和 结构 ．
２ ３ １ 衬砌保温层结构 ． ． 隧道保温层共两 层 ， 内层 （ 近衬砌 ） 靠 采用 ５ Ｌ热 固性 ０ｍｍ Ｆ
常见 ， 保温层施工前 ， 提前对洞 内渗漏水 点进行处 理 ， 必须 杜绝 因
渗漏水 引起 的冻融造 成混凝 土及保 温层 的腐蚀 。
关键词 ： 钢筋混凝 土连 续梁桥 ， 质量缺 陷， 裂缝 ， 载试 验 荷
中图分类号 ：４８２３ Ｕ ４ ． １ 文献标识码 ： Ａ
现浇钢筋混凝 土连 续梁桥 是广 泛使 用于公 路 工程 的一种 桥 工程 采用四层全定向涡 轮式互 通立 交形式 ， 中第一 层 Ｅ 其 ｓ匝道 型。其就 地浇筑施工方法是在 门式支架预 压后安 装模板 ， 扎及 第一联 ０号 ～ 号墩为 ２ ２ ． 绑 ２ × ２５ｍ钢筋混凝土等截 面连续箱梁 。
高寒地 区隧道保温 层施 工技术研 究
李 兴 波
摘 要： 针对 高寒地 区隧道 内冻融、 冻胀现 象严重 ， 易使衬砌 混凝土 产生开 裂、 容 酥松 、 落、 冰等危 害， 剥 挂 通过 对 隧道 保
温层与衬砌的 紧密性粘结及安装施工技术进行研究 ， 用结构保 温技 术， 采 成功的解决 了高原 高寒隧道的冻 害问题 。 关键词 ： 高原高寒 ， 隧道 ， 温层 ， 术研 究 保 技 中图分类号 ：Ｕ ５ ．１ Ｔ ４ ５９ 文献标识码 ： Ａ
高寒公路隧道温度场研究综述
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多,国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究,并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究,并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1寒区隧道温度场理论研究我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道,通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解,两者联系紧密。
1.1赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程,应用Galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成,丁敏,李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.22004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析,但是采用的是一维热传导模型。
1.3关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2寒区隧道温度场现场实测研究理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果,得出了关于寒区隧道温度场分布的结论,进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1环境温度与隧道内气温的相互关系环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高,而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季,随着纵深的增大,温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
特高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
郑长伟;李申
【期刊名称】《公路交通技术》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】为解决高寒高海拔地区运营隧道的冻害问题,在某单洞双向隧道4个断面的不同位置处布设了大量温度传感器进行现场温度监测,分析研究了特高海拔寒区隧道围岩、衬砌在不同位置处的温度场分布规律以及围岩冻深情况。
结果表明:隧道温度随季节呈周期性变化,距洞口10 m处冻害最为严重;隧道衬砌温度与隧道纵向深度呈负相关,围岩温度与隧道径向深度呈正相关关系;在距隧道洞口越近的最不利断面处,拱顶温度高于拱腰和拱脚;距洞口10 m的拱脚处冻深最大,隧道冻深影响范围为0 m~250 m。
研究结果可为寒区隧道施工和保温防冻提供依据和指导。
【总页数】5页(P171-175)
【作者】郑长伟;李申
【作者单位】中国铁建大桥工程局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U456
【相关文献】
1.寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究
2.寒区隧道施工阶段温度场分布规律研究
3.寒区铁路隧道温度场分布规律研究
4.寒区隧道纵向温度场分布规律研究
5.考虑地温影响的高海拔寒区隧道温度场分布规律研究
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高寒公路隧道保温措施研究
高寒公路隧道保温措施研究摘要为了有效地避免高寒地区公路隧道受到冻害的影响，必须通过更有效的防寒措施进行预防，使这一问题不会对有关地区公路隧道的使用产生影响，将这一问题有效解决。
本文首先对高寒地区公路隧道防冻治理情况进行了简单的概述并对相关的保温措施进行了一定的研究，希望相关措施可以有效地起到隧道保温的效果，将其带来的负面影响彻底消除。
关键词高寒地区；公路隧道；保温措施前言我国为了将寒区公路隧道的问题解决，已经进行了大量的研究，使用了很多的解决办法，传统的方式使用最多的是通过较轻的材料用作隧道保温层，将隧道受到影响部分减小。
随着温度的逐渐降低，会对其保温层的厚度有更高的要求，需要将其保温层的厚度增加，使保温效果更好的，但是其厚度是有增加上限的，在达到限制之后这一方式的效果就无法再次提高。
与之类似的办法同样都会受到一定的限制，所以需要更有效的方式解决这一问题。
1 高寒地区公路隧道防冻治理现状隧道冻害是因为隧道内的水流与围岩积水在寒冷环境下冻结，导致隧道中拱部出现冰柱等现象，对车辆的行驶产生了一定的威胁。
面对这一问题需要使用多种手段将相关问题解决，使其对车辆行驶产生的影响可以有效地降低，为驾驶人的安全提供保障。
在我国北部地区，很多的公路隧道都受到了这一问题的影响，如果不能将其有效解决，就会对我国公路的运营产生非常大的负面作用，而我国在解决这一问题中所面临的现状是因为相关技术的不健全，使得这一问题的解决时间较长，不能有效地避免受到其影响[1]。
2 保温措施应用研究2.1 传统方式在寒区隧道保温工作中最常见的措施就是保温层的设置，通过布置保温层可以有效地防止隧道围岩与冷空气之间的接触，将冻害的影响降低。
保温层的布置方式主要包括两种，可以在初期支护与二次衬砌之间进行，或者是在将其布置在二次衬砌混凝土的表面。
保温层在实际的应用中虽然可以有效地起到一定的保温作用，但是相关材料不能使隧道温度提高，在外界温度较低的情况下隧道的温度还是会降到冰点一下，不能有效地起到防冻的效果。
高地温隧道研究综述及前景展望
高地温隧道研究综述及前景展望
温隧道是一种特殊的山谷形态，它以清晰的演变趋势、单一的地质结构和可控的温度变化而特殊。
许多地区的高地温隧道在多年的地质演化中，温度变化从低温发展到中温，形成了复杂的温度结构，为深入研究其气候变化和地表能量转换提供了机遇。
首先，对高地温隧道长期温度变化特征的研究，以及这种特殊温度结构对其功能的影响，相关研究表明，高地温隧道具有复合保温功能，这种功能可有效逆转温度变化，减缓过热度变化，避免多变不定的天气变化，从而提升空气水汽含量，维持地表环境的稳定性，对科学研究有着重要价值。
其次，高地温隧道温度变化特点，提供了解其多季节气候变化的研究机会。
研究表明，高地温隧道受温度变化的影响，可以调节夏季和冬季的温度，起到避免极端高温和低温的作用，从而维护生物多样性，起到改善环境质量的作用，对于促进饮水资源的可持续利用和地区生态平衡也有重要意义。
此外，高地温隧道的水文动力特征也是研究的重点，确定温度变化的规律，可以帮助人们掌握高地水文过程，有助于改善水资源管理，促进高地植被的复原与发展。
最后，研究表明，高地温隧道的温度与水文特征可有效调控林分结构，土壤活力和植被生长，有助于改善生态环境，也可以促进特定植被结构和功能的发展，这有助于提高生态系统的可持续性和生态健康状态。
综上所述，高地温隧道研究已取得许多有益成果，但是对其动态变化和生态效应的研究仍处于初级阶段，未来研究任务有待进一步开展。
希望能有更多的研究和实践，及时跟踪温隧道的温度变化特征，深入挖掘温度结构对温隧道功能的影响，从而有效改善地表环境，实现高地温隧道可持续发展。
高寒地区浅埋公路隧道围岩温度变化研究
高寒地区浅埋公路隧道围岩温度变化研究隗合杰;孙新建;王黎军;杜喜龙【摘要】为研究高寒地区浅埋公路隧道在环境温度影响下围岩温度变化规律,依托共和至玉树公路鄂拉山隧道工程,以隧道进口段为研究模型,应用ABAQUS软件对围岩温度场特征进行分析研究.结果表明:在高寒低温条件下,隧道周围围岩受环境温度影响范围随隧道纵深的增加而减小;对于隧道围岩横断面,环境温度影响深度,随纵深增加,无论纵向还是横向都逐渐减小;温度变化较快的区域集中在隧道进洞口的前40 m部分.基于此,建议施工过程中,在进出洞口段一定距离内,注意对围岩的保温防护,以提高围岩的稳定性并且增强施工的安全性.【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】7页(P64-70)【关键词】高寒地区;隧道;有限元;数值模拟;温度【作者】隗合杰;孙新建;王黎军;杜喜龙【作者单位】青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016;青海大学水利电力学院,青海西宁810016【正文语种】中文【中图分类】U459.2中国的寒区一般分布在中低纬度的山区地带、高纬度的岛屿和极地，高寒地区面积大，占土地面积的43.5%[1]。
随着寒区经济的发展，我国展开了如青藏公路等大型工程的建设。
道路工程通常都需要修建隧道，与普通隧道工程相比，寒区隧道由于其特殊环境而具有独特性。
由于高寒地区热胀冷缩及受力不均，建筑物往往会发生断裂、扭曲和下陷等现象，寒区隧道建设中存在的诸多问题将直接影响当地经济建设和人类生命安全，因而引起了工程界的重视[2]。
近些年，不少学者[3]对寒区隧道温度特性、隧道温度分布、施工技术、围岩分级、内力分布以及有限元应用进行了一定的研究，并得出了一些基础理论。
赖远明等[4]、王余富[5]根据传热学的基本理论，冻土力学和流体力学，对围岩的隧道和空气之间的热对流在隧道和隧道周边考虑岩石热传导耦合问题，提出了耦合问题的三维计算模型。
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究随着我国经济持续稳定增长,交通运输网络逐渐趋于完善,铁路与公路组成的陆路交通运输网向着人迹罕至、自然条件恶劣的高海拔寒冷地区逐渐延伸,这些地区大部分以海拔高、气温低、气候环境恶劣等特点著称。
在这些地区修建公路、铁路等地面交通基础设施,一般需要修建隧道工程,隧道衬砌结构的防冻胀措施是解决寒区隧道防冻害的关键技术,决定着隧道在施工期和运营期是否安全。
本文以在建敦煌至格尔木铁路当金山隧道为依托,采用理论研究与数值模拟相结合的方法对群洞条件下高海拔寒区隧道的温度场—应力场进行耦合分析,研究了不同洞室条件下敷设保温层对隧道温度场分布、竖向位移场及衬砌结构等效应力的影响;对隧道洞口段保温层选型、厚度及保温设防段长度进行分析,提出在保温设防段范围内沿隧道纵向敷设不同厚度保温层;指出极端气温条件下在隧道洞口段设置电加热系统以辅助隧道防寒的措施,并对电加热系统功率与洞内气温的关系进行了研究;最后,从极端气温条件下围岩稳态温度场和正常气温条件下围岩瞬态温度场两个方面对隧道的防寒保温效果进行了预测,得到的结论如下:(1)外界大气温度变化对洞内温度的影响范围约距洞口2000m,2000m之后洞内气温是正值,隧道进口段气温每年约有5个月的时间处于0℃以下;(2)主隧道、平导和防寒泄水洞均未敷设保温层的前提下,各洞室冻胀圈深度随加载时间的增加逐渐增大,当主隧道和平导的水平间距取40m时,平导的存在会加速主隧道的冻胀,但对主隧道的冻胀圈深度无影响;三洞均存在时防寒泄水洞边墙处的等效应力值最大,为10.73MPa,是最危险部位,在施工和运营中应增强边墙位置的支护刚度,以确保隧道结构的安全;(3)主隧道、平导和防寒泄水洞施做5cm保温层可较大程度地减小各洞室的冻胀圈范围,加载5个月,主隧道的保温层和二次衬砌中存在负温区,平导的保温层和初期支护中存在负温区,防寒泄水洞的负温区仅存在于保温层内,各洞室衬砌结构背后的围岩内不存在负温区,且主隧道、平导和防寒泄水洞均敷设保温层后各洞室的冻胀圈范围互不影响;(4)经过对酚醛泡沫、聚氨酯、聚苯乙烯和高压聚乙烯等保温材料性能的比选,选用酚醛泡沫材料作为隧道的保温材料较合适;通过对主隧道分别铺设1cm、3cm、5cm、7cm保温层,防寒泄水洞分别铺设5cm、3cm、1cm保温层,平导不设保温层的6种方案分析可知,主隧道和防寒泄水洞敷设不同厚度保温层对彼此的冻胀圈深度无影响,且各洞室敷设保温层厚度由1cm增加至3cm时,各洞室的冻胀圈深度最大可减少1m左右;(5)通过数值模拟多次试算及经验公式综合分析,建议主隧道保温段长度取1350m,距隧道洞口955m～1350m的范围设置1cm保温层,距洞口184m～955m的范围设置3cm 保温层,距洞口0～184m的范围设置5cm保温层;防寒泄水洞保温段长度取835m,距洞口835m～330m的范围设置3cm保温层,距洞口0～330m的范围设置5cm保温层;(6)洞内温度低于-15℃,主隧道和防寒泄水洞洞口段除设保温层外还需设电加热系统以辅助隧道防寒。
自然条件下长大公路隧道内温度变化分析
自然条件下长大公路隧道内温度变化分析自然条件下长大公路隧道内温度变化分析摘要本文是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热的客观条件下，得出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因；隧道内无机械通风和交通运营时，隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内所特有气温上升曲线的特点。
关键词高寒长大隧道温度变化曲线纵向气温曲线1 概述1.1 研究概况及意义随着我国新一轮交通基础设施建设高潮的到来，公路隧道大量出现，其中在各种复杂和恶劣条件下的长大公路隧道数量也急剧增加。
作为西部开发这一重大国策的实施，公路建设也出现了从平原微丘向山岭重丘发展的趋势。
现在隧道的围岩冻胀受力和内部温度场已成为隧道研究课题的热门方向，但是就本人了解的情况，目前对隧道内部温度沿隧道纵向进行系统的研究文章很少，就是有这方面的文章也是在隧道运营以后的隧道气温情况。
而本文却是在隧道已施工完毕但又未交付使用，在室外气温由寒变热的急剧变化期，本次研究时间长，隧道内部气温仅受自然环境气温变化和隧道内混凝土散热下的客观温度。
本文在对隧道内温度进行客观实际的实测之后得出许多重要结论，这在所有的隧道研究论文结论中尚属首次。
、本文给出了隧道内温度变化同外界大气温度的密切关系及其原因，隧道内无机械通风和交通运营时隧道内气温纵向变化曲线和长大隧道内气温所特有气温上升曲线的特点。
隧址区位于青沙山区，属中高山剥蚀地貌，海拔高程3044.59-3398.81m，最大相对高差354m。
区内地形复杂，山坡陡峭，流水侵蚀强烈，沟谷发育，多呈“U”字型。
山脊走向北西西~南东东向，与隧道轴线近垂直。
区内植被发育。
本区属高原半干旱大陆性气候，寒长暑短，受地形制约。
平安、化隆多风少雨，日温差较大，日照充足，四季分明。
据西宁资料，多年平均气温5.9℃，极端高气温38.7℃，极端低气温-26.6℃，最大冻深1.48m。
高寒公路隧道施工技术研究
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·134·2023年第21期文章编号：2095-6835（2023）21-0134-03高寒公路隧道施工技术研究李鹏，包永超，惠亚强（中交路桥建设有限公司，北京101121）摘要：随着中国由交通大国向交通强国转化，公路施工不断向高质量施工发展。
在高寒地区公路隧道施工相较于普通地区的公路隧道施工环境更为恶劣，高寒地区隧道施工气压低、温度低、空气稀薄。
以ZH12中俄和代隧道为研究依托，对高寒地区的混凝土施工与垫层施工的施工难点及冻害原理进行研究，并结合现场实际情况，提出相应施工措施。
关键词：高寒；隧道；高速公路；施工技术中图分类号：U455文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.21.040季节性冻土地区约占中国领土的53.5%，主要分布在中国东北、西北和北部及西南部的高海拔山区[1]。
随着世界范围内轨道交通的蓬勃发展，寒冷地区不断修建隧道。
然而，寒冷地区隧道运营过程中，病害不断出现，破坏程度逐渐加大，严重影响了铁路隧道运营的安全。
因此，有效控制隧道冻害的发生，减少冻害引起的次生灾害，确保铁路隧道全寿命周期运营的安全，已成为必须解决的关键技术问题。
目前运营中的铁路隧道冻害的主要形式包括隧道底部结冰、侧壁挂冰、路面积水结冰及衬砌开裂和剥落。
针对这些冻害问题，许多学者研究了冻害机理和温度变化对隧道的影响。
1工程概况本文以甘肃省S10凤县（陕西）至合作（甘肃）高速公路卓尼至合作段公路工程ZH12中俄和代隧道为依托项目。
隧址区极端最高气温为28℃，极端最低气温为﹣23℃。
降水量具有年内、年际分配不均，区域差异性较大的特征，其多年平均降水量为580mm，蒸发量小，气候湿润，且集中在5—9月，占年降水量的83%～88%。
大雨和暴雨一般出现在4—10月，且集中于6—8月，全年日照时数为2186h，无霜期为90～119d。
关于高寒地区隧道防冻施工技术研究
关于高寒地区隧道防冻施工技术研究摘要：在高寒地区进行隧道施工需要采用有别于普通地区中的防冻施工技术，不仅需要加强对施工过程中的通风和供氧，而且需要采用相应的防水和排水技术应对高寒地区的特殊施工环境，并在洞口以及施工中采取特殊的防冻措施，确保施工质量。
关键词：高寒地区；隧道；防冻施工技术1引言近年来随着我国经济的快速发展，我国的各项基础设施建设工作如火如荼的开展，其中公路工程和铁路工程建设的数量和规模也在不断扩大。
由于我国地域辽阔，南北纬度跨度较大，在海拔较高以及纬度较高的黑龙江、青藏高原、甘肃、内蒙古等部分地区为高寒地区，在此地区进行工程施工，尤其是隧道施工时，应采用有别于平原普通地区的防冻施工技术，并综合高寒地区的开挖跨度、支护类型以及使用功能等因素进行相应防冻施工技术的选择，确保高寒地区隧道施工的质量和安全。
2高寒区隧道施工通风供氧技术在高寒地区进行隧道施工时，由于施工环境中温度较低，尤其是高海波地区更是处于低氧和低压的施工环境中，这对距离较长的隧道施工中通风降尘非常不利，且在此环境中，施工所用的内燃机械容易出现燃烧不充分的问题，从而加大了高寒地区隧道施工中通风的难度，所以应格外做好通风供氧的工作，主要从以下两个方面进行。
一是在隧道掌子面采用弥散供氧技术。
在隧道掌子面进行供氧所用的弥散供氧系统主要由输氧管道、阀门以及弥散供氧装置等组成，且其中最重要的设备为弥散供氧装置，其主要原理就是以射流雾化的形态将氧气从喷孔喷出，并且在其对流的作用下弥散分布于隧道掌子面中，而且此系统可以随着掌子面掘进施工的进行而自行移动跟进。
二是在隧道内采用氧吧供氧的方式，这是一种有别于掌子面弥散供氧方式的便携式供氧方法，能够满足远离掌子面施工区域中施工人员对氧气的需求，而且所采用的供氧装置便于携带，为了保证施工人员的健康和施工效率，还能满足以下要求：具有持续供氧能力，确保施工人员随时吸氧；能够随着施工的进行而随时移动并满足施工要求；能够满足施工过程中所有施工人员同时进行休息和吸氧，并且不会对隧道施工产生影响。
高原高寒地区隧道施工技术研究
高原高寒地区隧道施工技术研究摘要：高原高寒地区属于极其寒冷地区，一般情况下海拔较高、埋深大，而且气候条件非常恶劣，该地区的公路隧道修建存在一定难度。
本文将高原高寒地区的隧道修建作为重点，对施工技术进行了详细分析，有利于隧道工程在寒冷季节顺利修建。
关键词：高原高寒；隧道；施工技术高原高寒地区的隧道施工经常在低气温、低气压的环境下进行，与一般地区相比，混凝土的冻融破坏、内燃动力设备的效率比较低，而且在施工过程中需要采用合理的措施解决痛风排烟问题。
对于我国已经修建完成的隧道工程，在高原高寒地区最冷月时会停止施工，有利于保证施工质量。
基于此，本文重点分析了高原高寒地区隧道施工技术，希望对隧道施工企业提供一定帮助。
1工程概述延庆至崇礼高速公路河北段是北京-张家口联合举办冬奥会中连接延庆赛区和张家口赛区的主要公路通道，延崇高速河北段ZT12合同段主线位于张家口市崇礼区棋盘梁村，起讫桩号为K89+200—K94+800（右幅），ZK89+390—ZK94+960（左幅），起点为棋盘梁隧道出口端，终点为崇礼太子城互通匝道区。
路线全长5.6公里，公路等级为高速公路，设计速度为80公里/小时，合同金额6.12亿，合同工期24个月。
2高原高寒地区隧道施工重难点延崇高速河北段是国家交通运输部及河北省的“双一级工程”，同时也是“全国绿色公路建设典型示范工程”、“科技工程”、“品质工程”，技术标准高，环保要求严。
综上所述本工程重、难点如下：（1）重点a、项目从临建到主体工程施工全过程环保工作。
主要为绿化、扬尘、噪音、废污处理、文明施工等。
b、隧道设计地质中存在断裂带构造，且隧道部分段落设计有滴水和线流，故隧道施工存在塌方和涌水风险。
c、该线为国家级、省级典型示范工程，故施工中要推行工程技术创新，质量创优，施工设备革新。
（2）难点a、隧道工期紧，需进行冬季施工，冬季施工难度大，投入高，技术要求高。
b、施工区域在冬奥会核心区，可用地少，项目驻地征地难度大，弃土场征地困难。
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究
群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究群洞条件下高海拔寒区隧道温度场分析及防寒技术研究随着交通建设的不断推进，越来越多的隧道建设工程在高海拔寒区展开。
然而，高海拔寒区的气候条件极端恶劣，温度低、风寒多、冻融循环频繁，给隧道工程的设计、建设和运行带来巨大的挑战。
本文将重点分析群洞条件下高海拔寒区隧道的温度场，并探索相应的防寒技术。
一、高海拔寒区隧道的温度场分析1. 群洞条件下的温度变化规律在高海拔寒区，隧道内外温差大，且温度变化较为剧烈。
隧道开挖过程中，挖掘工作面会释放出大量的热量，导致隧道周围温度升高。
然而，一旦施工停止，隧道周围的温度会迅速降低。
此外，高海拔寒区受到寒冷空气和冷风的侵袭，进一步使得隧道内的温度下降。
2. 温度场的空间分布特点高海拔寒区隧道的温度场分布具有明显的空间规律。
隧道孔内呈现出由外向内逐渐降低的温度梯度分布，而且不同位置的温度变化幅度差别较大。
此外，隧道的纵向分布也会导致温度场的差异，通常隧道入口和出口处的温度较低，而中间部分的温度相对较高。
二、高海拔寒区隧道的防寒技术研究1. 隧道结构的保温措施首先，可以采用保温材料对隧道结构进行保温处理，减少温度传导。
其次，可以在隧道内壁铺设保温材料，形成保温层，以减少温度场的剧烈变化。
同时，在隧道断面较大的地方可以设置空气隔离层，减少外界寒冷空气的进入。
2. 隧道通风系统的改进高海拔寒区的隧道通风系统需要在保证新鲜空气供给的同时，降低冷风进入隧道的速度和功率。
可以通过合理设计进风口和出风口的位置和数量，改变通风风速，以减少冷风对隧道内温度的影响。
另外，对于长时间停工的隧道，应及时关闭通风系统，以避免室外低温空气的流入。
3. 加热系统的应用针对高海拔寒区的隧道，可以采用加热系统来提高隧道内的温度。
加热系统可以通过设置加热设备和调整供暖参数的方式，对隧道内空气进行加热，以维持较为稳定的温度。
此外，加热系统还可以预防冰冻结构的出现，保证隧道的正常通行和安全性。
寒区隧道温度场及保温隔热层研究
寒区隧道温度场及保温隔热层研究寒区隧道是冬季交通运输的重要通道，然而，由于寒冷气候的影响，隧道内温度场分布不均，导致隧道壁面结冰、潮湿等问题，严重影响隧道的安全性和通行效率。
因此，针对寒区隧道温度场及保温隔热层的研究具有重要意义。
本文旨在探讨寒区隧道温度场的分布特征，并研究保温隔热层对隧道温度的影响，为寒区隧道的安全运行提供理论支持。
寒区隧道温度场的研究一直是工程界的热点问题。
国内外学者通过理论分析、数值模拟和实验研究等多种方法，对寒区隧道温度场的分布特征和影响因素进行了深入研究。
在保温隔热层方面，研究主要集中在材料的选择和优化、施工工艺及保温效果的评估等方面。
然而，已有研究多于隧道内部温度场的分布和变化规律，对保温隔热层在实际工况下的长期性能和隧道内潮湿问题的研究尚不充分。
本文采用了实验研究和数值模拟相结合的方法，首先通过实验测试获取寒区隧道内外的温度数据，分析隧道内温度场的分布特征。
然后，建立数值模型，模拟不同工况下隧道内温度场的分布情况，进一步探讨保温隔热层对隧道温度的影响。
还对隧道内潮湿现象进行了观察和分析，提出相应的解决方案。
通过实验测试，我们获取了寒区隧道内外的温度数据，并分析了隧道内温度场的分布特征。
结果表明，隧道内温度分布不均，存在明显的温度梯度，且与隧道外的气温差异明显。
我们还发现隧道内湿度较大，容易导致结冰、潮湿等问题。
数值模拟方面，我们建立了数值模型，并模拟了不同工况下隧道内温度场的分布情况。
结果显示，添加保温隔热层可以有效降低隧道内温度波动，且随着保温层厚度的增加，保温效果越显著。
同时，数值模拟还表明，保温隔热层可以明显减缓隧道内潮湿现象的发生。
本文通过对寒区隧道温度场及保温隔热层的研究，得出以下寒区隧道内温度分布不均，存在明显的温度梯度，且与隧道外的气温差异明显。
隧道内湿度较大，容易导致结冰、潮湿等问题。
添加保温隔热层可以有效降低隧道内温度波动，且随着保温层厚度的增加，保温效果越显著。
高寒公路隧道温度场研究综述
高寒公路隧道温度场研究综述
李 云 邹 威 韩风 雷 刘 瑞全 （ 重庆 交通 大 学 土木 建筑 学 院 ， 中国 重 庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４）
【 摘 要】 近年来 国内外学者针对寒 区隧道进行 了广泛的研 究。 本文将 高寒地 区公路 隧道 温度场研 究分 为理论 与现场 实测 两部分进行 总结 归纳 。 从 中得到 了相关结论。在此基础上针对寒 区隧道 温度场 的研 究提 出几点建议 ， 以供 学者在 该领域的研究进行参考。 【 关键词 】 寒 区隧道 ； 冻土 ； 温度场 ； 实验 ； 现场 实测
２ ０ １ ０ 年张 国柱、 夏才初 、 殷卓考 虑与隧道纵 向深度及 时间相关 的 非齐次对流边界条件 ． 利用叠加原理及 贝塞 尔特 征函数的正交及展 开 随着高海 拔高严寒 地区铁路 、 公 路隧道 的逐年增多 ， 国内外开展 定理 ． 得到 了寒 区隧道 围岩径 向温度 的理论解 。 目前关于在保温板设 了一系列专 门针对寒 区隧道温度场 的研究 ， 并 取得 了一些成果 。本 文 计 中 ． 共有 三种计 算保温板 厚度 的方法 ： 等效厚 度换算法 、 气 象解 析 主要分 为理论研究 与现场实测研 究两部分来 阐述近 年来 国 内外在寒 法、 有 限元模拟计算法 区隧道温度场所做 的研究 ． 并在这些基础上 提出一些关于寒 区隧道温 ２ ． ４ 隧道施工过程 中围岩温度 场变化 规律
０ 引 言
度场研究方 面的建议 。
分析 隧道在开挖过程 中．围岩温度 场的变化规律 ， 对寒 区隧道 施 工具 有很 大的意义。 在同一时刻 ， 距 离壁面越近 ， 围岩受施工的影响越 １ 寒 区隧道温度场理论研究 大 同一处 的围岩温度随着 围岩暴露时 间的延长而增加 。在未进行初 我国冻 土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道 ． 通过 数值 计算进 期 支护之前 ， 随着 时间的增加 ， 融化 圈的范围逐渐增大 。２ ０ ０ ３年贾 晓 行了温度场方面的研究。 理论研究得到了寒 区隧道温度场 的解析解与 云等通过对昆仑山隧道的开挖模拟 ． 分析 了在隧道在 开挖后 ３ ０ ｄ 还未 施作衬砌时 ． 围岩的温度随时间的变化规律。 数值 解 ． 两者联系紧密 。 １ ． １ 赖远明 １ ９ ９ ９ 年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解 。 ２ ０ ０ ３ 年 寒 区隧道施 工时 ． 为 了确保混凝 土的施工质量 ． 并满足施 工人员 张学富 、 赖远明 、 喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场 的控制微分方程 ， 及施工机械等各 方面 的因素对施工环境 温度 的要 求 ． 保护冻 土 、 避免 应用 Ｇ ａ ｌ ｅ ｒ ｋ ｉ ｎ 法推导 出三维有 限元计算公式并编制 了计算程序 。 ２ ０ １ ０ 冻土融化 ． 就必须对隧道洞 内环境温度进行控制 。 年王成 ． 丁敏 ． 李晓红对 鄂西地 区沙 子垭隧道 进行 了温度 场与应力场 ２ ０ ０ ３ 年梁 文灏 ． 黄双林通过对青藏铁路 昆仑山 、 风火 山隧道的环 的二维非线性耦合分析 。 ２ ０ ０ ３ 年 贺玉龙进行 了温度场 、 渗 流场 与应力 境温度测试 ． 综合分析得 出洞 内的环境 温度控制在一 ５ ～ ５ ℃之间时能满 场三场两两耦合作用强度 的量化研究 。 足这些要求 ２ ０ ０ ４ 年刘 志春 、 李文 江等又在施工 阶段对风火 山铁路 隧 １ ． ２ ２ ０ ０ ４ 年裴捷等根据实测盘岭隧道 围岩 温度 数据对 围岩 的导 热系 道洞 内外环境温度进行 了长期 系统 的观测与分析 。 得 出采取 了结合通 数进行 了反分析 ， 但是采用 的是一维热传导模型 。 风 的供暖 、 洞 口保温 门等综合供热 、 保温措施 ， 可 以保证 洞内环境温度 １ ． ３ 关于地壳温度场研究 中得到 了正常增温 区地温预测经验公式 。 在一 ５ ～ ９ ℃ １ ． ４ 对 于 冻胀力 的计算 模型 归纳起 来 主要 有 冻融 岩石 圈整体 冻 胀 ３ 结 束 语 说、 局部存水冻胀说 、 含水 风化层冻胀说 三种学 说。 尽管在寒 区隧道 温度场研究方 面取得 了不小 的成果 譬 如在温度 场 的分 布规律上 ． 无 论是从现场 实测结果分 析 ． 还是从数值 模拟方 面 理论研 究与实验研究 是密不 可分 的。根 据现场实测结果 ， 得出了 都很好 的解释 了隧道在 空间和时间尺度上 的变化规律 但是还有很 多 关 于寒 区隧道温度 场分 布的结论 。 进一 步论 证了理论计算 的可靠 性。 需 要 深 入 研 究 的 问题 本 文主要介 绍寒 区隧道温度场的分布规律。 ３ ． １ 针对寒区隧道 围岩原始 温度场的现场测试研究较 少。但是在 数 ２ ． １ 环境 温度与隧道内气温的相互关 系 值计算模 拟时 ．原始 温度 场对寒 区隧道冻 融圈范围 的确定却很重 要。 环境温度及 洞 内气温的变化具有明显的周期性 在冬季隧道 内的 关 于围岩的本构模型还有待研究 气 温随着离洞 口纵深的增大而升高 ． 而在夏季隧道 内的气 温随着纵深 ３ ． ２ 对予隧道冻胀力 的机制有三种解释 ． 目前 的数值 计算冻胀力 基 的增大而减小。 不管是夏季还是冬季 ， 随着纵深的增大 ， 温度 的振幅呈 本 上是基于局部存水空间的理论 还没有推导得出较为普遍适用于工 下降的趋势 。 整体 上来看 隧道内气 温呈现 一种 “ 冬 暖夏凉” 的现象。 在 程技术人员计算的简化公式 隧道完全贯通之后 ． 与贯通之前相 比。 各断面 的气温均 明显降低 ， 年平 ３ ＿ ３ 围岩裂 隙中的水 分迁徙加剧 了冻融 圈产 生的冻胀力 ．在计算 冻 均温度和年温度振幅都有所降低 胀力时往往忽略这样影响 ， 这使得冻胀力的计算与实际有所不同。 ２ ． ２ 隧道 围岩及结构温度的纵 向分布规律 ３ ． ４ 在多年冻土段加 设一次模筑 、 二次模筑 ， 甚至还有三次模 筑。究 隧道 围岩及衬砌结构在纵 向方 向上 ．不仅受到原 岩地温的影 响． 竟各 自分担多大的荷载还没有进行具体的研究。 同时还与洞 内气温及外环境温度有很大 的关系 ３ ． ５ 保温隔热层 的设 防长度 、 厚度 、 导热 系数以及材料参数 的选 取还 在隧道 贯通前 ． 洞 内的温度 由于空气对流 作用小 ． 再 加上施工 时 有待进一步研究 。 车辆排放 的尾气和 隧道爆破等 因素 ． 洞 内温度 和洞外的温度相 比有较 ３ ． ６ 寒 区隧道在 开挖过程 中． 围岩 的温度 变化受到很多 因素 的影 响 ． 高 的温度 。 在夏季 ， 围岩及衬砌 的温度在纵 向方 向上 ， 随着 隧道纵深 的 所做的研究仅仅针对 的是二维温度场分析 。目前 。 还没有 针对围岩在 增大而增大 。 在冬季 ． 施工 时会在洞 内做一些保温措施 。 诸如加火炉 升 开挖过程时， 从三维角度来分析融化圈的 变化情况。 ● 温、 在施作二次衬砌前对加热水温等 ， 使得 隧道会 在中间段温度较 高 ， 两端温度较低 。 在 隧道贯通后 ． 由于空气对 流的作用 ， 洞 内外 的相对 温 【 参考文献】 １ ］ 何川， 谢 红强． 多场耦合分析在 隧道工程中 的应用 ［ Ｍ】 戚 都： 西南交通大学 出 差减小 。 围岩 和衬砌 结构 随着距离 洞 Ｅ ｌ 的增大 ， 温度越高 ， 温度 变化 振 ［ 版社 ． ２ ０ ０ ７ ． 幅越小 。 ２ ］ 陈建 勋 ， 罗彦斌 ． 寒冷 地 区隧道温度 场的变 化规律 【 Ｊ １ ＿ 交 通运 输工 程学报 ， 隧道 围岩及结 构在纵 向的分 布规律 ． 对 于分析确定 隧道抗 防冻的 ［ ０ ０ ８ ， ８ （ ２ ） ： ４ ４ ． ４ ８ ． 设 防长度具 有很 重要的意义 洞 口段设 防长度的确定是在现场温度测 ２ ［ ３ ］ 赖 远明 ， 喻文兵 ， 吴 紫汪， 何平 ， 等． 寒 区圆形 截面隧道温度场 的解 析解Ｕ ］ ． 冰 试 之前确 定 ２ ０ ０ ５ 年孙文吴又根据鹧 鸪山隧道内的温度变化规律 ， 利 川冻 土， ２ ０ ０ １ ， ２ ３ （ ２ ） ： １ ２ ６ — １ ３ ０ ． 用传 热学和热力学第一定律求得了隔热层设 防长度的修正系数。 ［ ４ ］ 李时赞． 嫩林线西罗奇 ２ 号 隧道温度场测试研究 ［ Ｊ 】 ． 隧道及地下 工程， １ ９ ８ ９ ， １ ０ ２ ． ３ 隧道围岩及 结构温度的径向分布规律 （ ３ ） ： ５ １ － ６ ０ ． 在现场布置测温元件 ． 是按照其在径 向不 同的位置 上测试 围岩及 ［ ５ ］ 马巍， 王大雁 ． 中国冻土力学研究 ５ ０ ａ 回顾与展望 【 Ｊ ］ ． 岩土 工程学报 ， ２ ０ １ ２ ， ３ ４ 衬砌的温度分布规律。实测结果均发现 ， 衬砌表面温度 与隧道洞 内的 （ ４ ） ： ６ ２ ５ — ６ ４ ０ 空气温度保持一 致。往往在 围岩及衬砌径 深 １ ｍ范 围内 ， 温度 的变化 梯度较大 。离衬砌越远 ， 变化梯度越小 。 ［ 责任编辑 ： 曹明�
高寒公路隧道温度场分布规律
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ界
科技・ 探索・ 争鸣
高寒公路隧道温度场分布规律
刘瑞 全 李 云 （ 重 庆 交通大 学 土木 建 筑学 院 ， 中国 重庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４）
【 摘 要】 对 于寒 区隧道 ， 冻害问题一直是一个 比较棘手 的问题 。 与之 密切相 关的 两个 因素就是排 水 系统和 温度场分布。 本文通过对青 海省 共玉公路姜路岭 隧道进 出 口段一 定范围 内围岩 、 支护结构及 洞 内外环境温度的现场监 测， 确定隧道 所在 范围围岩冻融圈的范围 ； 沿隧道纵 、 横 断面的温度 变化规律 以及环境 气温的变化情况 ． 继 而为防寒泄水洞的设 防长度和衬砌 结构保 温段 的长度、 保温材料厚度的设计选取提供 了依
据。
【 关键词 】 寒区隧道 ； 温度 场； 防寒泄水洞 【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ｆ ｏ ｒ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｎ ｃ ｏ ｌ ｄ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｄ ａ ｍ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｉ ｓ ａ ｌ ｗ ａ ｙ ｓ ａ ｄ ｉ ｉｃ ｆ ｕ ｌ ｔ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ， ｔ ｗ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｌ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ 敞。 ＋ ０ ｎ 譬
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高寒公路隧道温度场研究综述
【关键词】寒区隧道；冻土；温度场；实验；现场实测
0 引言
随着高海拔高严寒地区铁路、公路隧道的逐年增多，国内外开展了一系列专门针对寒区隧道温度场的研究，并取得了一些成果。
本文主要分为理论研究与现场实测研究两部分来阐述近年来国内外在寒区隧道温度场所做的研究，并在这些基础上提出一些关于寒区隧道温度场研究方面的建议。
1 寒区隧道温度场理论研究
我国冻土专家针对实际工程中遇到的寒区隧道，通过数值计算进行了温度场方面的研究。
理论研究得到了寒区隧道温度场的解析解与数值解，两者联系紧密。
1.1 赖远明1999年求得了寒区圆形截面隧道温度场解析解。
2003年张学富、赖远明、喻文兵等根据考虑相变瞬态温度场的控制微分方程，应用galerkin法推导出三维有限元计算公式并编制了计算程序。
2010年王成，丁敏，李晓红对鄂西地区沙子垭隧道进行了温度场与应力场的二维非线性耦合分析。
2003年贺玉龙进行了温度场、渗流场与应力场三场两两耦合作用强度的量化研究。
1.2 2004年裴捷等根据实测盘岭隧道围岩温度数据对围岩的导热系数进行了反分析，但是采用的是一维热传导模型。
1.3 关于地壳温度场研究中得到了正常增温区地温预测经验公式。
1.4 对于冻胀力的计算模型归纳起来主要有冻融岩石圈整体冻胀说、局部存水冻胀说、含水风化层冻胀说三种学说。
2 寒区隧道温度场现场实测研究
理论研究与实验研究是密不可分的。
根据现场实测结果，得出了关于寒区隧道温度场分布的结论，进一步论证了理论计算的可靠性。
本文主要介绍寒区隧道温度场的分布规律。
2.1 环境温度与隧道内气温的相互关系
环境温度及洞内气温的变化具有明显的周期性。
在冬季隧道内的气温随着离洞口纵深的增大而升高，而在夏季隧道内的气温随着纵深的增大而减小。
不管是夏季还是冬季，随着纵深的增大，温度的振幅呈下降的趋势。
整体上来看隧道内气温呈现一种“冬暖夏凉”的现象。
在隧道完全贯通之后，与贯通之前相比，各断面的气温均明显降低，年平均温度和年温度振幅都有所降低。
2.2 隧道围岩及结构温度的纵向分布规律
隧道围岩及衬砌结构在纵向方向上，不仅受到原岩地温的影响，同时还与洞内气温及外环境温度有很大的关系。
在隧道贯通前，洞内的温度由于空气对流作用小，再加上施工时车辆排放的尾气和隧道爆破等因素，洞内温度和洞外的温度相比有较高的温度。
在夏季，围岩及衬砌的温度在纵向方向上，随着隧道纵深的增大而增大。
在冬季，施工时会在洞内做一些保温措施，诸如加火炉升温、在施作二次衬砌前对加热水温等，使得隧道会在中间段温度较高，两端温度较低。
在隧道贯通后，由于空气对流的作
用，洞内外的相对温差减小。
围岩和衬砌结构随着距离洞口的增大，温度越高，温度变化振幅越小。
隧道围岩及结构在纵向的分布规律，对于分析确定隧道抗防冻的设防长度具有很重要的意义。
洞口段设防长度的确定是在现场温度测试之前确定。
2005年孙文昊又根据鹧鸪山隧道内的温度变化规律，利用传热学和热力学第一定律求得了隔热层设防长度的修正系数。
2.3 隧道围岩及结构温度的径向分布规律
在现场布置测温元件，是按照其在径向不同的位置上测试围岩及衬砌的温度分布规律。
实测结果均发现，衬砌表面温度与隧道洞内的空气温度保持一致。
往往在围岩及衬砌径深1m范围内，温度的变化梯度较大。
离衬砌越远，变化梯度越小。
2010年张国柱、夏才初、殷卓考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件，利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理，得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解。
目前关于在保温板设计中，共有三种计算保温板厚度的方法：等效厚度换算法、气象解析法、有限元模拟计算法。
2.4 隧道施工过程中围岩温度场变化规律
分析隧道在开挖过程中，围岩温度场的变化规律，对寒区隧道施工具有很大的意义。
在同一时刻，距离壁面越近，围岩受施工的影响越大。
同一处的围岩温度随着围岩暴露时间的延长而增加。
在未进行初期支护之前，随着时间的增加，融化圈的范围逐渐增大。
2003年贾晓云等通过对昆仑山隧道的开挖模拟，分析了在隧道在开挖后30d还未施作衬砌时，围岩的温度随时间的变化规律。
寒区隧道施工时，为了确保混凝土的施工质量，并满足施工人员及施工机械等各方面的因素对施工环境温度的要求，保护冻土、避免冻土融化，就必须对隧道洞内环境温度进行控制。
2003年梁文灏，黄双林通过对青藏铁路昆仑山、风火山隧道的环境温度测试，综合分析得出洞内的环境温度控制在-5～5℃之间时能满足这些要求。
2004年刘志春、李文江等又在施工阶段对风火山铁路隧道洞内外环境温度进行了长期系统的观测与分析。
得出采取了结合通风的供暖、洞口保温门等综合供热、保温措施，可以保证洞内环境温度在-5～9℃。
3 结束语
尽管在寒区隧道温度场研究方面取得了不小的成果。
譬如在温度场的分布规律上，无论是从现场实测结果分析，还是从数值模拟方面都很好的解释了隧道在空间和时间尺度上的变化规律。
但是还有很多需要深入研究的问题。
3.1 针对寒区隧道围岩原始温度场的现场测试研究较少。
但是在数值计算模拟时，原始温度场对寒区隧道冻融圈范围的确定却很重要。
关于围岩的本构模型还有待研究。
3.2 对于隧道冻胀力的机制有三种解释，目前的数值计算冻胀力基本上是基于局部存水空间的理论。
还没有推导得出较为普遍适用于工程技术人员计算的简化公式。
3.3 围岩裂隙中的水分迁徙加剧了冻融圈产生的冻胀力，在计算冻胀力时往往忽略这样影响，这使得冻胀力的计算与实际有所不同。
3.4 在多年冻土段加设一次模筑、二次模筑，甚至还有三次模筑。
究竟各自分担多大的荷载还没有进行具体的研究。
3.5 保温隔热层的设防长度、厚度、导热系数以及材料参数的选取还有待进一步研究。
3.6 寒区隧道在开挖过程中，围岩的温度变化受到很多因素的影响，所做的研究仅仅针对的是二维温度场分析。
目前，还没有针对围岩在开挖过程时，从三维角度来分析融化圈的变化情况。
【参考文献】
[1]何川，谢红强.多场耦合分析在隧道工程中的应用[m].成都：西南交通大学出版社，2007.
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[3]赖远明，喻文兵，吴紫汪，何平，等. 寒区圆形截面隧道温度场的解析解[j].冰川冻土，2001，23（2）：126-130.
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[5]马巍，王大雁.中国冻土力学研究50a回顾与展望[j].岩土工程学报，2012，34（4）：625-640.
[责任编辑：曹明明]。