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高海拔地區大斷面公路隧道設計、施工關鍵技術研究(編輯修改稿)

2026-07-24 16:58 本頁面

　

【文章內容簡介】方式對合理的襯砌厚度和鋼筋配置進行研究，盡量提高襯砌抗凍性能。（4）寒區隧道襯砌支護結構受力和位移監測研究通過開挖支護過程中埋設襯砌受力和圍巖變形監測探頭，對支護結構的受力和變形情況進行研究分析，探明凍脹力對襯砌結構的影響，為結構的抗凍耐久性提供設計依據，同時也確保施工和運營得安全。高海拔寒區公路隧道防排水體系防寒保溫設計研究（1）寒區隧道全斷面多層防排水體系設計研究① 洞外排水體系防凍保溫研究開發隧道洞外排水邊溝、中心深埋水溝、防寒泄水洞出水口防凍保溫技術，針對不同的保溫設計形式，利用流體力學原理，分析隧道出水口的水流狀態；開發有區域針對性的保溫、供熱技術，用以提高隧道出水口的抗凍能力。② 中心深埋水溝埋設深度研究用解析方法求解單一介質的一維熱傳導定解問題，地表的邊界條件為邊界溫度按一年為周期的正弦規律變化；地層深處的分析邊界條件為一定深度處溫度常年恒溫，可以為嚴寒地區隧道的中央排水管的合理埋置深度的設計提供依據。③隧道施工縫、變形縫處防水材料研究隧道中為便于施工而設置施工縫，為適應結構變形的需要以及防水混凝土避免超過允許的拉應力而設置變形縫。而地下工程最令人頭痛的滲漏部位正是變形縫和施工縫。目前國內既有隧道的滲漏水有70%以上表現在襯砌結構的 “三縫”上，即伸縮縫、沉降縫、施工縫。針對隧道中變形縫、施工縫處普遍發生的滲漏水現象，對目前廣泛使用的止水條、止水帶、彈性密封劑的使用效果以及接縫施工中存在的支撐面不平整、粘接面不密實、搭接松動、混凝土疏松多孔等問題進行研究，鑿除接縫滲水處襯砌，探索止水材料失效原因及破壞形式，改進接縫處施工工藝，開發有針對性的縫隙止水排水材料和混凝土堵漏技術。④隧道分區域全斷面雙層排水系統研究目前隧道的防排水體系，仰拱以上以環向半圓排水管和防水板為主，墻角處設置縱向排水管，在仰拱處以橫向排水管連接到中心水溝，直至排出洞外。無論是哪一環節排水堵塞，都有可能導致襯砌凍脹破壞，因此建議在仰拱上初噴內外設置環向半圓排水管和環向排水盲溝，在仰拱處分層設置橫向排水管和橫向排水盲溝，實現隧道的雙層排水。以往的設計中，環向排水與橫向排水設置間距單獨考慮，水流很難在同一個斷面上直接排入中心水溝，增加了滲水、凍脹的幾率，因此應將其盡量設置在同一斷面上，間距統一，形成分區域獨立排水，彼此互不影響，全隧道實現分區域全斷面完整的多層防排水系統網絡，盡可能減小凍脹破壞，達到理想的排水效果。通過實際應用，對其橫向和環向排水管道設置形式、間距進行研究。⑤噴膜防水層效果研究目前，地下工程防水材料多采用防水板，本身不能和混凝土密貼，難滿足堵水要求，并且噴射混凝土不光滑時，被擠壓拉伸易斷裂破壞，因此在噴射混凝土表面噴射一層防水膜防水，完全可以避免上述問題。在噴膜防水層后施工土工布和防水層，通過柔性和硬性防水材料的組合應用，實現寒區隧道的高效防水。（2）防凍隔溫層設計研究在嚴寒地區的冬季，冷空氣與圍巖的熱交換是產生凍害的主要原因之一。由于東北地區長時間嚴寒，地面表層溫度逐漸下降，凍深逐漸加大至最大凍深，本區域最大凍深可達1 . 5m，而隧道兩層襯砌的厚度一般不超過100cm。因此，隧道的防排水系統都在受凍的范圍內，特別是隧道內風力大和不見日光，一個冬季始終得不到熱能，其受凍環境惡劣。采用敷設防凍隔溫層的措施，可以起到隔熱保溫作用，大大減小凍融圈的范圍，以確保襯砌背部水不凍結。防凍隔溫層的鋪設方式有兩種：一種是設置在襯砌表面，如國內的青海省大坂山公路隧道、四川鷓鴣山隧道；另一種是設置在初期支護與二次襯砌之間，如河北省梯子嶺隧道、青藏鐵路風火山隧道、昆侖山隧道。結合已有隧道防凍隔溫層的設計，對選用材料（干法硅酸鋁纖維板、硬質聚氨酯泡沫塑料、PEF聚乙烯泡沫塑料）的性能進行測試，并通過現場對比實驗，確定最佳的防凍隔溫材料組合和施工方式（襯砌表面、初期支護與二次襯砌之間），并對實驗段的實測溫度數據進行分析，提出今后對隧道防凍隔溫層設計和施工的基本建議。用差分法求解多介質的一維熱傳導定解問題，用此模型可以分析包括襯砌表面保溫層在內的多層介質條件下的熱傳導問題，借以研究保溫層、襯砌等對隧道壁后凍深的影響，其成果對隧道的保溫設計十分重要。通過解析計算和有限元模擬計算法對防凍隔溫層厚度進行計算。（3）襯砌電加熱與防凍隔溫層組合保溫技術研究對保溫效果普遍較差的洞口段，在襯砌和保溫層之間增加電加熱系統，利用防凍隔溫層的保溫效果降低電量消耗，在降低成本的前提下，與路面熱融冰、雪技術一起實現洞口段落的全斷面保溫。高海拔寒區公路隧道溫度場變化規律及襯砌凍脹力數值模擬研究（1）圍巖凍結深度隨埋置深度、海拔、溫度的變化規律研究通過國內外調查和現場測試，嘗試建立隧道橫斷面襯砌壁后的凍深與該斷面埋置深度、海拔、隧道溫度之間的關系，為隧道的防凍害設計和襯砌結構設計提供更多的數據資料。（2）隧道內及外界溫度關系及其影響因素通過現場測試，分析隧道內環境溫度場與隧道區外界大氣溫度的關系，在隧道進、出口外各設置溫濕度觀測站，沿隧道縱向一定間隔布設溫濕度計測試儀對隧道內、外溫度和濕度連續監測記錄，對測試結果進行分析，得出隧道內氣溫年變化特點和與隧道區外界大氣溫度的關系。測定隧道襯砌表面和內部的溫度分布與變化，圍巖內部的溫度分布與變化，根據隧道圍巖內測溫元件的溫度值年變化曲線，確定其與隧道洞內環境溫度的關系，并同理論計算結果相對比，找出兩者偏差的原因。（3）圍巖溫度場分布變化規律及對應凍脹力數值模擬分析有限元數值模擬計算是采用熱結構兩場耦合瞬態計算的方法對圍巖溫度場分布變化規律以及對應的凍脹力發展變化情況進行分析，探討溫度場分布和凍脹力大小與隧道埋深、洞周凍結范圍、裂隙巖體中的裂隙寬度、間隔、分布角度、凍脹率等因素的關系。機電照明在高海拔地區的節能應用研究目前新頒布的(JTG/T D70/2012014)公路隧道照明設計細則洞外亮度選取，僅通過了對福建、廣東、重慶、陜西等地區的現場測試和分析。對于海拔30

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