摘要：针对寒冷地区公路隧道防冻保温层表面铺设,共设置了21组计算工况,通过对年周期下隧道防冻保温层、衬砌结构和围岩沿径向温度场变化以及各工况所需的防冻保温层厚度进行数值模拟计算,研究隧道防冻保温层隔热作用机理及其所需厚度的影响因素。结果表明:防冻保温层隔热作用显著,主要体现在使隧道衬砌结构和围岩年温度振幅降低上,同时年平均温度也有一定升高;随着防冻保温层铺设厚度增大,隧道衬砌结构和围岩年平均温度和年温度振幅分别呈指数函数升高和降低,相应的年最低温度也呈指数函数升高,防冻保温层厚度越大,隔热效果越好,但是隔热效率不断降低;围岩导热系数越大,导温系数越小,防冻保温层隔热效果越显著;防冻保温层所需厚度随围岩导热系数和围岩初始温度升高呈指数函数减小,随围岩导温系数升高呈对数函数增加,随年平均气温和年温度振幅升高分别呈线性减小和增加,防冻保温层厚度应综合考虑以上各因素进行计算确定。

摘要：针对目前寒冷地区隧道温度场演化规律不清,首先进行年周期性的隧道传热特征分析,然后依托野鸡山隧道,开展洞外气象、埋深、围岩初始温度、材料热物性等因素影响下,隧道气温沿纵向长度以及衬砌结构和围岩温度场沿径向深度变化规律的现场试验研究,以揭示隧道温度场演化规律。研究结果表明:野鸡山隧道主要受风墙压差影响,洞内形成由进口至出口的主导风流;随距进口距离增加,冬季洞内气温逐渐升高,年平均温度也总体上升,其沿纵向长度变化规律受隧道埋深沿纵向分布影响较大,呈与埋深相似的指数函数变化规律,年温度振幅呈指数函数降低;受空气年平均温度和围岩初始温度影响,年平均温度沿径向深度呈对数函数升高,趋近于围岩初始温度;随着径向深度增加,气温波动影响减弱,年温度振幅呈指数函数衰减,至一定深度处,如野鸡山隧道在径向14~16 m深度处,年温度振幅下降至0.05℃以下,达到围岩温度影响边界;衬砌结构或围岩导热系数越小、围岩温度影响深度越小,年平均温度沿径向深度上升越快,导温系数越小,年温度振幅衰减越快、围岩温度影响深度越小,从而影响隧道沿径向深度温度场变化规律以及围岩最大冻结深度的大小;可见寒冷地区隧道冻害防治设计应综合考虑隧道洞外气象、走向、埋深、围岩初始温度以及衬砌结构和围岩热物性。

摘要：隧道衬砌结构沿径向深度存在温度变化差异,使其在冻融循环作用下沿径向发生不同程度的连续渐变劣化。为揭示衬砌结构渐变劣化对寒区隧道承载性能的影响,本文以羊八井2号隧道为工程依托,通过现场气温测试,结合隧道温度场和结构应力数值模拟计算,研究考虑衬砌结构渐变劣化的寒区隧道承载性能演化规律。结果表明:在每年170次的正负气温反复作用下,隧道衬砌表面经历约11次等效室内冻融循环;随着径向深度增加,衬砌经历的冻融循环次数呈指数函数降低,衬砌混凝土抗压强度和弹性模量沿径向深度呈指数函数连续渐变劣化,并主要集中在距衬砌表面35 cm深度范围内;在渐变劣化情况下,拱顶随服役年数增加,偏心距逐渐增大,受压区高度减小,呈大偏心受压,衬砌安全系数下降速率大,承载性能劣化严重,全截面劣化相反,拱顶由大偏心受压逐渐转变为小偏心受压,安全系数下降慢,承载性能劣化较轻;其余位置在两种劣化情况下衬砌承载性能变化基本相同;在隧道衬砌结构长期耐久性设计时,拱顶应考虑混凝土沿径向渐变劣化。