寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析

结合大坂山隧道冻隔温层的设计，对选用材料的性能进行了测试，并通过现场对比实验，确定了最佳的防冻隔温材料组合和施工。同时，对实验段的实测数据进行了分析，提出了今后对隧道防冻隔温层设计和施工的基本建议。     

基于高分五号和MODIS卫星遥感的青藏公路典型路段冻土分布反演

冻土的冻融变化对寒区道路路基和路面等的修建具有重要影响。由于寒区地面观测数据较少,因此需发展基于遥感的高分辨率冻土分布估算模型。中国新一代高分五号卫星(GF-5)搭载的全谱段成像光谱仪有4个40m空间分辨率的热红外波段,为高空间分辨率的地表温度反演提供了可能。以青藏公路典型路段作为研究区,采用劈窗算法,利用GF-5热红外数据反演地表温度,并将结果与同期的MODIS地表温度产品和站点实测数据进行了比较。结果表明,该方法反演出的地表温度与实测结果的平均误差为-2.34℃,相关系数为0.86,表明结果具有较好的精度。以遥感地表温度作为输入,基于TTOP模型计算出了研究区的冻土分布图,得出研究区现状多年冻土面积为0.963×10~4 km~2、季节性冻土面积为2.543×10~4 km~2,与已有研究给出的研究区冻土分布图结果较为接近,表明建立的冻土分布反演模型具有可靠性和进一步应用的潜力。此外,还基于Stefan公式计算了研究区2018年～2019年的季节性冻土最大冻结深度和多年冻土活动层厚度,结果表明研究区内多年冻土活动层厚度在11cm～260cm之间,季节性冻土最大冻结深度在36cm～249cm之间。季节性冻土最大冻结深度随高程增加而增大,多年冻土活动层厚度随高程增加而减小。以上结果对研究区公路工程的建设和安全监测具有参考价值。     

梯子岭隧道防冻隔温层效果现场测试及分析

对多种防冻隔温材料性能进行了测试及评定,选取硬质聚氨酯(现场发泡)作为防冻隔温材料对梯子岭隧道冻害进行了治理;在施作隔温层后,对隧道温度场进行了现场测试;测试结果表明,防冻隔温层的效果显著,为今后隧道防冻害采用防冻隔温层提供了可靠的依据。     

大坂山公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析

介绍大坂山公路隧道防冻隔温层实验段的温度场测试方法，并对实验段的实测温度数据进行了分析。     

沥青路面防冻厚度设计方法的研究

本文在室内外试验及理论计算的基础上，提出了沥青路面防冻厚度设计的两种方法，即计算法和查表法。同时给出了道路冻结深度的计算方法．     

水泥混凝土路面抗冻厚度及其可靠性分析

前言在冰冻地区的中湿及潮湿路段的路面结构中,增设防冻层是防止路面冻胀破坏不可缺少的技术措施。因此,对冰冻地区路面防冻层的设计是路面强度计算之后,必须进行的一项补充设计内容。一般来说,防冻层是指路面基层下的人工基础。将满足强度要求的厚度与防冻层厚度的总和称为路面的抗冻厚度。对防冻层的设计不能看成是一个单纯的计算问题。应该是一个综合分析和评比相结合的设计过程。但应着重指出,即使设置了防冻层丝毫也不能忽视路基排水以及对土基进行改善与加固的问题。关于路面防冻层的设计,就目前来说,国外现有的一些设计方法,还不够十分完     

季节冻土区公路隧道三维温度场时空分布规律

季节性寒区隧道温度场随时间和空间不断变化,为明确季节性寒区隧道温度场的三维时空变化规律,为季节性寒区隧道防冻保温设计提供依据,依托某季节性寒区公路隧道设计了现场监测方案,在隧道洞口段一定范围内布置了5个环境温度场测试断面和2个围岩温度场测试断面,采用现场监测方法获取了隧道洞内环境温度场和围岩温度场随时间和空间的变化规律,在此基础上分别建立环境温度场和围岩温度场时空分布的统计模型,并推导了围岩冻结深度随时间和空间的变化规律。结果表明:隧道环境温度与时间和隧道进深具有三维变化关系,同一个监测断面温度与时间呈正弦函数变化,多个断面平均温度随着隧道进深呈近似线性变化,多个断面的温度振幅随隧道进深呈对数函数变化;隧道围岩径向温度与时间、隧道进深和围岩径向深度3个指标均有关系,同一断面围岩温度随时间也具有正弦变化特征,围岩温度幅值随围岩径向深度增大呈指数规律降低,达到一定深度后温度幅值为零,围岩平均温度呈对数规律变化;围岩冻结深度随时间呈周期性变化,随隧道进深增加呈减小趋势。研究结果可为季节性寒区隧道防冻保温设计提供指导。     

基于FWD的路面结构层模量直解方法研究

基于FWD实测弯沉盆数据,结合Boussinesq公式和FWD荷载应力分布系数,提出了模量影响因子的概念,研究了利用模量影响因子直接求解路面结构层模量的方法,给出了双层路面体系和三层路面体系各层模量和厚度的详细求解过程,并将计算结果与SID-MOD模量反算软件的计算结果进行对比,结果表明该方法快速、简便,能够满足工程需要。     

俄罗斯采用泡沫塑料铺设道路隔温层的应用研究

泡沫塑料作为一种新型道路隔温材料，用来替代传统的防冻层，以保障路基不产生冻结、聚流和层状冰晶体的析出，并起到预防道路冻胀和翻浆的作用。文章介绍了俄罗斯在道路建设中应用泡沫塑料Styrofoam HI-50铺设隔温层的经验，为在季冻区筑路及其防治公路冻害提供一种理论和实践依据。     

软土地基路堤临界高度确定方法探讨

软土地基上高速公路工程建设中存在路堤临界高度的现象,根据国内外已有的文献资料全面总结了路堤临界高度的3种确定方法:实测资料确定法、理论公式计算法和离心模型试验法。在此基础上,根据某高速公路的大量实测数据,利用多元线性回归分析方法,得到了一个路堤临界高度计算的经验公式,探讨了软土地基硬壳层和软土层厚度与路堤临界高度之间的内在联系。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中，考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响，利用已有岩体未冻水含量研究成果，进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型，分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律，及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高，对岩体整体热学参数影响越大； 2）低温持续作用围岩时，冻结缘向围岩深处移动并不断变宽，其宽度与其深度呈线性关系； 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大，但对其宽度基本无影响； 4）由于相变潜热，岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态，且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关； 5）冻融循环过程中，升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现； 6）沿硐室围岩径向向外，各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象，且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀力演化规律研究

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律,开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式,模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测,以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法,建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征,对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析,进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似,表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0~20%之间,所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0~60%范围和冻结圈厚度为0~8.0 m范围冻胀力取值提供参考。研究结论可为寒区富水隧道冻结圈围岩的冻胀力设计及预测研究提供支持。     

蒙华铁路三荆段深埋软弱围岩隧道荷载研究

《铁路隧道设计规范》中的深埋围岩压力公式没有考虑隧道拱部围岩本身的承载作用以及超前预支护作用,荷载计算结果偏大。为验证深埋隧道初期支护结构实际承受的围岩压力荷载,以蒙华铁路三门峡至荆门段现场监测数据为依托,通过分析围岩变形监测资料,探讨蒙华铁路隧道围岩及结构在隧道开挖过程中的变形行为,并采用拱顶沉降与水平收敛相结合的位移反分析法,建立荷载-结构法平面有限元模型,反演推导围岩压力荷载。分析结果表明:双线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的70.7%~76.5%;单线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的88.8%~93.1%。研究成果对蒙华铁路隧道现场施工和优化支护结构设计起到了很好的指导作用,希望能对以后类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。     

CRC＋AC复合式路面结构层厚度对温度效应及车辙变形的影响

针对连续配筋混凝土与沥青混凝土（CRC＋AC）复合式路面结构的特点和现有研究的不足,运用断裂力学理论和有限元法,计算了CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝的扩展强度,分析了结构层厚度与CRC层的最大温度梯度、车辙深度、温度裂缝扩展强度的关系。结果表明：AC层厚度一般在不小于4cm时才能起到降低CRC层顶面最大温度的作用;CRC层的最大温度梯度随AC层和CRC层厚度的增加而递减;车辙深度随着AC层厚度的增加而递增;AC层厚度的增加能有效减小温度裂缝的扩展,其他结构层厚度对温度裂缝的扩展强度影响不大。研究结果可为合理设计CRC＋AC复合式路面的结构层厚度提供参考。     

机械化施工大断面高铁隧道围岩压力测试及分布特征研究

为了解机械化施工大断面隧道围岩压力的变化规律和分布特征,依托郑万高速铁路湖北段大型机械化施工隧道群,开展大量围岩压力现场监测,根据测试结果对Ⅳ级和Ⅴ级深埋条件下围岩压力变化规律和分布特征进行分析,并与规范荷载进行对比。结果表明： 1）围岩压力监测数据从21~27 d开始稳定; 2）实测围岩压力小于《铁路隧道设计规范》深埋隧道计算荷载; 3）Ⅳ级深埋条件下,侧压力系数为规范荷载侧压力系数的1.2~2.4倍; 4）Ⅴ级深埋条件下,侧压力系数为规范侧压力系数的0.86~1.43倍。     

不同冻胀模式下冻结隧道施工引起的地表竖向位移时空解

为了更加科学地预测水平冻结法隧道施工引起的地表竖向位移，从冻结管周围土体与地层冻胀相互作用机理和试验现象出发，提出了冻结管周围冻结土体在地层约束作用下的2种不同冻胀模式；基于热传导理论得到了冻结锋面随时间变化的移动规律，进一步联合镜像法和叠加原理，推导了均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式下水平冻结法隧道施工时多个冻结管共同引起的地表竖向位移时空预测计算公式，并依托MATLAB软件编制了求解程序。结合工程实例，将理论解与实测数据进行了对比，此外，还针对隧道埋深、冻结壁厚度、不均匀冻胀性进行了参数影响分析。研究结果表明：不同冻胀模式计算得到的位移分布规律与实测值在整体趋势上基本相似，且实测值介于均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式所得理论值之间，证明了所提理论模型的合理性；均匀冻胀模式与非均匀冻胀模式计算得到的地表最大竖向位移均出现在隧道中心正上方地表位置处，但不同冻胀模式下的隧道中心正上方地表竖向位移峰值有明显差异；当其他参数相同时，隧道埋深越浅，地表冻胀位移分布越窄而高，土体冻胀模式对地表位移分布影响越大；冻结壁越厚，地表竖向位移越大；不均匀冻胀程度常数越大，地表竖向最大位移也越大。建议根据工程具体情况，选用所提出的不同冻胀模式来预测水平冻结隧道施工引起的地表变形，以确保工程安全稳定。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先，基于热传导理论，建立隧道衬砌和围岩径向传热模型，利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解；其次，建立洞内空气的传热微分方程，根据能量守恒原理，建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型，结合径向温度场理论解，提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法，该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深；最后，根据依托工程现场实测数据，反演围岩的热物性参数，并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型，分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向，多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动，距离围岩表面越近，温度振幅越大，且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性；在隧道纵向，在一年中最冷时刻，隧道衬砌及围岩温度呈“两端低，中间高”，此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃，-7.80℃；在一年中最热时刻，衬砌温度呈“两端高，中间低”，此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃，但由于受围岩初始地温的影响，围岩表面的温度呈倒V形，最低温度为-1.22℃。     

土岩复合地层吊脚桩支护结构力学分析与优化设计

为了更加安全经济地进行土岩复合地层中基坑工程设计,针对上土下岩复合地层中吊脚桩基坑支护结构的受力及变形特性进行研究。采用二维数值分析方法,建立土岩复合地层条件下吊脚桩支护基坑开挖模型,分别分析基坑开挖过程中吊脚桩支护结构内力、变形的发展过程,以及土岩弹性模量比RE、吊脚桩嵌岩深度t、岩肩宽度b与桩体受力、变形之间的相关关系。结果表明： 1）随着基坑开挖深度逐渐增大,桩身侧移增大且桩身最大侧移发生位置逐渐下移,最大下移幅度为土层厚度的17.5%; 2）当基坑开挖至土岩交界面时,吊脚桩桩身内力达到最大值,下部岩层的开挖使得桩身最大负弯矩减小27.5%; 3）当岩层弹性模量介于600 MPa和4 800 MPa之间时,最优设计嵌岩深度为1.5 m,最优设计岩肩宽度为1.5~2.0 m。     

软弱围岩中连拱隧道爆破震动测试分析

结合闲林隧道爆破施工,对软弱围岩中连拱隧道爆破震动进行监测,分析了震动波在软弱围岩和支护结构中的传播及分布规律.研究表明,爆破最大振速一般出现在第一个峰值上;爆破震动对爆破面前后10 m范围内的中隔墙影响较大,随着距离的增大,震动波衰减明显;建议软弱围岩中连拱隧道开挖最大装药量控制在8 kg以内.研究结论可为类似条件下连拱隧道的爆破施工参数设计和现场监测提供借鉴与参考.