高寒山区隧道温度场及冻害控制措施研究

为探究高寒山区隧道的冻害问题并提出针对性的措施，针对九绵高速白马隧道现场冻害情况，通过有限元模拟了山岭隧道洞口段的冻害问题，分析了寒区隧道在低温下的围岩与衬砌温度场及其随时空的变化规律，探究了不同位置的冻结深度及中央排水沟深度，并针对冻害问题提出针对性的措施，现场采取措施后有效减小了冻害的发生。研究表明：(1)隧道低温效应及围岩冻害沿纵向逐渐减弱，地表低温及隧道低温在洞5.6 m处冻结影响区出现分离，洞内10 m范围内衬砌温度变化较快，隧道的拱顶和拱肩更易发生冻害，拱脚最不易发生冻害；(2)衬砌温度降低呈现两段式，在50 d后，衬砌温度趋近于最终值，越往洞口外侧的围岩对温度越敏感；(3)隧道前地表受洞口拱底下侧围岩温度影响，在近洞口处冻结深度快速下降，洞口段山体表面在纵向上冻结深度缓慢下降到定值，拱底冻结深度最大可达5.43 m,拱底冻结深度前期增长较慢，20～50 d增长较快；(4)通过模拟发现保温层能减小拱底冻结深度，保温水沟能增大水沟温度，减小其受外界负温影响，现场采取相应措施后减小了隧道冻害的发生，监测的保温水沟温度变化验证了保温水沟的作用。