高海拔地区大断面公路隧道设计施工关键技术研究

1、高 海 拔 地 区 大 断 面 公 路 隧 道 设 计 、 施 工 关 键 技 术 研 究建议单位：中交第一大路勘察设计讨论院有限公司（公章）申报日期： 2022 年 1 月 20 日1. 申报项目基本信息申报项目基本信息表项目名称项目概要（宏观描述要解决的主要问题及达到的目标 ）高海拔地区大断面大路隧道设计、施工关键技术讨论如何在高海拔地区隧道中实行行之有效的措施,以防止冻害现象的发生,是当前隧道工程界迫切需要解决的问题,为我国寒冷地区的待建隧道提 供牢靠的防冻保温设计和施工材料,从而减轻乃至杜绝我国寒冷地区隧 道冻害的影响；高海拔地区大路隧道支护结构抗冻耐久性讨论；高海拔地区大路隧道防排水

2、体系防寒保温设计讨论；高海拔地区大路隧道温度场变化规律及衬砌冻胀力数值模拟讨论；主要讨论内容 机电照明在高海拔地区的节能应用讨论；低温混凝土施工及养护技术讨论；高海拔地区大路隧道施工工艺质量掌握技术讨论；高海拔地区大路隧道洞口热融冰、雪与路面防滑技术应用讨论；（1）保温段隧道排水体系的温度和洞口段路面温度不低于 0；（2）科学、合理地运算出沿隧道纵向需要铺设保温材料的长度和铺设方式、厚度以及衬砌形式,确定保温水沟设置深度、长度；考核指标（3）可显著性提高隧道防冻工程的耐久性；（4）在满意隧道防冻要求的前提下,降低隧道防冻工程造价；（5）发表讨论论文不少于 5 篇；（6）得出适用于高原地区的照明

3、方案,降低造价,节约能源；本项目隧道海拔在 4000m以上,其中最长隧道仲果隧道全长 5300 米,进口高程 4280,出口高程 4170；隧址区极端最低气温-37.7 ,年平均降依靠工程基本情形 水量 1244.3mm,最大冻深 184cm（敦化）,最大积雪厚度 59cm；沿线地下水丰富,以孔隙水、基岩裂隙水为主,其补给来源主要为大气降水、地下水；项目总经费350 万申请配套经费300 万完成年限4 年申报日期2022-1 2. 项目的背景和必要性 1. 1 讨论背景 高海拔地区主要是从医学角度上人体机能的适应才能加以界定的 , 一般指平均海拔在 3000m以上的地域,主要包括高原和高山；在

4、 3000m 海拔上可使大多数人在静息状态下显现不同程度的高原反应,超过这个 海拔高度,人体在机能代谢上的转变更加明显；我国高海拔地区主要分 布在西部的青藏高原及其周边,主要包括西藏自治区全部、和青海省、新疆维吾尔自治区、甘肃省、四川省、云南省的部分地区；受喜马拉雅运动影响, 形成了我国高海拔地区复杂的地势地貌条件；这些区域气候环境恶劣,积雪、冰冻、大雾等通常是影响行车安全的主 导因素；受区域地质构造影响,在这些地区常发育有泥石流、滑坡等不 良地质 , 威逼到路线的正常营运安全；高原地区分布有大小的山脉和山系,地势起伏大,路线呈现困难；基于以上缘由,隧道工程成为绕避不良地质病害、减小恶劣气候对

5、行车 的影响、实现越岭展线、爱护生态环境的一种重要工程手段；然而 , 气候 环境上,我国高海拔西区普遍具有低气温的特点；以本项目特长隧道仲 果隧道 1 为例,隧道进出口海拔 4100 左右, 最冷月月平均气温 -9.5 , 极端最低温 -36.2 ,全年积雪 EJ 为 5.6 个月, 大雪、吹雪、雪崩、暴雨、低温寒潮等气候灾难不断；带来了很大的困难；另一方面,地温环境条件也给 道修理工作对高海拔隧道,围岩、地下水、太阳福射、地温、隧道通风等多种 因素相互作用,进行着复杂的热量交换过程,易显现洞内路面结冰、衬 砌裂损、渗漏等严峻冻害问题,给隧道运营治理、修理和整治提出了严 峻挑战； 因此,高海拔

6、地区寒区隧道的冻害防治成为隧道工程设计、施 工和运营中必需考虑的重要内容；我国目前已建成的闻名高海拔大路、铁路隧道；通过这些高海拔寒 区隧道的修建,积存了初步的建设体会；我国青藏高原区域内隐藏着丰富的水力和矿产资源,主要为藏族聚 居区,经济和社会进展相对滞后；随着国家西部大开发战略的实施以及 综合国力的增强,进展西部特殊是少数民族地区经济 , 开发西部地区的 丰富资源,促进国防后勤保证建设, 打通进藏交通线 川藏、青藏、滇藏, 具有紧迫性和必要性；因此,青藏高原周边的高山峡地将成为将来交通 建设的热点地区；目前,在青藏高原区域内建设和规划了多个交通工程的重大工程项 目；如南水北调、青藏、川藏、

7、滇藏几条进藏交通线的大路与铁路工程 等, 这些工程项目意义显著,建设规模巨大,隧道工程将在其中具有重要 位置；随着青藏高原周边区域的交通基础设施建设和水力资源的开发,开展和推动隧道抗防冻技术讨论,对提高我国修建高海拔寒区隧道的技 术水平,适应将来交通建设需要,具有重要的现实意义；目前处于即将投入建设的京藏大路（那拉段） 仲果隧道工程 , 规划建设长度为 5300m,隧道洞口高程在 4200m左右；与青藏高原上已建成的大 坂山、昆仑山、风火山三座隧道以及正在修建的米拉山隧道相比较 , 在地 理环境上同属于中低维度高海拔寒冷地区；本文主要以仲果隧道隧道为 工程背景,对高海拔寒区隨道防冻害设计问题进

8、行一系列的讨论工作；3. 项目前期科研及工作基础 3.1 国内外讨论现状 依据调查发觉,冻胀力是造成寒区隧道衬砌结构破坏的外力根源；已修筑的寒区隧道由于冻胀力的作用, 普遍存在着严峻的工程冻害； 日本在 20 世纪 7080 岁月对冰冷地区隧道的调查分析结果说明 , 冻胀力是寒区隧道变形破坏的重要缘由之一；因此, 寒区隧道修筑与爱护难点之一是隧道防冻胀；世界各国在冰冷地区修建交通隧道时均将抗防冻性作为重要的课题进行讨论；讨论工作主要在以下两个方面进行：（1）基础性的讨论工作；主要针对围岩的冻融特性,冻胀机理,隧 道冻结深度,围岩、衬砌及保温隔热材料的热传导特性,隧道衬砌结构 形式的优化等方面进

9、行讨论；（2）应用技术的开发、讨论工作；主要在基础讨论的支撑下,讨论 隧道的抗防冻措施,开发长期耐用的保温隔热材料,讨论保温隔热层类 型和合理厚度,寒冷设防段合理长度等；日本的隧道工作者对冻害的防治进行了系统的讨论,获得了很多宝 贵体会,概括起来,其措施可分为隔热法和加热法两类（见下图）,一般 采纳前一类,后一类仍有待进一步试验、改进；漏水处理措施 U 型沟槽法冻害隔热措施表面隔热处理法防治措施加热措施复合式衬砌隔热处理法电热器等冻害防治措施分类前苏联由于处于寒冷地区,隧道供暖有的用电力,采纳管式电力加 热器,水沟保温用新型高效的保温材料,如硬质泡沫塑料,泡沫玻璃和 陶土等；有的地方用热水或蒸

10、汽对水沟进行加温；从目前来看,我国对冻害的防治主要从水、温度、衬砌设计三方面 动身,提出相应的工程措施,或采纳综合治理的方法；主要的措施有：采纳隔热保温技术、加强防排水及优化衬砌结构等,但是仍没有完善的 理论体系和系统的处治计策,处治成效也有待进一步验证；到目前为止 仍没有正式的寒区大路隧道冻害处治的相关规程,各个设计单位往往各自为政,即使考虑防冻设计,也往往采纳不同的方法；在风火山、昆仑山隧道建设中,为防止产生病害从应用隔热保温技 术,加强排水及优化衬砌结构等方面动身,实行了“ 防、排、截、堵”的综合防治措施；该隧道结合其支护形式,在初期支护与模筑衬砌之间 设 5cm 厚的隔热保温层；设计中

11、考虑最热月平均气温与岩面的温度差计 算出保温层厚度；保温层采纳硬质聚氨酯,考虑在多年冻土层中防排水 设计以堵为主,结合隔热保温措施,尽量减小贯穿后衬砌内外侧的热交 DK977+300 - +500 换,使围岩当中的水处于冻结状态； 在昆仑山隧道中部 段可能的融解区,地温较高,为防止衬砌背后的水在寒季冻结发生冻胀,在支护与衬砌之间敷设隔热保温层,确保衬砌背后的排水顺畅；同时采 用中空注浆锚杆对周边围岩实施低温注浆,以封堵融区基岩裂隙水；洞 内双侧设保温水沟,通过边墙泄水孔引排衬砌背后积水；运营期间考虑 融冰措施以防排水沟冻结；3.2 参考文献,Shigero Road Tunnels in Ja

12、pan ：Deterioration 1 Akira Inokumaand CountermeasuresJ Tunnelling Technology ,1996,113 ：305-3092 黑川義範隧道冰柱防治工程和隔热衬砌 35-44and Underground Space J ,隧道译丛,1984,1 ：3 中华人民共和国交通部 .2022. 大路隧道设计规范（ JTG D70-2022）. 北京：人民交通出版社 . 4 中科 院寒 区旱 区 环 境与 工程研 究 所 冻土 工程国 家 重点实 验室（1995-2022）. 高海拔冰冷地区隧道工程冻害防治技术讨论 . 5 中国科学院兰

13、州冰川冻土讨论所, 陕西省大路勘察设计院 宁张公 M 1995,路大坂山隧道冻土预报、 模型试验及风吹雪灾难防治讨论 33-416 张祉道,王联高海拔及寒冷地区隧道防冻设计探讨 J 现代隧道技术, 2022,41（3）：1-6 7 张学富 . 赖远明 . 喻文兵等 .2022. 寒区隧道三维温度场数值分析 . 铁道学报8 赖远明,喻文兵,吴紫汪等 解. 冰川冻土.2022. 寒区圆形截面隧道温度场的解析9 铁道第三勘察设计院编著冻土工程 M 北京：中国铁道出版社,2022,261-27510 陈建勋,昝勇杰冰冷地区大路隧道防冻隔温层成效现场测试与分 析J 中国大路学报, 2022,14（4）：

14、75-7911 关宝树编著隧道工程设计要点集 M 北京：人民交通出版社,2022,357-39312 吕康成,崔凌秋等编著隧道防排水工程指南 出版社, 2022 4. 项目实施方案 4.1 项目主要讨论内容 1、东北寒区隧道冻胀条件与冻胀机理分析（1）冻融岩石圈整体冻胀破坏分析M 北京：人民交通该理论认为隧道周边围岩冻结区中围岩孔隙中布满了水,就围岩内 的水冻结成冰后将整体膨胀,从而对衬砌产生冻胀压力；为了讨论冻融圈厚度、衬砌厚度以及围岩类型对冻胀力的影响,采 用有限元程序进行数值模拟运算以获得数值解；运算中为了突出冻胀对 二次衬砌的影响,不考虑温度变化和结构荷载对衬砌应力的影响而只计 算冻融

15、圈内围岩冻胀所产生的附加应力；（2）局部存水冻胀破坏分析 该模型认为冻胀力主要由衬砌背后积水结冰引起；由于开挖面不平整、初期支护不平顺以及防水板铺设等缘由,使得衬砌背后留有局部存 水空间,一旦存水结冰即产生冻胀力,依据此模型针对不同的存水体积和衬砌厚度对冻胀力进行了运算,由于隧道和存水空间的外形均不规章,无法获得冻胀力的解析解,故设计采纳有限元程序进行数值模拟运算以 获得数值解；运算中为了突出冻胀对二次衬砌的影响,不考虑温度变化 和结构荷载对衬砌应力的影响而只运算局部存水空间冻胀所产生的附加 应力；（3）含水风化层冻胀破坏分析 部分理论认为衬砌的冻胀是由于风化层中水冻结而引起的；对含水 风化层

16、模型下的冻胀力运算式进行推导,并提出设计中洞口段、洞内冻 胀力的取值；3、高海拔寒区大路隧道支护结构抗冻耐久性讨论（1）隧道围岩的抗冻性讨论 隧道围岩的抗冻性讨论将主要针对松软围岩进行；模拟隧道建成后 围岩的水环境与温度条件,对各类松软围岩的力学性态的变化进行试验 和理论分析,探讨松软围岩的冻融循环可能对隧道结构长期稳固带来的 不利影响；（2）混凝土材料的抗冻性讨论 混凝土的抗冻性讨论以室内试验为主；现场制作加工喷射混凝土试件和模筑混凝土试件,部分试件养护至28 天后,进行抗压强度试验；将其余试件进行冻融循环试验,分别模拟冻融循环 10 年至 100 年,各组试 件冻融循环终止后进行抗压强度试

17、验；分析试验数据,归纳冻融循环对 混凝土强度的影响规律；（3）钢筋混凝土和不同厚度支护结构的抗冻性设计讨论 抗冻主要是提高隧道结构自身的抗冻害才能,防止冻胀力产生的破 坏,实行的措施有：衬砌使用抗冻混凝土、增大衬砌厚度、衬砌使用钢筋混凝土；其中,使用抗冻混凝土可以有效的防止衬砌混凝土的冰冻破 坏,但是对于局部存水冻胀破坏和冻胀性围岩中隧道结构的冻胀破坏没 有明显的作用；局部存水冻胀破坏和冻胀性围岩中隧道结构的冻胀破坏 时,衬砌结构所产生的冻胀应力对衬砌厚度的变化并不敏锐,因此,完 全采纳增加衬砌厚度的方式来实现隧道抗冻并不行取；另外,隧道内一 旦有冻害发生,就衬砌中产生的拉应力值较大,因此采纳

18、钢筋混凝土结 构作为二次衬砌可以有效地防止衬砌开裂,提高结构的承载才能；通过 试验和结构运算的方式对合理的衬砌厚度和钢筋配置进行讨论,尽量提 高衬砌抗冻性能；（4）寒区隧道衬砌支护结构受力和位移监测讨论 通过开挖支护过程中埋设衬砌受力和围岩变形监测探头,对支护结 构的受力和变形情形进行讨论分析,探明冻胀力对衬砌结构的影响,为 结构的抗冻耐久性供应设计依据,同时也确保施工和运营得安全；4、高海拔寒区大路隧道防排水体系防寒保温设计讨论（1）寒区隧道全断面多层防排水体系设计讨论 洞外排水体系防冻保温讨论 开发隧道洞外排水边沟、 中心深埋水沟、 防寒泄水洞出水口防冻保温 技术,针对不同的保温设计形式,

19、利用流体力学原理,分析隧道出水口 的水流状态；开发有区域针对性的保温、供热技术,用以提高隧道出水 口的抗冻才能； 中心深埋水沟埋设深度讨论 用解析方法求解单一介质的一维热传导定解问题,地表的边界条件 为边界温度按一年为周期的正弦规律变化；地层深处的分析边界条件为 肯定深度处温度常年恒温,可以为寒冷地区隧道的中心排水管的合理埋 置深度的设计供应依据；隧道施工缝、变形缝处防水材料讨论隧道中为便于施工而设置施工缝,为适应结构变形的需要以及防水 混凝土防止超过答应的拉应力而设置变形缝；而地下工程最令人头痛的 渗漏部位正是变形缝和施工缝； 目前国内既有隧道的渗漏水有 70%以上表 现在衬砌结构的“ 三缝

20、” 上,即伸缩缝、沉降缝、施工缝；针对隧道中变形缝、施工缝处普遍发生的渗漏水现象,对目前广泛 使用的止水条、止水带、弹性密封剂的使用成效以及接缝施工中存在的 支撑面不平整、粘接面不密实、搭接松动、混凝土疏松多孔等问题进行 讨论,凿除接缝渗水处衬砌,探究止水材料失效缘由及破坏形式,改进 接缝处施工工艺, 开发有针对性的缝隙止水排水材料和混凝土堵漏技术；隧道分区域全断面双层排水系统讨论 目前隧道的防排水体系, 仰拱以上以环向半圆排水管和防水板为主,墙角处设置纵向排水管,在仰拱处以横向排水管连接到中心水沟,直至 排出洞外；无论是哪一环节排水堵塞,都有可能导致衬砌冻胀破坏,因此建议 在仰拱上初喷内外设

21、置环向半圆排水管和环向排水盲沟,在仰拱处分层 设置横向排水管和横向排水盲沟,实现隧道的双层排水；以往的设计中,环向排水与横向排水设置间距单独考虑,水流很难在同一个断面上直接 排入中心水沟,增加了渗水、冻胀的几率,因此应将其尽量设置在同一 断面上,间距统一,形成分区域独立排水,彼此互不影响,全隧道实现 分区域全断面完整的多层防排水系统网络,尽可能减小冻胀破坏,达到 抱负的排水成效；通过实际应用,对其横向和环向排水管道设置形式、间距进行讨论；喷膜防水层成效讨论 目前,地下工程防水材料多采纳防水板,本身不能和混凝土密贴,难满意堵水要求,并且喷射混凝土不光滑时,被挤压拉伸易断裂破坏,因此在喷射混凝土表

22、面喷射一层防水膜防水,完全可以防止上述问题；在喷膜防水层后施工土工布和防水层,通过柔性和硬性防水材料的组合 应用,实现寒区隧道的高效防水；（2）防冻隔温层设计讨论 在寒冷地区的冬季,冷空气与围岩的热交换是产生冻害的主要缘由 之一；由于东北地区长时间寒冷,地面表层温度逐步下降,冻深逐步加大至最大冻深,本区域最大冻深可达1 . 5m ,而隧道两层衬砌的厚度一般不超过 100cm；因此,隧道的防排水系统都在受冻的范畴内,特殊是隧 道内风力大和不见日光,一个冬季始终得不到热能,其受冻环境恶劣；采纳敷设防冻隔温层的措施,可以起到隔热保温作用,大大减小冻融圈 的范畴,以确保衬砌背部水不冻结；防冻隔温层的铺

23、设方式有两种：一 种是设置在衬砌表面,如国内的青海省大坂山大路隧道、四川鹧鸪山隧 道；另一种是设置在初期支护与二次衬砌之间,如河北省梯子岭隧道、青藏铁路风火山隧道、昆仑山隧道；结合已有隧道防冻隔温层的设计,对选用材料（干法硅酸铝纤维板、硬质聚氨酯泡沫塑料、 PEF聚乙烯泡沫塑料） 的性能进行测试, 并通过现 场对比试验,确定正确的防冻隔温材料组合和施工方式（衬砌表面、初 期支护与二次衬砌之间） ,并对试验段的实测温度数据进行分析,提出今 后对隧道防冻隔温层设计和施工的基本建议；用差分法求解多介质的一维热传导定解问题,用此模型可以分析包 括衬砌表面保温层在内的多层介质条件下的热传导问题,借以讨论

24、保温 层、衬砌等对隧道壁后冻深的影响,其成果对隧道的保温设计特别重要；通过解析运算和有限元模拟运算法对防冻隔温层厚度进行运算；（3）衬砌电加热与防冻隔温层组合保温技术讨论 对保温成效普遍较差的洞口段,在衬砌和保温层之间增加电加热系 统,利用防冻隔温层的保温成效降低电量消耗,在降低成本的前提下,与路面热融冰、雪技术一起实现洞口段落的全断面保温；5、高海拔寒区大路隧道温度场变化规律及衬砌冻胀力数值模拟讨论（1）围岩冻结深度随埋置深度、海拔、温度的变化规律讨论 通过国内外调查和现场测试,尝试建立隧道横断面衬砌壁后的冻深 与该断面埋置深度、海拔、隧道温度之间的关系,为隧道的防冻害设计 和衬砌结构设计供

25、应更多的数据资料；（2）隧道内及外界温度关系及其影响因素 通过现场测试,分析隧道内环境温度场与隧道区外界大气温度的关 系,在隧道进、出口外各设置温湿度观测站,沿隧道纵向肯定间隔布设 温湿度计测试仪对隧道内、外温度和湿度连续监测记录,对测试结果进 行分析,得出隧道内气温年变化特点和与隧道区外界大气温度的关系；测定隧道衬砌表面和内部的温度分布与变化,围岩内部的温度分布 与变化,依据隧道围岩内测温元件的温度值年变化曲线,确定其与隧道 洞内环境温度的关系,并同理论运算结果相对比,找出两者偏差的缘由；（3）围岩温度场分布变化规律及对应冻胀力数值模拟分析有限元数值模拟运算是采纳热- 结构两场耦合瞬态运算的

26、方法对围岩温度场分布变化规律以及对应的冻胀力进展变化情形进行分析,探讨 温度场分布和冻胀力大小与隧道埋深、洞周冻结范畴、裂隙岩体中的裂 隙宽度、间隔、分布角度、冻胀率等因素的关系；6、机电照明在高海拔地区的节能应用讨论 目前新颁布的 JTG/T D70/2-01-2022 大路隧道照明设计细就洞外亮 度选取,仅通过了对福建、广东、重庆、陕西等地区的现场测试和分析；对于海拔 3000米以上的高海拔地区隧道洞外亮度缺乏相关的测试数据和 分析结果,而高海拔地区紫外线强,亮度普遍高于平原地区,地势地貌 有异与平面地区,规范中亮度取值对于高海拔地区仅有参考意义；因此 在响应国家节能减排的前提下,对于高海

27、拔地区也应合理的选取洞外亮度,保证行车的安全和舒服；对于将来青海、西藏等高海拔地区的隧道 照明设计可作为合理的选取依据；（1）拟通过数码相机法或者环境简图法对该高海拔项目洞外亮度进 行实测和分析,针对端墙和削竹洞门分别给出合理的洞外亮度 L20S 指 标；并依据实测的洞外亮度优化隧道照明设计；（2）对于长、特长隧道的基本段照明段落可采纳 LED灯具进行照明 设计,依据中间视觉照明理论,在不影响行车安全及舒服性的前提下可 降低隧道基本段照光明度,达到节能的目的；（3）拟结合高海拔地区的项目特点（交通量小、昼夜交通量相差较 大、天气变化突然等特点）采纳照明智能调光技术及相关感应设备,实 现车来灯亮

28、车走灯灭,达到按需照明的节能目的；（4）照明系统实施后,进行现场亮度实测,对隧道照明水平进行评 价；7、低温混凝土施工养护技术讨论 在连续低温的条件下,实行措施,确保工程质量,特殊是喷混凝土 和模筑混凝土的施工和养护质量；影响混凝土抗防冻性能的主要因素包 括: 骨料的压碎值、含泥量及混凝土水灰比、密实度、外加剂等；另外 , 原材料的温度及混凝土的出机、入模、养护温度对混凝土施工 期间防冻伤、保证强度和减小冻融缺失值也特别关键；因此原材料必需 预热保,混凝土浇筑后做局部空间加温、养护和模板增加导热系数低的 保温材料,以利于混凝土强度的生成；为了提高混凝土自身的抗冻性能,进行试验挑选符合较低温度环

29、境 的早强减水剂、膨胀剂、复合防冻剂、超早强抗冻粘稠剂等外加剂及其 配比；应对一天中不同的温度和一年中不同的季节所采纳外加剂进行研 究；8、高海拔寒区大路隧道施工工艺质量掌握技术讨论由于地质和寒冷的气候条件,在隧道施工过程中, 诸如隧道开挖、 初期支护、二次衬砌等施工中遇到了很多困难,如塌方、锚杆钻孔和安装 困难、喷射混凝土不与围岩接触不好等问题；又由于冬季寒冷洞内温度 很低,采暖成效极差,冬季二次衬砌施工消耗太大,致使二次衬砌施作 时问推迟,不能满意新奥法隧道设计、施工要求,同时有一、二座隧道 的二次衬砌也发生了环向裂缝,个别隧道的排水系统发生了冻结和堵塞 问题；除此之外,因工人本身施工水平

30、的缘由,导致防排水体系施作不 严密,显现泄漏水也是时有发生的；对其开挖方 因此,通过在施工过程中引进施工工艺质量掌握的方法,法、支护措施、工序连接中的各个施工步骤、工艺进行质量指标化评判,通过讨论确定合理的量化标准、规范,以满意寒区隧道施工的要求；质 量掌握中必需要有良好的组织措施和制度措施,使得质量掌握的评估、监控和治理的职责能够得到有效落实；进一步总结、讨论,排除工序质 量缺陷,形成一套系统的大路隧道施工工艺质量掌握的安全治理体系；9、高海拔寒区大路隧道雪害防治技术讨论（1）洞门形式及地势对雪害的影响 依据不同地区的降雪情形及积雪的自然休止角,对洞口的边坡仰坡 和不同的洞门设计形式提出有利

31、于隧道防雪害的设计；（2）积雪区隧道洞口行车安全讨论 1）洞口积雪对隧道进出口行车视觉适应性影响讨论 在积雪地区,车辆进出隧道时比一般地区亮度变化大,眩光更严峻,因此对驾驶人员的视觉亮度适应才能进行讨论,作为隧道线形设计和洞 口装饰的参照依据；2）风吹雪防治技术讨论 对我国既有高海拔、常年积雪区、大风区的隧道进行风吹雪致害调 研,结合本项目区隧道实际情形,对隧道防治风吹雪提出建议；10、高海拔寒区大路隧道洞口热融冰、雪与路面防滑技术应用讨论（1）路面电加热防冻除雪技术讨论路线处于西藏地区季节性冻土区,最大冻深1.8 米左右,山区最大积雪深度 1.5 米,对于隧道本身结构安全和防排水通畅性来说,

32、影响很 大,因此有必要对隧道洞口处路面防冻除雪技术进行讨论；路面电加热主要有两种方式,一是路面中铺设加热电缆,二是对碳 纤维导电混凝土加热；加热电缆可以放置在沥青混凝土面层和沥青混凝土基层之间或者沥 青层和水泥混凝土基层之间；导电混凝土是在一般混凝土中添加肯定含 量的导电组分材料而制成的一种新型水泥复合材料,具有良好的导电性和电热特性 . 在外加沟通或直流电源作用下,阻而产生热量,使路面温度上升；导电混凝土会因其自身的电对现有的两种加热方式的应用进行调查讨论,通过试验室除冰和野 外化雪的试验比较得出融冰与路面使用寿命的正确方案；（2）路面材料添加矿物、化学外加剂的防冻除雪性能试验讨论 目前大路

33、积雪的清除方法中存在很大弊端,人力清除不准时,采纳 融雪化冰剂虽然省时省力但它所带来的负面作用却特别严峻,主要表现 在以下方面：1 严峻腐蚀路面,缩短路面的使用寿命；2 机动车沾染后简单被腐蚀、生锈；3 溶解后渗入地表或流入农田,会造成对河流污染和农田的污染；4 在气温较低时其除冰成效差甚至失去融雪才能；因此,进展新型路面除雪材料是特别必要的；近几年来经过试验分 析发觉,在道路路面材料中加入一些特定的矿物、化学外加剂如纳米二 氧化钛等材料通过光催化作用和化学反应排除路面积雪同时也降低了环 境污染；这种新型添加材料通过试验要求具有以下特点：1 在有效除雪的同时对路面材料不产生腐蚀现象；2 对机动

34、车安全行驶不产生不利的影响；3 对环境影响较小；4 经济成效好；除此之外,路面材料掺入外加剂后,应不影响其原有路用性能；针 对此问题,课题组在充分调查讨论的基础上对几种己应用的材料进行单 一和组合试验分析,并应用于实际工程；（3）寒区大路隧道路面防滑技术讨论 通过改进路面材料和级配比、添加外加剂以及刻槽工艺,对路面防 滑材料进行路用性能试验、环境的影响评判和合理使用方法讨论；4.2 拟采纳技术路线 本项目针对藏区高海拔环境下大断面隧道设计、施工中遇到的冻害、雪害、富水岩层防排水不畅等问题,以即将建设的京藏高速大路隧道为 依靠,从寒区隧道中线形设计、防排水设计、冻胀机理、隧道冻害抗冻 防冻设计、

35、隧道温度场分布及其变化规律、雪害防治、风电技术和路面 保温加热技术等方面进行讨论；讨论过程中将文献检索、现场调查分析、室内相像模型试验、数值模拟分析、现场试验等方法有机结合,具有较 高科研价值,工作立足现有国内外学术进展方向和已有讨论成果,分阶 段准时提交讨论成果,留意将讨论成果准时应用于依靠工程,对依靠工 程进行指导；依据从现场反馈回的信息,对理论分析进行修正、完善、最终完成本项讨论,实现学术、科研和工程实践间的良性化循环促进发 展；国内外资料收集、考察现场调研、分析编制方案建立数学、物理分析模型模型试验、 室内试验数值模拟运算现场测试及量成果汇总在其它工程中推广应 测 结合依靠工程, 进行

36、现场试验用；4.3 讨论期限本课题讨论方案用 4 年；详细支配如下表：时间 工作内容 备注2022.01-2022.06 立项、讨论大纲确定调研、仿真数值模拟分析,理论讨论,2022.07-2022.12 施工工艺讨论, 进一步落实依靠工程及相关试验方案；2022.01-2022.06 喷射混凝土抗冻融室内试验,隧道用保各项工温材料的优选及工艺试验2022.07-2022.12 设备购置、仪器调试,结合隧道施工,作紧密开呈现场监控量测,反馈分析,与理论分协作依析相互验证,优化设计,指导施工；托工程2022.01-2022.06 现场温度测试,路面保温成效观测,检施工进行,可适验设计参数、 施工

37、方法的合理性和适应性2022.07-2022.12 冻害机理分析, 隧道温度场与渗流场数当调整值模拟2022.01-2022.06 结合现场测试与理论分析,优化设计,提交依靠工程实施总结报告和专项报告2022.07-2022.12 举办技术讲座,形成最终讨论总报告,专家初审,组织鉴定5. 项目依靠工程情形及支撑条件5.1 依靠工程柞木台和贝水滩隧道为鹤大高速大路吉林省境内的两座长隧道,其中柞木台隧道全长2940 米,贝水滩隧道全长2347.5 米；隧道构造发育,构造带岩体挤压严峻,节理、裂隙极为发育；项目区路段地势起伏较大,海拔高度一般在300-830 米,相对高差200-500 米,最高点在

38、琵琶顶子, 海拔 1696 米,最低点在镜泊湖入口处,海拔 340 米；隧址区属中温带大陆性季风气候区,四季变化明显,年平均气温4.3 ,极端最低气温- 37.7 ,极端最高气温29.0 ,年平均降水量1244.3mm,最大冻深 184cm（敦化）,最大积雪厚度 59cm；路线所经区域河流众多,主要有牡丹江、头道松花江等, 河流多受降雨影响；沿线地下水发育,以孔隙水、基岩裂隙水为主,其补给来源主要为大气降水、地 下水；地下水的迳流条件相对较好；最大涌水量发生在贝水滩隧道,为 1241.05 m 3/d ；从地下水赋存与补给条件来看,此区域多为开放的垂直与水平混合 补给含水围岩隧道；这类隧道围岩由于有多种补给水源,在开挖、运营 过程中往往有大量地下水渗入,出水点多,涌水量大,常年性地下水出 流；隧道衬砌层施工时如留有孔洞、裂隙或因受冻融作用而产生破裂,围岩中的地下水即渗入洞中,这是发生冰冻病害较严峻的一类隧道；5.2 支撑条件 1、预备工作情形 环绕本课题关键技术,课题组已查阅了国内外有关高海拔寒区大路 隧道