关于研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术论文

研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术一、隧址所在区域自然环境高原是指海拔高度在500m以上的地区，世界高原分布甚广,连同所包围的盆地一起，大约占地球陆地面积的45%。

中国境内有青藏高原、云贵高原、内蒙古高原、黄土高原等四大高原。

青藏高原地势高，平均海拔4000m以上，多雪山冰川;云贵高原地形崎岖不平,海拔1000~2000m,多峡谷及典型的喀斯特地貌;内蒙古高原是蒙古高原的一部分,海拔1000~1400m;黄土高原是世界著名的大面积厚层黄土覆盖的高原，海拔800～2500m,沟壑纵横，植被少,水土流失严重为世界罕见。

高原地区长期面临着多年冻士的地质构造，高寒缺氧、千旱少雨的环境和脆弱的生态等世界铁路建设难题。

我国高原铁路建设由于纬度低、海拔高、日照强烈、地质构造运动频繁等特点，与普通地区相比较，接受太阳辐射多，日照时间长，气压低，氧气含量少气侯环境相对恶劣;受河流和冰川的侵蚀和切割作用明显,地质条件相对复杂,生态环境相对脆弱;普遍人口稀少，交通闭塞，物流不畅,建筑资源相对匮乏,增加了铁路建造技术难度，因此对高原铁路建造技术进行系统研究总结，对高质量建设我国高原铁路，有效推动铁路沿线城市的文化交流和经济发展有着重要的现实意义。

二、桥涵工程施工技术（一）桥梁施工关键技术1.低温环境下早强高性能混凝土施工技术在高原多年冻士区进行混凝土施工，面临着高原缺氧、负温施工、冻士和环境保护等多方面的难题，混凝士施工技术方案必须体现以人为本、成熟有效、安全可靠、顺应环保的指导思想，桥梁下部结构混凝士选用DZ系列低温早强高性能混凝士，其主要性能特点是：（1）超塑化：在坍落度200mm条件下，混凝土不泌水不离析，便于施工，易于密实。

（2）负温增强效果明显：在单位胶凝材料用量相同条件下，DZ型混凝士在规定温度为-20°C 的条件下，7d 和28 d 的抗圧：度比同期基准混凝士分別提高20%～40％和10%~25%. （3）对冻士层的热挠动小;当人模温度在5C左石时，离钻孔灌注桩表面20cm 处冻土的最大温升为3℃,离桩表面1m处冻士的最大温升为0.66°C,离桩表面2m处最大温升为0.21°C(去除环境温度影响因素）。

高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究一、概述随着我国基础设施建设的不断推进，隧道工程在高原寒区的发展日益增多。

高海拔寒区隧道工程面临着诸多挑战，其中冻胀问题是影响隧道结构安全和长期稳定性的关键因素之一。

冻胀现象不仅会导致隧道衬砌开裂、剥落，甚至引发更为严重的结构性破坏，而且会显著增加隧道的维护成本和运营风险。

本文旨在深入探讨高海拔寒区隧道冻胀机理，并在此基础上，研究有效的隧道保温技术。

通过文献综述，分析当前关于隧道冻胀机理的研究现状，明确现有研究的不足和未来研究的方向。

结合实地观测和室内试验，系统研究高海拔寒区隧道冻胀的物理和力学特性，揭示冻胀发生、发展的一般规律。

进一步，利用数值模拟方法，模拟不同工况下隧道的冻胀过程，分析冻胀对隧道结构的影响程度。

在深入理解冻胀机理的基础上，本文将重点研究隧道保温技术。

通过对比分析不同保温材料的性能，选择适用于高海拔寒区隧道工程的保温材料。

接着，设计合理的保温结构，并通过试验验证其保温效果。

结合经济性和实用性，提出一套适用于高海拔寒区隧道工程的保温技术方案。

本文的研究成果将为高海拔寒区隧道工程的设计、施工和维护提供科学依据，对于提高隧道工程在恶劣环境下的安全性和耐久性具有重要意义。

同时，本研究也将为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。

1. 研究背景及意义随着全球气候变化和我国基础设施建设的快速发展，高海拔寒区隧道工程日益增多。

这些隧道工程在建设与运营过程中面临着诸多挑战，其中冻胀问题尤为突出。

冻胀是指在低温条件下，土体中的水分冻结成冰，体积膨胀，从而对隧道结构产生应力，导致隧道衬砌开裂、变形甚至破坏的现象。

高海拔寒区隧道的冻胀问题不仅影响隧道结构的稳定性，还可能导致运营中断、维修成本增加，甚至引发安全事故。

高海拔寒区隧道冻胀机理的研究对于揭示冻胀现象的本质、预测冻胀发展趋势、优化隧道设计及施工方案具有重要意义。

针对冻胀问题开展保温技术研究，可以有效控制冻胀现象，提高隧道结构的耐久性和安全性。

研究高原高寒地区桥隧冻融劣化机制与防控机制摘要：高原高寒地区，隧道施工处于低气温、低气压的施工环境中，比之一般地区，混凝土在施工中和运营期间的冻融破坏、内燃动力设备的效率降低、施工中的通风排烟等均需采取特殊的施工措施。

随着我国铁路快速发展，冻土严寒已经严重影响了铁路的性能，急需新技术来解决这一铁路难题。

铁路是综合交通运输系统的骨干，是建设现代化经济体系的重要支撑，是全面建设社会主义现代化国家的先行领域。

铁路科技创新是国家科技创新体系的重要组成部分，是引领铁路发展的第一动力。

为持续推进铁路科技创新，推动铁路高质量发展，支撑科技强国、交通强国建设，根据国家和行业相关规划部署，制定本规划。

一．桥隧冻融劣化机制混凝土冻融破坏，是由于混凝土中的水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土破坏。

铁路在冻土的冻结和融化反复进行的作用下，路基会出现翻浆，冒泥，沉降变形等现象，使得钢轨扭曲变形，变得高低不一，给列车行车带来严重危害。

二．研究目的1.为解决冻土冻结和融化给铁路行业带来的折磨，增加铁路使用寿命，减少冻土给人工带来的伤亡，实际冻土情况减缓了铁路施工速度，阻碍铁路的发展。

2.冻融劣化机制影响全球铁路的发展，研究此机制，为了更好的解决现有的实际情况和展望未来的发展前景。

三．混凝土的冰冻破坏1.混凝土的冰冻破坏混凝土或钢筋混凝土是隧道衬砌中采用的最普遍的材料，也是维持隧道功能的主要结构体。

因此，研究隧道的冻害，首先要考虑混凝土的冻害。

混凝土的冻害最常见的表现形式是开裂和剥落。

混凝土冻害在硬化过程中可分为以下两种情况:(1) 从混凝土灌注后到凝结硬化初期阶段受到的冻害;(2)硬化后的混凝土因冻融反复作用而受到的冻害。

我国的《混凝土施工规范》中明确要求混凝土在输送和养护过程中混凝土不得受冻，因此，本文对第一种情况刁祠再考虑，文中提到的混凝土冻害均指硬化后混凝土的冻害。

研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术有关统计资料表明，全球多年冻土区、季节冻土区、瞬时冻土区的总面积约占陆地总面积的二分之一，其中多年冻土面积约占陆地总面积的四分之一。

冻土区除南极外主要分布在俄罗斯、加拿大、中国北方地区、蒙古、日本、美国阿拉斯加地区、欧洲北部地区等。

在俄罗斯和加拿大，多年冻土区的总面积超过其国土面积的一半。

美国的阿拉斯加地区，有四分之三的面积是多年冻土，这占美国国土总面积的15%。

日本和欧洲北部等国家，寒区冻土的分布范围也非常广泛。

中国的冻土面积排在世界第三位，为417.4万平方公里，占国土面积的43.5%,其中多年冻土面积为215万平方公里,占冻土总面积的51.5%，占国土面积总的22.3%。

多年冻土区主要分布在西部青藏高原、东北大兴安岭、小兴安岭等地，其中青藏高原地区的多年冻土面积分布最为广泛，占我国多年冻土面积的70%，其海拔及冻土分布堪称世界之最。

我国季节冻土区和瞬时冻土区的分布也较为广泛。

在这片广袤的寒冷冻土区储藏着丰富的煤炭、天然气、石油、金属矿产等，为了能够充分开发这些资源，修建交通设施首当其冲。

铁路具有运输量大、安全可靠、运费低廉等优点，是我国能源运输的主要通道。

而修建铁路时，为了优化线路缩短行程，必然会修建大量的隧道。

以中国为例，随着西部大开发战略和振兴东北老工业基地政策的实施，对于交通基础设施建设的需求也在不断增加，在寒区甚至严寒地区有大量的铁路已经开通运营或正在规划筹建，隧道的规模和数量与日俱增。

在寒冷地区修建的铁路，隧道冻害问题已经是困扰工程界的一大难题。

受寒冷环境的影响，我国北方铁路隧道冻害的现象比较严重，比较常见的冻害有衬砌渗漏水挂冰、衬砌结构冻胀开裂、基底翻浆冒泥、道床冻胀隆起、排水系统冻结堵塞等。

这些冻害一旦发生，将会影响铁路的正常运营、危及行车安全，甚至还会影响隧道的健康服役、降低使用年限。

因此铁路交通部门每年都会安排大量人员处理因隧道冻害，为此而花费大量的人力、财力和物力，造成巨大的经济损失和资源浪费。

寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究1 引言高寒区的公路铁路隧道因受独特的气候影响，在施建及营运过程中除常规性病害之外还有衬砌开裂、酥碎、剥落、顶部及边墙挂冰，底部滴水、洞门墙开裂及洞口热融滑塌等特殊病害形式。

这些冻害使得隧道衬砌遭受不同程度的损伤与劣化，且出现的挂冰、冻胀侵入建筑限界而危及行车安全，不仅造成较大的安全隐患，也降低了隧道的使用功能。

在我国北方地区由于较大差异的温差现象引起隧道围岩间液体的冻融循环，冻胀变形对围岩及隧道结构产生不可逆的损伤性，并加剧围岩缩胀、损伤、开裂等一系列物理变化及可能的化学，使得围岩失稳及隧道冻害现象显著出来。

2 主要冻害现象分析对高寒区大量隧道冻害实例进行调查分析，可将寒区隧道冻害现象分为五类：①衬砌漏水、挂冰；②衬砌开裂、酥碎、剥落；③洞门墙开裂；④隧道底部冒水、积水、冻胀；⑤隧道洞口处热融滑塌。

（1）衬砌漏水、挂冰在排水系统不通畅的情况下，围岩内的地下水或融冰水由隧道衬砌向内渗漏。

渗漏水量的大小和出水点的位置不固定，随年降水量的变化而变化。

渗漏水量及位置随衬砌后背储蓄蕴含量及衬砌质量有关，一般说来，衬砌后背水量充足衬砌质量越差则渗漏量越多，且主要在施工缝或混凝土含蜂窝及麻面的地方渗漏。

在温度在冰点之下时渗漏水凝固成挂冰，主要集中于拱顶部位。

（2）衬砌开裂、酥碎、剥落衬砌裂缝形态可分为环向、纵向及斜向三种形式。

衬砌产生裂缝的原因除围岩情况、混凝土质量、结构类型和施工影响等因素相关外，由于冻土地区气温的日较差及年较差都很大，衬砌所产生的温度应力与冻胀力是寒区隧道衬砌开裂最主要的原因。

隧道衬砌环向开裂是垂直轴向的衬砌开裂，是寒区隧道出现冻害特性，其环向裂纹的形成及发展与地质关系往往不是很大，主要是集中于施工缝上。

这些裂缝虽然对隧道衬砌结构的受力影响不大，但当其数量增多时为地下水渗漏提供了通道，且也导致衬砌受风化剥蚀作用也更为强烈。

（3）洞门墙开裂隧道洞門墙的开裂，在隧道工程中较为普遍存在，但在寒区出现得具有其特性，隧道洞门墙产生开裂最主要的原因是温度应力的影响。

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高寒高海拔地区公路桥梁的病害机理与加固路径分析发布时间：2021-12-24T05:42:17.167Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：卜布[导读] 高原海拔高、气候严寒多变，分布在此的多年高寒冻土具有特殊性与复杂性，冻土地表活动层随着季节的变化而融化和冻结，地表以下为常年处于冻结状态的冻土层。

在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，随至而来的即是冻胀、融沉、裂缝等桥梁构筑物常见病害的产生。

卜布青藏公路分局当雄公路养护段西藏拉萨 851500摘要：高原海拔高、气候严寒多变，分布在此的多年高寒冻土具有特殊性与复杂性，冻土地表活动层随着季节的变化而融化和冻结，地表以下为常年处于冻结状态的冻土层。

在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，随至而来的即是冻胀、融沉、裂缝等桥梁构筑物常见病害的产生。

关键词：高寒高海拔地区；桥梁病害机理；加固前言高寒高海拔地区气候条件严寒多变，其地表活动层随着季节的变化而而融化和冻结，且地表以下是常年处于冻结状态的冻土层。

在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，冻胀、融沉、裂缝是桥梁构筑物最常见的病害。

路基桥涵等线下工程构筑物一旦发生危害，轻则影响行车过程，重则导致行车安全。

在运营阶段，改变了建桥地段地表的热平衡，使地基多年冻土产生衰退或融化。

施工过程中热量大量传入，引起地基冻土融化下沉，造成墩台短期内产生沉降，导致桥上部结构变形。

当地基多年冻土含冰量大，且多年冻土温度较高，在恒载作用下，地基产生蠕变而沉降，引起结构物长期下沉。

一、冻土的工程特点冻土与自然界中其他岩土相比，因其温度和含冰特性而具有特殊的工程性质。

在外部荷载作用下，由于土体中水分在冻结过程中的重分布伴随着压力产生，使土粒结构、密度发生变化形成冻胀；当冻土融化时，在自重和外荷载作用下产生排水固结，土层压缩变形造成沉降。

寒区隧道冻害形式和成因的分析与防治措施的研究【摘要】冻害是寒区隧道中最主要的病害，本文详细探讨了隧道冻害的多种表现形式，并从土中水、负温和边界约束三个方面分析了冻害产生的原因，最后提出了提高隧道结构自身的抗冻能力、防排水能力、保温能力和隧道围岩注浆法等防治措施。

引言我国冻土面积分布非常广泛，有50%以上的国土面积属于寒区，对于位于寒区的隧道来说，存在各种各样的问题。

通过对已运营的寒区隧道调查发现，寒区隧道中有80%以上都存在冻害现象，其中60%的隧道发生渗漏，24%的出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌等问题，每年各地区和相关交通企业对这些冻害隧道的维修养护费用数量惊人，因此，深入研究和解决寒区隧道的冻害的问题势在必行。

1 寒区隧道冻害的主要表现形式（1）衬砌开裂：多年冻土及严寒地区铁路隧道普遍存在衬砌开裂的问题，衬砌开裂分为环向、纵向及斜向三种形式。

衬砌产生的温度应力和冻胀力的作用是寒区隧道产生开裂的主要原因。

（2）隧道洞口段冻胀破坏：处于多年冻土区的隧道，在隧道的进出口处也均处于多年冻土中，隧道开挖后，由于注浆、喷射混凝土、施工放热和模注混凝土而放出大量的水化热使得隧道开挖部分范围内的多年冻土出现融区，水化热释放完毕，隧道洞口部分开始冻结，导致初期支护和二次衬砌最终开裂、变形，从而出现渗水、挂冰等，严重的可使洞口严重变形以至倒塌。

（3）隧道贯堂风的病害：多年冻土区的外部大气常年平均气温基本在0℃以下，隧道内由于通风的作用，使得沿隧道纵向有可能形成一条冻结的柱状带，从而再次改变隧道内衬砌和围岩的应力状态。

（4）冰丘及冰椎：在多年冻土区的河滩、阶地、沼泽地及平缓山坡和山麓地带，常常会看到像坟丘一样的土包，大小不一，有的呈单分布，有的成串成片分布，这些丘状的土包称为冰丘，也称冻胀丘。

当隧道进出口在富水区时，就有可能在进出口的明洞或洞门口或明洞内形成冰丘，直接导致东门开裂和错台，有的甚至破坏洞内衬砌。

当隧道的进口处于低洼富含水地段时，就有可能在条石砌筑的洞门墙下或洞顶边坡坡脚处形成危害性极大的冰椎；当隧道内排水性能不好时，水也会从洞门与路基边坡的坡脚处渗出形成冰椎。

寒冷及严寒地区隧道冻害发生机理及防治一、寒冷地区隧道的特点分析1.寒区隧道内气温及围岩温度变化比较大对于中短隧道洞中气温与大气温度基本相同年平均气温，在全年各时节沿隧道进程气温均大致呈抛物线型分布，隧道内各时节的气温较差与年平均气温较差是进出处大、中间段小，其差值是随隧道长度增加而减少。

2.寒区隧道洞壁开挖后围岩形成新的冻土层对于开挖过程遇到的多年冻土围岩，围岩表层均要转变为季节性冻融层，季节融化层深度是进出口处大，中间段小。

对于隧道围岩原属融化层，隧道开挖后围岩一般要形成新季节冻结层，其冻深也是进出口处大、中间段小。

对于岛状多年冻土区与大片连续多年冻土区，隧道中融化围岩有可能由融土※季节冻土※多年冻土方向发展，形成新的多年冻土。

3.寒区隧道围岩与衬砌层要遭受反复冻融作用，造成强度损失衬砌层与围岩在反复冻融作用下，将发生明显的强度损失。

混凝土，特别是饱水混凝土衬砌层的强度损失是比较大的。

围岩强度损失也不容忽视，特别是风化围岩，例如片岩、页岩等粘土质围岩强度损失是很大的。

这种地层在寒区尤其是青藏高原的分布是很普遍的。

4.隧道衬砌层将反复遭受冻胀力作用寒区隧道衬砌层后面含水围岩，每年均要发生冻结，产生冻胀，当冻胀受到受到衬砌层与围岩自身的约束就要引发冻胀力。

研究表明，在相似含水条件与冻结条件下，冻胀力随围岩的冻结深度增大而增大；在其它条件相似时冻胀力随围岩与衬砌层的刚度增大而增大。

5.寒区隧道围岩所含水分的温度较低寒区隧道围岩含水层水温普遍较低，据测试，在中季节冻土区围岩含水层水温一般为6～8℃，在深季节冻土区为4～6℃，而在多年冻土分布区一般为0～4℃。

低温为渗入隧道或积于排水沟的水发生冻结提供了条件。

二、隧道冻害现象及其机理在寒冷地区修筑隧道是基础建设中的一项特殊工程。

由于受寒冷气候的影响，极易产生各种各样的冻害现象，如衬砌漏水、挂冰路面隧底冒水、积冰、冻胀衬砌变形、开裂、酥碎、剥落洞门墙开裂等。

严寒地区高速铁路隧道冻害整治及隧道防冻设计优化汤晓光【摘要】由于受认识水平和施工工艺水平的限制,北方严寒地区修建的高速铁路隧道运营后偶发冻害和渗漏水等问题,严重威胁着高铁动车的运行安全.剖析北方某运营隧道原设计防冻和排水措施,隧道产生开裂、鼓包变形和渗漏水等病害及原因,认为衬砌背后的空腔、厚度不足和混凝土不密实是病害产生的主要原因.对渗漏水采用注浆封堵和边墙增设竖排水.衬砌开裂采用注浆嵌缝或锚杆加钢带固定.综合性病害或较严重处设置保温层波纹钢板套衬进行防护,经温度测试,衬砌后均为正温.根据病害及整治效果,对新建赤喀客运专线天秀山隧道防冻害及排水技术措施进行研究优化,采取素混凝土增设钢筋,环向盲管增设保温层,延长深埋水沟,增加竖向盲沟等措施.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2018(062)010【总页数】6页(P142-147)【关键词】严寒地区;高速铁路;铁路隧道;冻害;整治技术;设计优化【作者】汤晓光【作者单位】中国铁路沈阳局集团有限公司,沈阳 110001【正文语种】中文【中图分类】U457近年来，我国在严寒地区修建了大量高速铁路隧道，而且随着新线的修建，隧道数量还在继续增长。

随着这些隧道的逐步建成并投入运营，不可避免地发生了一些衬砌背后脱空(空洞)、开裂和渗漏水等缺陷和病害等问题。

我公司管辖范围内某高速铁路隧道投入运营后陆续发生了衬砌开裂、变形外鼓、拱顶渗漏水、掉块等严重影响行车安全的问题。

通过对这些问题的逐步排查发现：隧道一旦形成病害，很大程度上就会影响隧道结构和行车安全，并且整治难度相当大，整治费用也相当高。

如果从建设初期(尤其是勘察设计阶段)就对这些易产生问题的环节从源头上尽量做到位，就能够防止运营后出现重大冻害问题。

所以结合这些病害和整治效果对寒冷地区新建铁路隧道从设计施工阶段进一步优化具有重要的意义。

1 某隧道冻害情况及原因分析1.1 隧道概况某隧道位于吉林省安图县石门镇，进口里程DK233+761(K348+120)(括号内为运营里程)，出口里程DK237+451(K351+810)，全长3 690 m，最大埋深约283 m，为单洞双线隧道，洞内铺设有砟轨道，设计速度250 km/h。

严寒地区路堑边坡冻融破坏机理与防治措施发表时间：2019-05-13T16:06:08.297Z 来源：《知识-力量》2019年8月26期作者：闫俊荣[导读] 本文研究总结了严寒地区路堑边坡的冻融破坏机理包括降雨因素、干湿循环因素、冻融循环因素、岩土体特性因素、人为因素，针对上述因素总结防治措施包括上部刷方卸载、下部支挡锚固工程（河北省高速公路承唐承德管理处，河北承德 067000）摘要：本文研究总结了严寒地区路堑边坡的冻融破坏机理包括降雨因素、干湿循环因素、冻融循环因素、岩土体特性因素、人为因素，针对上述因素总结防治措施包括上部刷方卸载、下部支挡锚固工程、进行坡面的防护、截排水工程以及总结了合理确定冻融滑塌防治措施。

以期为严寒地区路堑边坡冻融的防治提供一定的参考。

关键词：严寒地区；路堑边坡；冻融防治引言经过冬季低温冻结吸附作用，边坡冻结层土体含水量显著增加，同时产生冻胀。

春季气温回升，冻结土体由外层向内层逐渐融化，此时若融化水不能及时疏排，水分将在冻融分界处汇集，形成更加脆弱的滑动面，使边坡的稳定性急剧下降，在重力作用下，高含水量的边坡融化土体沿滑动面发生滑塌。

同时，反复冻融循环对边坡土体强度的破坏也是产生滑塌的另外一个重要因素。

受地下水影响下的路堑边坡，这种情况往往更加严重。

总之，路堑边坡长期在外界环境的作用下，其自身的稳定性降低，一旦发生破坏，就会对公路的行车安全造成极大的危害，因此，加强对严寒地区路堑边坡防护技术研究有着十分重要的意义。

1 路堑边坡相关概述路堑边坡指的是，路基施工中，对于挖方路基，为了确保开挖后，路基两侧山体的稳定性，不对路基造成危害而设置的具有一定坡度的坡面，按照地质的类型可分为土质路堑边坡和石质路堑边坡。

2 严寒地区路堑边坡冻融破坏机理探析2.1 降雨因素中国典型滑坡95%都与降雨有关，降雨对土质边坡的影响主要是降雨入渗引起路堑边坡渗流场的变化，渗流场的改变会引起边坡应力场的变化，同时降雨导致作用在路堑边坡土体上的动水荷载(渗透力)和静水荷载增大，土体抗剪强度参数也会随着边坡含水率的增加而发生急剧变化同时雨水浸入膨胀土路堑边坡，还会导致边坡土体发生胀缩变形。

高寒地区隧道施工混凝土抗冻融技术研究摘要：我国基建工程快速发展过程中，已经掌握在各种环境中进行工程建设的较为成熟的技术，如在高寒地区进行隧道施工，高铁隧道、高速公路隧道等，上述隧道工程在低温环境中进行，为提升隧道的安全性和稳定性，使用混凝土抗冻融技术，可以满足工程的建设要求。

深入分析高寒地区隧道施工中，应用混凝土抗冻融技术的要点，为隧道工程建设提供参考依据。

关键词：高寒地区；隧道施工；混凝土抗冻引言：本文以高寒地区进行隧道工程施工为例，在施工过程中，由于隧道长时间处于低温环境中，在低温冻融破坏机理的影响下，会使混凝土施工出现质量问题，影响隧道的稳定性。

针对低温环境中施工出现的问题，施工单位应了解引发冻害损伤的原因，采用抗冻融技术保证混凝土质量符合建设标准。

1.施工原则高寒地区隧道混凝土施工过程中，施工单位应遵循以下原则：第一，尽量使用先进的机械设备代替人工作业。

在低温环境中施工人员的操作效率会不断降低，并且会出现冻伤的情况，使用设备在提升施工效率降低人工劳动强度的同时，还能使施工更加安全；第二，在低温环境中进行混凝土施工，要求施工单位必须保证混凝土的质量符合建设标准；第三，在施工中会出现低温冻伤的情况，尤其会广泛出现冻融和冻结等情况，施工单位应采用科学合理的方法，一方面加强施工环境的保温管理，另一方面合理调配人员和设备，使整个施工处于正常运转状态，有效降低施工成本；第四，低温环境进行混凝土施工，施工期间会产生热量，在冷热交替的环境中，冻结会反复出现，在实施抗冻措施的同时，还应在温度升高时，快速排出产生的水体，使隧道内部减少水体对质量产生的破坏。

1.引发冻害损伤的因素1.施工因素在施工的初期，进行隧道支护施工、钢架安装以及混凝土初喷等操作，上述操作会出现冻结情况，尤其是在初喷环节，衬砌上冻结情况较为明显。

衬砌出现冻结情况，与初喷的混凝土存在关系，混凝土初喷时强度较低，并且内部含有较多的水分，再加上存在较多的空隙，水分在空隙位置形成冰晶，此时混凝土出现冻结情况。

浅论高寒山区隧道冻害防治的技术措施据统计，地球上多年冻土、季节冻土和瞬时冻土区的面积约占陆地面积的50%，主要分布在俄罗斯、加拿大、中国和美国的阿拉斯加及北欧等地，而中国的冻土面积仅次于加拿大和前苏联，排行世界第三位，多年冻土和季节性冻土占据了我国大部分的面积，主要分布在我国东北、西北、西藏、内蒙古和新疆等地区。

自建国以来，我国修建了一些寒区隧道，夏天刚竣工，冬天就出现不同程度的冻害，例如：拱顶出现冰锥，边墙出现冰溜，衬砌开裂、酥碎和剥落，底板冒水结冰等，这些病害大大弱化了隧道的使用功能，严重影响了行车的安全，需要花费大量的人力、物力和财力进行维修和养护，才能勉强通车运营，而有的甚至于被报废，给国家带来巨大的损失和资金浪费。

我国在冻土区上修建的隧道数量越来越多，从对已经运营的寒区公路隧道进行调查时发现，寒区隧道中有80%以上都存在各种各样冻害现象，其中：60%是发生渗漏，约24.5%出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌、沉降等问题[1-5]。

我国青海某寒区富水隧道2012年6月中旬贯通，2013年3月发现隧道贯通历经一个完整冬季出现严重的冻结、冻胀和挂冰现象。

其中，隧道DK277+376～+576段洞内中心水沟、检查井以及衬砌背后盲沟结冰，仰拱充填冻胀开裂，隧道衬砌出现不同程度的挂冰。

对某寒区富水隧道进行的巡查后发现，隧道冻结、挂冰和冻胀主要集中在隧道出口DK277+455～+540段，挂冰、冻结段长约85m。

其中，DK277+565综合洞室处冻结、DK277+538处环向冻胀挂冰3处、DK277+541处环向4处挂冰、DK277+500处冻胀挂冰严重、DK277+462处左右拱腰处挂冰严重。

根据该隧道的挂冰和冻胀情况，决定对该隧道冻胀段进行拆除后注浆封水重新施做衬砌。

论文就该隧道二次衬砌挂冰冻胀段的爆破拆除重建施工技术进行讨论，编制了相应的施工技术，指导了该工程的施工，取得了良好的效果。

1、工程概况1.1 工程概述我国青海某隧道位于青海门源县的俄博山低山区，平均海拔约2700m，最高海拔约3100m。

研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术一、研发背景随着我国高速铁路的快速发展，高原高寒地区铁路桥隧冻融现象普遍存在影响了使用的性能，是困扰国内高原高寒工程界的热点和难题。

通过研究桥隧冻融现象的劣化机理，从而研发桥隧的防控技术。

青藏铁路的建成，促进了西藏和东部地区的连接与沟通。

青藏铁路成功的关键在于解决了路基的冻土问题和桥隧冻融问题，而桥隧冻融问题不仅是青藏地区而且是高原高寒地区所有特有的病害之一。

在国内“十四五”铁路科技创新规划中就曾提出深化风险控制理论研究，开展基于风险控制理论的防灾减灾选线与总体设计技术攻关，研发重大地质灾害特征早期识别及趋势智能识别技术，全面增强铁路工程风险管理水平。

发展基础设施灾害防治及能力保持技术、应急抢修技术，提升防灾及抢修效率，提升铁路工程防灾减灾技术水平。

所以解决高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术非常重要。

下面列举两个国内施工的高原高寒地区铁路桥隧冻融现象：（一）新疆的天山二号公路隧道：这个隧道的长度为1O07m米，总投资超过5480万元，然而在1988年8月底修建完成之际，就遭遇了严重的渗漏问题。

到了9月份，由于道路表面出现了结冰和洞口悬挂的冰块，导致车辆无法正常通行。

由于多年的冻融侵蚀，这个隧道现在已经无法正常运行，几乎已经废弃。

（二）甘肃七道梁公路隧道：甘肃七道梁公路隧道，在1989年修建完成后，每当冬季来临，排水沟就会冻结，导致隧道的排水系统无法正常使用。

同时，隧道的衬砌也会因为冻胀而产生裂痕，这使得隧道的混凝土开始出现裂痕，从而引发隧道漏水和路面结冰，这对行驶安全造成了严重威胁。

二、高原高寒地区桥隧冻融劣化机理（一）混凝土冻胀破坏混凝土中的冻胀破坏主要是由于水分冻结引起的。

当混凝土中的水分温度降至0℃以下时，水分开始结冰，结冰后水会膨胀，使得混凝土内部形成很大的应力，若该应力大于混凝土的强度，则混凝土会出现破坏.1.冻胀破坏的类型（1）表面破坏：混凝土表面出现鼓起和剥落现象。

高寒低温地区桥梁混凝土抗冻属性分析及防护方式研究的有效措施摘要：混凝土工程的耐久性能够直接关系到整个施工工程的安全性和使用寿命，影响到工程的社会和经济效益，经过半个多世纪的研究，证明我国的混凝土抗冻耐久性整体来说较低，当前的抗冻等级还无法满足其结构安全运行的标准，怎样才能从整体上来不断提高我国建筑物中混凝土所具有的抗冻耐久性，已经成为现在极待解决的问题。

本文主要论述了高寒低温地区桥梁混凝土抗冻属性分析及防护方式研究的有效策略。

关键词：桥梁混凝土；抗冻属性；防护方式随着我国的基础设施建设速度不断加快，混凝土工程所具有的耐久性问题也越来越受到业内人士的普遍重视，混凝土工程的耐久性能够直接关系到整个施工工程的安全性和使用寿命，影响到工程的社会和经济效益。

近些年来，我国的公路铁路工程建设取得了飞速发展，在社会经济的发展过程中起到了重要的作用，这就使得混凝土的抗冻属性显得更为重要。

一、国内外对混凝土抗冻性的研究及发展现状混凝土建筑物其所处的环境当中但凡有混凝土的内部含水或者是正负温度交替的情况，都会使得混凝土出现冻融循环的问题，最终导致疲劳破坏，当前，国内外的很多学者在关于混凝土的冻融性能上作出了大量的理论性研究，并制定出了混凝土建筑物运行在不同的环境条件下其抗冻耐久性研究的有效途径，日本、美国等国家已经在混凝土抗冻的性能设计中制定了统一的一套模式，不管外界环境如何变化，混凝土的耐久性都必须满足的冻融循环的试验要求，我国以及欧洲一些国家根据建筑物自身所处的环境条件，也设定了不同等级的混凝土抗冻设计要求。

在我国高寒低温地区,当混凝土的所处环境为海水环境时应满足冻融循环350次,淡水环境应满足冻融循环250次的要求。

经过半个多世纪的研究，证明我国的混凝土抗冻耐久性整体来说较低，当前的抗冻等级还无法满足其结构安全运行的标准，在混凝土建筑工程当中，凡是存在着正负温度交替的一些地区，都会出现混凝土冻融破坏的问题，怎样才能从整体上来不断提高我国建筑物中混凝土所具有的抗冻耐久性，已经成为现在极待解决的问题。

关于寒区隧道冻害防治措施的研究摘要:文章基于国内外已建寒区隧道冻害现象,提出了寒区隧道防治措施,对为以后的工程实践提供了可借鉴的经验。

关键词:冻土;隧道;冻害现象;寒区隧道随着我国经济建设的蓬勃发展及西部大开发政策的进一步落实,交通建设的需求和铁路、公路等交通路网的完善要求交通基础设施延伸至资然条件恶劣、过去人迹罕至的高纬度或高海拔的寒冷地区,因此,大量冻土隧道的修建是不可避免的。

但在寒冷地区修建隧道不可避免的产生了各种各样的病害,直接威胁到隧道耐久性和交通运行的安全。

本文针对寒区隧道的冻害现象,提出防治措施。

1寒区隧道冻害现象高纬度或高海拔寒冷地区的隧道,特别是多年冻土地区的隧道,由于受到寒冷气候的影响,存在一般地区没有的冻害现象。

主要有:隧道衬砌因冻胀而开裂、酥碎、剥落(图1);隧道顶部、边墙挂冰,底部积冰,道床冻胀(图2);隧道洞门墙开裂;隧道底部冒水、积冰、冻胀;隧道洞口处的热融滑塌等。

这些冻害不仅给隧道的运营管理带来了很大的工程隐患,处理起来费工、费时、费财,而且大大弱化了隧道的使用功能,造成了巨大的资源浪费和经济损失。

2寒区隧道冻害的防治措施从上述可知,寒区隧道冻害根源来自于水和含水岩土的反复冻融作用。

因此,冻害防治原则是“防水、排水、防冻胀”,在具体方法上应采用“多道防护、综合治理”。

2.1防水、排水措施寒区隧道工程,特别是多年冻土区隧道工程防水、排水技术措施分洞内与洞外二部分。

①完全多年冻土隧道内设一般排水沟即可,主要功能是承接多年冻土围岩暖季融化渗出的少量孔隙水和裂隙水。

在洞口路堑段应设置天沟防止冰雪融水渗入路堑。

②局部多年冻土隧道通常是进出口段为多年冻土,中间段为非多年冻土。

隧道非冻结段围岩一般含水且有常年性地下水补给,进出口段多年冻土下限深于隧道底板8～10 m。

此类隧道应在非多年冻土段设置集水盲井与纵横向排水盲沟,将围岩渗出水汇入保温(或加热)深埋水沟或泄水洞,从而将地下水引出隧洞外。

研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术一、引言“十四五”时期是我国铁路事业发展的重要阶段，铁路科技创新将成为推动铁路事业发展的重要动力。

高原高寒地区桥隧冻融劣化问题长期困扰着我国铁路建设与运维，对铁路安全造成严重影响。

我国高原高寒地区铁路桥梁和隧道工程在建设和运营过程中，受到冻融作用的影响较大。

冻融作用导致桥隧结构劣化，影响其使用寿命和安全性能。

因此，研究高原高寒地区桥隧冻融劣化机理及防控技术具有重要的理论和实践意义。

为了提高高原高寒地区桥隧工程的耐久性和安全性，提升铁路运输服务质量，我国铁路部门启动了“十四五”铁路科技创新规划项目，致力于研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术，对高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术进行深入研究，为实际工程应用提供科学依据。

二、高原高寒地区桥隧冻融劣化机理1. 冻融作用原理冻融作用是指在一定的环境条件下，水在混凝土桥隧结构内部和表面反复冻融，导致混凝土内部微裂缝扩展、结构强度降低的过程。

冻融作用的原理主要包括水在混凝土内部的膨胀作用和冰晶的挤压作用。

2. 冻融劣化机理（1）水在混凝土内部的膨胀作用：当水进入混凝土内部后，在低温环境下，水凝固成冰，体积膨胀，导致混凝土内部产生应力。

随着冰的膨胀，混凝土内部微裂缝逐渐扩展，导致结构强度降低。

（2）冰晶的挤压作用：在冻融过程中，混凝土内部的冰晶随着温度的变化而生长，对周围混凝土产生挤压作用。

长期挤压导致混凝土结构局部损伤，进一步降低结构强度。

三、高原高寒地区桥隧冻融劣化影响因素1. 环境因素（1）气温：气温是影响冻融作用的关键因素，直接影响混凝土内部水分是否结晶。

气温低于冰点时，混凝土内部水分易结晶，导致冻融作用加剧。

（2）湿度：湿度是影响混凝土内部水分迁移的重要因素。

湿度较高时，混凝土内部水分易迁移至表面，加速冻融作用。

（3）风速：风速影响混凝土表面水分蒸发速度，风速较大时，混凝土表面水分蒸发较快，导致冻融作用加剧。

高原高寒隧道围岩冻胀行为及施工对策摘要：随着科学技术的进步，道路施工技术不断完善，隧道作为道路建设中的重要内容，不仅能贯穿交通网络，减少道路建设的工程量，还能提升道路的运输能力，有效地方便了人们的生活。

就隧道建设施工而言，虽然我国施工技术已有较大的改进，但在高原高寒地施工时仍存在一些问题，影响着隧道施工质量和工程进度，有时甚至会出现安全隐患。

隧道围岩冻胀是隧道施工中最大的影响因素，在高原高寒地区修建隧道不可避免的会遇到冻害问题，科学分析隧道围岩冻胀的危害，总结以往施工中存在的不足，优化施工对策，以期在工期内保质保量完成建设任务，实现最大的经济效益、社会效益和生态效益，推动隧道建设行业稳步向前迈进。

关键词：高原高寒地区；隧道；围岩冻胀行为；施工对策前言“要想富先修路”新中国成立后，为了促进国内经济高速运转，政府加大了道路工程的投资力度，随着全国性交通网络的普及，高原高寒地区隧道施工的冻害问题开始引起人们的关注，像隧道围岩冻胀致使衬砌开裂、道床发生位移及洞口塌方等，不仅加大了施工的难度，影响施工质量，严重时还容易在施工时发生安全事故，造成难以预计的经济损失和人员伤亡。

近年来，人们加大了对高原高寒隧道围岩冻胀问题的研究力度，总结了以往施工中经常出现的各种问题，引进了先进的施工技艺和机械设备，结合建设地的实际建设情况和施工经验，改进施工对策，切实提高高原高寒地区隧道围岩施工的安全性，提高工程建设质量，以便其日后更好地为民众提供服务，造福人民大众，推动社会良性运转。

一、高原高寒隧道围岩冻胀行为1.1高原高寒地区影响隧道施工的因素提及隧道人们并不陌生，随着时代的发展科学技术的进步，施工技术有了很大的提升，为了更好地贯通交通网络，为人民提供最佳的交通线路，当前人们越发重视隧道建设。

隧道主要是指埋于地层中的建筑物，是人们对地下空间的开发利用，当前不仅有交通隧道、市政隧道、水工隧道还有矿山隧道，它们的功能和建设条件各不相同，在施工时其施工技艺和侧重点也不尽相同，就铁路隧道而言随着全国性交通建设事业的蓬勃发展，越发向北部地质条件较为薄弱的地区延伸，当前人们在高原高寒地区修建隧道旨在缓解地面人车拥堵的问题，方便人们出行[1]。

研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术摘要随着我国高速铁路的快速发展，严寒铁路隧道冻害现象普遍存在影响了使用的性能，是困扰工程界的热点和难题。

通过研究桥隧冻融现象的劣化机理，研发桥隧的防控技术。

关键词:高原高寒地区桥隧冻融防控技术1 研发目的1.1 存在问题随着高速铁路的大力建设与持续运营,季节性冻土区路基冻融问题还将长期成为建设单位以及管养部门所需应对的主要问题之一。

桥隧冻融会造成土层产生体积膨胀，融化使土层变软产生沉陷，甚至土石翻浆，从而形成冻胀和融沉作用。

1.2 研发意义冻融对于桥隧施工会造成地面下沉，道路路基变形，威胁施工工人安全。

对施工进度造成延缓，影响了铁路的的快速发展。

2 冻融劣化机理2.1 混泥土冻融机理1945年, T.C.Powers提出了冻融破坏的静水压假说"。

假说认为,在冰冻过程中,混凝土孔隙中部分孔溶液结冰膨胀,迫使未结冰孔溶液向外迁移。

当孔溶液迁移流程长度过长,静水压力超过混凝:土材料的抗压强度时,混凝土发生破坏。

后来, T.C Powers和R.A.Helmuth联合提出的渗透压假说四认为,毛细孔中水的冰点与孔径有关,孔径越小，冰点越低。

未结冻孔溶液向已结冻大孔迁移。

1975年, Fagerlund提出了临界水饱和度理论凹。

该理论认为混凝土的水饱和度存在-一个与极限平均气孔间隔系数相对应的临界值,当混凝土水饱和度小于此临界值时,混凝土不会发生冻害,这个临界值称为混凝土临界水饱和度。

2001年，MJ.Setzer提出了微冰晶模型4,用“微冰晶泵”’效应较好地解释了随着冻融循环的进行,混凝土饱水度不断增加这一现象。

以上这些理论和假说为混凝土冻融破坏机理的研究奠定了理论基础。

慕儒等的研究凹解释了渗透压、最不利饱水度，微冰晶模型理论联合作用下的混凝土冻融循环条件下水分迁移和损伤机理。

研究认为,在冻融循环的降温过程中.混凝土试件表层大孔首先结冻,相邻未冻结小孔中水分向大孔迁移。