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發布時間：2021-04-07 19:33
隨著全球溫室效應的加劇，氣候對高寒多年凍土地區環境的影響越來越大。
在這種情況下，多年凍土區開展地下工程將面臨諸多的與溫度相關的新問題。
針對圍巖溫度場，國外，Ladanyi(1984)提出了沒有支護和有襯砌約束兩種情
況下時間一位移變化的一種封閉形式的解以及對一圓形橫斷面的隧道在任何時刻圍
巖壓力隨時間變化的解提出在非線性粘彈性區隧通圍巖地應力對
隧道襯砌作用力的直接確定方法。Sandegren考察了在鐵路隧道中塑料保溫防止
結冰的效果。
經過對昆侖山隧道多年凍土區域地下水的分析，提出了采用隔熱保溫措施保護多年凍土的防排水原則及設
計思路，并針對昆侖山隧道的防排水體系進行了分析研究。黃雙林結合昆侖山隧
道和風火山隧道的設計、施工及現場測試，探討了在高原、高寒及凍土等惡劣自
然條件下隧道的防排水技術，闡述了防、截、堵、排、隔熱保溫與“保護凍土”相
結合的防排水原則。并從理論和工程實踐中論證了風火山隧道和昆侖山隧道采用
雙側保溫水溝排水方案的合理性。抗凍融隧道保溫系統理論逐漸成熟，聚酚醛保溫板作為抗凍融隧道保溫體系的新型保溫材料應用越來越廣泛
主洞一次襯砌和二次襯砌之問施加50ram厚聚氨酯保溫
材料、泄水洞來保溫；主洞和泄水洞一次襯砌和二次襯砌之問施加50mm厚聚氯
酯保溫材料：-：洞未施加保溫、泄水洞一次襯砌和二次襯砌之間施加50mm厚聚
聚酚醛保溫板(注：隧道仰拱和防寒泄水洞鋪地位置出于受力考慮，三種工況均未
施作保溫層)，主洞尚未貫通前，2月份的圍巖溫度場分布情況：圖5-3(d)-(O為8
月份的溫度場分布情況。從兩圖可以清楚的看到，保溫層對阻止其背后的混凝土
襯砌和圍巖溫度受洞內環境溫度的影響發揮了巨大作用。另外，從圖5-2(a)可以看
到，防寒泄水洞不施作保溫層工況下，襯砌內會出現負溫的不利情況，在一襯和
二襯之間施作50ram厚的聚酚醛保溫板后，保溫層背后的次襯砌和圍巖溫度雖
然比(a)圖有了明顯的升高，但是仍然低于O'C．這就意味著一次襯砌和二次襯
砌之間施作50mm厚的聚酚醛保溫板尚不能滿足目前的保溫要求，應當及時變更
設計，并采取補救措施，加大保溫層厚度至65mm。圖5．4給出了加與不加保溫層兩種工況下，
防寒泄水洞一次襯砌表面溫度從2012年7月15臼至2013年7月15日期間的變
化情況，它更直觀的展現了保溫層在防寒保溫中的巨大作用。
聚酚醛保溫板隧道保溫參數分析
現在市場上供應的保溫材料品種有很多，影響其保溫效果的一個重要方面是
不同材料具有不同的導熱系數。下面僅從保溫材料的導熱系數的差異性來分析其
對隧道凍融圈的影響。考慮到目前寒區隧道采用的保溫材料的導熱系數一般在
O．024—0．029w／m·K之間(見表5．6所示)，下面選取三個典型的導熱系數兄值作趨勢
分析，它們分別是0．027、0．024和0．029。
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應用工程實例
硬質聚氨酯泡沫板：
0．027
昆侖山隧道、風火山隧道、鷓鴣山隧道
福利凱聚酚醛硬質泡沫板
0．024
嘎隆拉隧道
石棉復合材料保溫板
O．029
大慶油田、江蘇油田輸油管道
圖5．5是分別選取表5．6中三種不同的保溫材料(鋪設厚度均為60mm)時，防
寒泄水洞施工期問，一次襯砌與保溫層接觸位置溫度變化規律，從圖上可以看到：
該位置溫度變化幅度隨保溫材料導熱系數的減小而減小，在隧道表面敷設60mm
厚硬質聚氨酯泡沫板己經能保證該位置不出現負溫的不利工況。
表5．7是表面敷設不同類型的保溫材料，防寒泄水洞在開工一年時間內，典型
位置的凍深。從表上可以看到拱頂、拱腰的凍深均隨著保溫材料導熱系數的
減小而減小，當采用石棉材料時，隧道拱頂凍深為0．65m，當采用硬質聚氨酷
保溫時，凍深則減小到了0．25m，減小了61．5％左右，而當采用聚酚醛保溫板保溫時，則
拱頂和拱腰已經不會出現0℃以下的情況，說明保溫層材料的導熱系數對溫度場的
分布影響明顯：拱頂凍深比拱腰的要稍微大點，主要原因是斷面埋深較淺，洞內
的拱頂的溫度受到了上表面山體溫度的影響；底部的深度比拱頂及拱腰大很
多，主要原因是底部沒有敷設保溫層。
表5．7保溫材料種類與深度的關系
種類 保溫材料種類
聚酚醛隧道保溫板
位置
底板位置(cm)
180 185 195
拱項位置(cm) 25 O 65
拱腰位置(cm)
23 0 58
