随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。

随着“西部大开发”振兴东北“交通强国”等国家战略的部署与实施，我国规划、建设了大量寒区隧道。在反复冻融、冻胀力作用下，许多寒区隧道衬砌结构出现开裂、变形、挂冰等冻害现象，严重制约着隧道工程建设和影响运维安全，冻害问题是至今仍是亟需攻克的难题。本文评述了寒区隧道冻害相关研究的发展历程、主要研究进展和现状，总结了寒区隧道冻害类型与冻害防治的关键技术，并对未来研究的重点和方向进行了展望。

深厚含土重冰层是极限性不良地质,在其上修建路基会面临严重的冻胀和融沉病害,威胁车辆的运行安全。为此探究了将聚氨酯高聚物材料(PU)用作路基的保温隔热层以防止冻融病害。进行了PU的隔热性能试验,分析密度和冻融循环次数对PU导热系数的影响。开展了重冰层冻土路基保温隔热模型试验。研究了普通路基、单层PU板路基和双层PU板路基在冻融过程中的温度分布特征,定量描述了PU的隔热效果。研究结果表明:PU的导热系数与自身密度呈正相关,与冻融循环次数也呈正相关;PU的密度越低,其导热系数受到冻融循环的影响越大;PU的密度越高,其隔热性能越能在多次冻融循环中保持稳定;冻结时,普通路基的热通量是单层和双层PU板路基的1.7倍,融化时,普通路基的热通量是单层PU板路基的2.1倍,双层PU板路基的2.8倍;PU板具有保温隔热能力,可以抬升路基的冻结深度,减少冻胀病害,延长路基的冻结过程,避免融沉病害;双层PU板比单层PU板表现出更优秀的隔热效果。

基于严寒区京沈客专朝阳试验段路基基床的温度监测资料分析,研究不同厚度聚氨酯保温板对高速铁路路基混凝土基床温度变化特性影响。测试结果表明:(1)铺设聚氨酯保温板能够有效阻断严寒区环境与路基基床间的热量传递,保温效果与板厚相关;(2)地温大多数时间呈阳高阴低现象,同时阴、阳坡路基温差波动幅度随埋深逐渐减小;(3)基床表层阴、阳面各测点的温度变化起始时间一致,而阴面的冻结时间比阳面晚一个月。由此表明,保温板能够有效降低环境与混凝土道床之间的热交换,但是对路基阴、阳坡的影响存在差异。建议在严寒地区高速铁路路基阳、阴坡可以采取不同厚度的聚氨酯保温板,减小阴阳坡地温差异,保持季冻土路基温度变化稳定。

目前几乎所有冻土隧道设计都会采用保温隔热层避免冻融作用发生,但是在保温隔热层的参数选取时,保温隔热效果是主要考虑的因素,而对其成本考虑较少。为了使保温隔热层既能防止冻融作用的破坏,又能节约成本,以优化理论为基础,结合扩展内点罚函数及冻土隧道特点,建立了保温隔热层的数学优化模型,期望该模型能够达到此目的。以大坂山K0+785断面和风火山隧道K0+835断面为例,验证了该数学模型不仅能用于季节性冻土隧道,而且也能用于多年冻土隧道。优化结果不但能够防止冻害发生,而且还能产生较大的经济效益。由此可见该数学优化模型及求解方法可以为冻土隧道工程中的保温隔热层参数的合理选取提供指导。

针对青藏高原多年冻土区高寒、大温差环境下公路隧道防冻保温与多年冻土保护问题,依托中国首座多年冻土区公路隧道建设实例,采用有限元软件ANSYS,分析了不同隧道保温隔热层铺设方式下的温度场变化,并利用模糊综合评价方法对保温材料性能进行了对比分析。结果表明:多年冻土区隧道宜采用双层铺设方式;保温材料铺设在二衬表面或离壁铺设时应优先选用福利凯保温板,保温材料夹层铺设时应优先选用硬质聚氨酯泡沫塑料材料;研究成果可为避免多年冻土区公路隧道冻害和冻土融化,保障结构长期稳定服役提供科学依据。

隧道工程是防火要求很高的建筑,因此保温材料除了要具备良好的抗冻融性外,还要具备很高的阻燃性能。文中笔者分别对聚氨酯和酚醛泡沫两种保温材料进行分析,首先对这两种材料进行冻融循环实验,然后测试其导热系数;其次根据相似理论研制室内实验装置;最后对各种工况下的情况进行室内模拟,对这种保温材料进行比选,得出设防厚度、设防位置等参数。

在冻土地区修筑道路所遇到最主要的问题是冻土融化而引起路基下沉失稳和路面开裂破坏。根据修筑公路引起冻土融化的原因,介绍了一种新型道路保温隔热材料——挤塑泡沫保温隔热板,应用在冻土地区道路工程中,能明显防止或延缓冻土的融化速率,从而保证道路的稳定,并阐述了铺设保温隔热板的施工技术要求,以期对冻土区公路建设有所借鉴。