针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...

【目的】我国季冻区交通网在地震带上的占比持续增大，有必要研究冻融循环与地震动双重作用对寒区隧道洞口段的影响。【方法】通过水热力三场耦合控制方程获得衬砌背后冻融圈内随时间变化的冻胀荷载，一并与自重应力近似考虑为初始地应力，将地震荷载等效为各质点的体积力，考虑冻融循环对冻融圈内土体强度与衬砌力学参数的影响，采用拟静力法研究寒区浅埋隧道洞口段地震响应规律。【结果】无论冻结与否，不易察觉的墙脚部位最易进入塑性，仰拱呈现内拉外压的受力特征，顶部拱圈、侧面曲墙等部位受力均匀且较小。地震对衬砌的影响均表现出破坏的可能性随冻融时间（次数）的推移而增大，尤其以墙脚内侧压应力区最为明显。受统计方法约束，冻融前10 a衬砌的地震响应较弱，从冻融第15 a开始洞口段衬砌地震稳定性有了较明显的劣化。【结论】相较于冬令期，融化期发生地震时隧道结构的稳定性更差。在全球气候变暖的背景下，更应深入研究寒区隧道洞口段融化期的地震响应规律。

近年来，随着“西部大开发”战略和“一带一路”倡议的深入实施，中国的隧道、公路和铁路建设逐渐向高海拔和寒冷的西部地区延伸发展。寒冷地区隧道向特长、特高趋势发展，然而在寒冷地区修建隧道具有海拔高、昼夜温差大、冬季长时间处于负温等特点，恶劣的气候条件与施工环境给隧道施工技术带来极大挑战的同时，后期隧道也因其地理位置以及气候环境而导致冻害频发，致使隧道主体结构的安全性、实用性和耐久性出现不同程度的影响。通过寒区隧道冻害的原因来探讨寒区隧道的冻害机理，从而了解其规律并提出相应的应对措施。

由于东北等高纬度季节性冻土地区春融冬冻的特点，强风化围岩隧道衬砌经常发生渗漏、悬冰、开裂等问题，严重影响列车运行安全。依托某寒区隧道工程，运用理论分析和数值建模等手段，基于季节冻土区强风化围岩隧道衬砌受力模型，分析隧道在富水期和冻结期的轴力和弯矩。通过施加注浆加固圈的方式，建立了注浆加固隧道衬砌受力模型，分析注浆加固厚度关键参数对于衬砌受力的变化规律。研究发现，隧道围岩处于富水期时，弯矩使衬砌产生“倒桃形”变形。当隧道围岩处于冻结期时，弯矩引起衬砌的“类葫芦形”变形。此外，在注浆性能相同的情况下，圆形注浆比传统的马蹄形注浆加固更有利于折减衬砌外力和内力。

保温法是目前寒区隧道建设中应用最为广泛的一种冻害防治方法。通过敷设保温材料可以减缓隧道结构、围岩体与洞内空气的热量交换过程，进而减小或避免衬砌与围岩体内的季节冻融，实现冻害防治的目的。在工程设计中，隧道保温段的敷设长度和厚度是两个关键参数，其中敷设厚度相对容易确定，但是敷设长度的确定目前缺乏统一的标准和简便可靠的方法，给隧道保温设计带来了一定的难度和不确定性。基于此，对包括现有铁路和公路规范要求、经验公式、工程类比法、理论解析法、数值模拟法等寒区隧道保温段敷设长度确定方面的工程实践、研究进展和挑战进行了系统的总结，并在此基础上提出保温设防设计用气象数据的选取方法、保温设防长度确定的依据、隧道进出口的差异性，以及季节冻土与多年冻土区隧道的差异等未来工程实践和科学研究仍需解决和研究的重点，以期能够为寒区隧道保温防冻工程设计难题的解决提供参考。

为建立围岩不同尺度下缺陷冻胀起裂的破坏判据,根据弹性力学和断裂力学并结合冻胀力值得到宏细观缺陷发生冻胀破坏判据,建立含宏细观缺陷的寒区隧道围岩冻胀破坏临界温度的计算模型。依托大坂山隧道算例,分析不同参数对细观孔隙和宏观节理冻胀破坏临界温度的影响规律。结果表明:细观孔隙冻胀破坏临界温度随主干孔轴线直径增大而显著增大;而次孔轴线等效直径增大对临界温度的影响则较小,其主要作用是与主干孔形成主干-旁枝型孔隙结构。宏观节理冻胀破坏临界温度随节理长度和隧道断面半径增大而增大;随节理倾角增大先减小后增大,在倾角为40°时出现峰值临界温度。

隧道地下水防冻(融)和结构抗冻是寒区隧道技术的关键,其中地下水防冻(融)是核心,结构抗冻是重点。通过结合地理位置以及寒区既有交通隧道的抗防冻技术和出现的冻害情况,提出高纬度寒区和高海拔寒区的设计分区方法;对比分析寒区公路和铁路等隧道相关技术标准的现状及存在的问题,提出寒区隧道抗防冻措施的优化方向;并结合实测运营铁路隧道洞内纵向温度场,分析寒区隧道抗防冻设计的主导因素。结果表明:1)高纬度寒区和高海拔寒区,可按最冷月平均气温和年平均气温,分别划分为5个设计分区; 2)寒区隧道抗防冻关键是围绕隧道构建保温排水系统,结构抗冻可采取提高结构抗冻性能和设置保温层防冻等措施; 3)隧道洞口高差形成的自然气压差,是影响寒区长大隧道洞内温度场沿纵向分布和抗防冻设计的主导因素。

结合寒区隧道工程项目,分析了冻胀渗漏水的处治施工技术,探究了大断面软岩隧道渗漏水重要成因,然后制定了"以排为主""排堵相融合"的处治施工技术方案。实践证明,该隧道渗漏水处治施工技术方案有效、可行,且处治效果良好,避免渗漏水再次发生。

为研究寒区隧道多孔围岩在低温冻胀作用下的破坏判据，基于冻岩力学、断裂力学和细观损伤力学求解围岩冻胀力值和应力强度因子，将岩石应力腐蚀极限代替断裂韧度作为起裂判据；在单次冻胀作用下，对易发生冻胀破坏的“主干-旁枝型”孔隙结构建立围岩冻胀破坏判据；在持续冻胀作用下，将其视为冻融循环作用，考虑循环过程中岩石碎屑流失的影响效应并建立围岩冻胀破坏判据。依托西藏某寒区隧道验证失稳判据的可靠性并分析不同参数对围岩应力强度因子的影响作用。结果表明：围岩应力强度因子与主干孔轴线直径和水压力呈正比关系，前者初期增长速率显著大于后期，后者则几乎呈线性变换；与围岩环境温度和韧度比呈反比关系，且温度对围岩失稳的影响效果更明显。

寒区隧道混凝土衬砌结构易发生冻融循环作用下的耐久性问题。综述了冻融作用、冻融-碳化及冻融-侵蚀性盐耦合作用下的隧道混凝土衬砌结构耐久性的变化规律,并提出了目前研究所存在的问题及未来研究的建议和方向。