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...
系统梳理我国寒区铁路隧道的运营现状与设计特点，总结基于理论解析、仿真模拟和现场实测分析的寒区铁路隧道温度场分布规律与防寒设防长度的研究现状，结合实测数据分析隧道长度、坡型、洞口高差及列车活塞风等因素对寒区铁路隧道纵向温度场分布特征的影响。剖析铁路隧道冻害频发的内在原因，揭示冻害发生机理与关键影响因素，提出寒区铁路隧道冻害发生的链式效应，明确排水系统冻结机制对寒区铁路隧道冻害研究的重要性和必要性。梳理寒区铁路隧道抗防冻技术的发展历程，从“治水”和“控温”角度分析抗防冻技术基本原理，剖析我国寒区铁路隧道结构保温设计和防排水系统防冻设计技术现状，提出隧道冻害防治新技术、新工艺和新材料的发展思路和建议。
系统梳理我国寒区铁路隧道的运营现状与设计特点，总结基于理论解析、仿真模拟和现场实测分析的寒区铁路隧道温度场分布规律与防寒设防长度的研究现状，结合实测数据分析隧道长度、坡型、洞口高差及列车活塞风等因素对寒区铁路隧道纵向温度场分布特征的影响。剖析铁路隧道冻害频发的内在原因，揭示冻害发生机理与关键影响因素，提出寒区铁路隧道冻害发生的链式效应，明确排水系统冻结机制对寒区铁路隧道冻害研究的重要性和必要性。梳理寒区铁路隧道抗防冻技术的发展历程，从“治水”和“控温”角度分析抗防冻技术基本原理，剖析我国寒区铁路隧道结构保温设计和防排水系统防冻设计技术现状，提出隧道冻害防治新技术、新工艺和新材料的发展思路和建议。
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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。
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。
寒区隧道衬砌背后空洞中的积水在低温条件下冻结会产生局部冻胀力。假设隧道衬砌背后空洞为半椭圆形空间，将冻胀过程中围岩-冰体-衬砌间的相互作用简化为串联弹簧，推导半椭圆形积水空间局部冻胀力解析解，建立三维数值模型验证了该解析解的有效性。进一步研究局部积水冻胀力和围岩级别、衬砌刚度、积水深度、冻胀率的关系，分析冻胀位置对衬砌结构力学特征的影响。结果表明：寒区隧道局部积水冻胀力与围岩级别负相关，与衬砌刚性、积水深度、冻胀率均正相关。各因素对冻胀力的影响程度为：积水深度>衬砌刚度>围岩级别>冻胀率。积水冻胀对衬砌结构的影响主要发生在冰体和衬砌接触区域，导致隧道向内侧收敛变形。当积水空间位于仰拱处时衬砌主应力最大，位于拱脚处时衬砌主应力最小。在局部冻胀作用下衬砌结构弯矩和轴力出现突变，表现为临空侧受拉区衬砌的弯矩增大、轴力减小，围岩侧受拉区衬砌的弯矩减小，轴力减小。衬砌不同部位的刚度差异导致冻胀力对结构安全产生不同的影响。冻胀位置对结构安全影响程度为：拱顶>仰拱>拱肩>拱脚>墙脚。