寒区隧道普遍受到冻融作用影响，易发生沿着混凝土衬砌结构与围岩界面损伤与脱黏现象，严重影响隧道工程施工质量与安全运营。为提升隧道围岩–喷层界面黏结强度与抗冻性能，将围岩–喷层界面简化为岩石–混凝土二元体，研制适用于提升围岩–喷层界面黏结性与抗冻性的水泥基界面剂，并开展水泥基界面剂喷涂前后的砂岩–混凝土界面黏结强度及抗冻性能对比试验。试验结果表明：(1)冻融作用产生的岩石–混凝土界面中与硅氧四面体平行的主链破裂，是导致岩石–混凝土界面黏结性能降低的核心原因；(2)通过试验适配研制，提出适用于提升寒区隧道喷层界面黏结性与抗冻性的水泥基界面剂最优配合比为∶水泥∶水∶硅微粉∶硅烷偶联剂∶高分子胶凝材料(水性丙烯酸酯腹膜胶+竹材液化酚醛树脂)=10∶4.4∶0.8∶0.2∶1∶0.5;(3)因水泥基界面剂的高分子水化作用，喷层界面产生的“树根桩”效应扩大了岩石与混凝土接触面的栓堵程度，同时，硅烷偶联剂的化学键合作用提升了界面间的机械咬合力，二者耦合增强作用提高岩石–混凝土界面的黏结剪切强度和劈裂强度。通过对比试验发现，在冻融30次后，采用水泥基界面剂处理后，岩石–混凝土界面剪切强度较未处理试样可提...

为了科学地预测、控制、避免衬砌崩落灾害的发生，研究隧道衬砌结构崩落特征及主要诱发因素，找出衬砌崩落的潜在规律和关键性诱因，对35座衬砌崩落隧道案例信息进行归纳整理，统计分析了衬砌崩落时间、空间位置、地层岩性、二次衬砌材料的特征及规律。根据诱因数量，诱因类别以及每种诱因类别中各个诱因的占比情况，归纳总结了隧道衬砌崩落的主要诱发因素，分析了隧道衬砌崩落诱发因素的特征。结果表明：50%的衬砌崩落发生在隧道建成后10 a内，90%的衬砌崩落发生在隧道建成后40 a内；衬砌崩落主要发生在雨季和低温期，拱顶是预防衬砌崩落发生的主要位置；衬砌崩落多发生在围岩较为软岩的地层中，以及地下水丰富的硬岩地层；二次衬砌材料为素混凝土的隧道更容易发生衬砌崩落灾害；衬砌崩落诱发因素分为结构因素类和外部环境类2类，结构因素类诱因包括混凝土材料耐久性、质量缺陷和结构病害，外部环境类诱因包括围岩冻胀、围岩膨胀、高地应力、衬砌背后水压、滑塌、溶洞落石、地震和列车振动；衬砌崩落灾害主要是单一诱发因素引起，单一诱发因素中外部环境是主要诱因类别；结构因素中质量缺陷占比最大，其次是结构病害；外部环境因素中衬砌背后水压、围岩膨胀和...

处于高寒高海拔地区的浅埋隧道，由于冻土退化形成水(泥)囊，使得砂砾层被地下水不断侵入，导致隧道塌方，而采用普通的维护方案难以有效地进行风险控制。为解决这个问题，以景阳岭隧道出口浅埋段塌方事故为例，提出了“抗滑桩+冠梁”围护结构的处治方案，采用现场监测、有限元模拟等方法对该方案进行了验证与效果评价。还原围护结构施工的部分工序时，把模拟值与对应的现场实测值进行了对比。结果表明：结合地勘资料、超前地质探测报告及现场实际工况，认为围岩条件差、施工干扰是导致景阳岭隧道发生塌方的主要原因；模拟结果与实测结果吻合，表明数值模拟合理，具有对实际工程的可参考性；在增设抗滑桩+冠梁的施工方案后，初支结构的拱顶下沉、拱腰和拱脚的收敛分别为8.9,3,3.1 mm,原塌方轮廓线内的围岩变形最大值也不超过0.18 m,变形均符合设计规范的要求；初支结构受到的最大拉应力位于拱顶，为1.61 MPa,最大压应力位于拱腰，为2.75 MPa,受力均满足设计规范要求；初支结构的拱顶下沉、拱腰和拱脚的收敛分别为5.9,4.3,4.3 mm,最大变化速率0.1 mm/d,均满足原设计要求，表明该方案在实际工程中的治理效果良...

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律，开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式，模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测，以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法，建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征，对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析，进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似，表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0～20%之间，所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0～60%范围和...

针对寒区隧道围岩冻融损伤问题，文章以辽宁某在建隧道为工程背景，采用核磁共振和声波检测技术对不同冻融循环次数后的隧道围岩（砂岩）进行检测试验，同时对检测后的试样还进行了单轴加载试验，分析了冻融作用对隧道围岩加载前后的损伤劣化机制。结果表明：随着冻融循环次数的逐渐增加，试样的T2谱总面积逐渐增大，核磁共振T2谱信号逐渐增强，小孔隙T2谱面积占比逐渐提升，试样的纵波波速逐渐减小，应力-应变曲线的压密阶段和塑性屈服阶段在整个加载曲线中的占比逐渐增大，峰值强度、弹性模量均呈之间递减变化趋势，抗压强度、弹性模量均随T2谱面积的增大逐渐减小，随纵波波速的增大逐渐增大。

为了研究寒区裂隙冻岩隧道冻胀力并建立合理的计算模型,以川藏公路雀儿山隧道为工程依托,组合利用水压力计、土压力盒和多点铂电阻温度传感器进行冻胀力原位测试,考虑静水压力,提出了裂隙成环贯通原位冻胀时的隧道宏观冻胀力理论模型,并将计算结果与原位测试结果进行了比较分析。研究结果表明:现场原位测试方法考虑了岩-水-冰在冻结过程中随时间和温度的变化特征,避免了对裂隙岩石细观结构模型的讨论,方案合理且易于实施;裂隙岩石冻结前水压力随径向深度增加而线性减小,径向1.5～2m围岩内裂隙水挤出形成急剧增压区间,靠近结构处水压力降到最低;原位测试得到冻胀压力0.615～3.355MPa,空间分布以拱顶处最小,拱腰处最大,冻胀力模型计算得到的冻胀压力约0.46MPa,去除水压力,裂隙成环贯通宏观冻胀力理论模型计算结果接近于工程实际。

季节性寒区隧道温度场随时间和空间不断变化,为明确季节性寒区隧道温度场的三维时空变化规律,为季节性寒区隧道防冻保温设计提供依据,依托某季节性寒区公路隧道设计了现场监测方案,在隧道洞口段一定范围内布置了5个环境温度场测试断面和2个围岩温度场测试断面,采用现场监测方法获取了隧道洞内环境温度场和围岩温度场随时间和空间的变化规律,在此基础上分别建立环境温度场和围岩温度场时空分布的统计模型,并推导了围岩冻结深度随时间和空间的变化规律。结果表明:隧道环境温度与时间和隧道进深具有三维变化关系,同一个监测断面温度与时间呈正弦函数变化,多个断面平均温度随着隧道进深呈近似线性变化,多个断面的温度振幅随隧道进深呈对数函数变化;隧道围岩径向温度与时间、隧道进深和围岩径向深度3个指标均有关系,同一断面围岩温度随时间也具有正弦变化特征,围岩温度幅值随围岩径向深度增大呈指数规律降低,达到一定深度后温度幅值为零,围岩平均温度呈对数规律变化;围岩冻结深度随时间呈周期性变化,随隧道进深增加呈减小趋势。研究结果可为季节性寒区隧道防冻保温设计提供指导。

为形成多年冻土区隧道动态信息反馈施工控制技术,主要研究了隧道施工冻融圈响应规律与控制要点。结果表明:喷射混凝土前,由洞内至围岩围岩内部,其温度逐渐下降。同一深度处围岩温度又会随时间缓慢增长;喷射混凝土后,尽管围岩越深部其温度逐渐降低,但浇筑混凝土产生的水化热对整个围岩温度场影响显著,总体来看,距离洞壁深度与水化热效果影响成反比,当深度超过2m,围岩受水化热作用轻微。喷射混凝土越晚,同一深度处围岩温度越高,冻融圈深度越大。

为明确冻土隧道超前支护适应性,主要进行了冻土段超前小导管和管棚的加固效果研究。结果表明:超前管棚和超前小导管应用于高温多年冻土段时,热扰动产生融化圈,在注浆加固范围以外形成热融弱化区,影响其加固效果。根据融化圈的影响深度,双层超前小导管对围岩温度场的扰动是管棚的3～4.5倍。管棚施工中,采用自进式跟管钻进工艺,可有效防止热融塌孔,显著提高孔效率。

季节性冻土由内含冰的土壤、岩石构成,该地质结构受季节影响极为严重,在冬季时地层坚硬,在夏季时冻土会变成沼泽,造成地面沉降、凹陷等现象,使施工建设无法顺利进行,还会毁坏地基,影响工程建设安全性、稳定性。近年来,随着我国高铁在东北地区的全面布局,隧道穿越季节性冻土地带,如何解决冻融问题,保证隧道防冻结构的问题,逐步显现。依照吉图珲铁路客专项目隧道施工技术,研究季节性冻土地区隧道工程防冻结构,以期为季节性冻土隧道工程的建设施工综合能力提供依据。