昆仑山隧道施工期间围岩冻融圈的初步研究

结合青藏铁路昆仑山隧道的设计、施工及科研情况，参考昆仑山隧道施工期间的气温、地温测试资料，对多年冻土隧道冻融圈的大小、变化规律进行了初步的研究分析。     

昆仑山隧道冻融特征分析

从分析昆仑山隧道渗漏水地形特征入手,得出沟谷地形是多年冻土隧道渗漏水的原因,重新定义移动边界概念,提出产生移动边界特征的充要条件,为进一步认识多年冻土提供了理论依据。引入移动边界计算模型,分析了计算参数的取值原则,采用有限元技术,利用该模型计算和预测冻土的融化深度,并将计算结果与工程实际进行比较,最后得出昆仑山隧道冻融区的变化规律,为隧道病害治理提供了可靠途径。     

大坂山隧道围岩冻融损伤的CT分析

为了研究大坂山隧道围岩的抗冻特性,将采自隧道Ｋ１０６＋４００截面处的岩样加工成２４块样品,样品的高度和直径均为５０ｍｍ。将样品分成４组,每组６个样品。根据《公路工程石料试验规程》中的岩石抗冻融,试样冻融后的抗压强度分别为７７．７１,６８．９５,６３．７７和５０．７７ＭＰａ,实验结果表明,该隧道围岩抗冻性能良好,不会由于冻融产生过快的风化,力学性能较稳定。此外,还利用对冻融产 试样进行了检测,检测结     

祁连山区大坂山隧道围岩的冻融状况分析

通过对严守地区隧道现场基本气象条件的分析,建立了隧道内空气与围岩对流换热及固体导热的综合模型;在隧道内空气以紊流为主的情况下,分析预报了祁连山区大坂山隧道开通运营后洞内温度及围岩冻结、融化状况,并与在隧道内空气以层流为主的情况下的已有结论进行比较。     

昆仑山隧道浅埋段地温特征分析

多年冻土区昆仑山隧道浅埋段出现渗漏水后,浅埋段的地温特征成为治理病害的重要依据之一。根据2004年3～5月份的地质观测资料,分析浅埋段的地温特征,并采用数值模拟技术,追溯隧道工程施工前的地温状态,从而得出该隧道浅埋段2#冲沟存在一个未被冻结的通道;隧道工程对周边地温产生较大影响;最大冻结深度约10 m,最大融化深度不超过4 m。     

昆仑山隧道沟谷融区发育特征分析

利用多年冻土区昆仑山隧道2#冲沟帷幕注浆的机会,将注浆孔当作测试孔,测试每个孔的水位和孔温。通过测试孔水位、孔温和注浆量变化分析,判断2#冲沟融区发育特征,得出2#冲沟沟底的融化深度远大于通常的冻土上限;阳坡地温高于阴坡地温;在2#冲沟段,昆仑山隧道中心线左右至少7m范围内为融化区,融区深度在隧底25m以下;阳坡地层的孔隙率高于阴坡孔隙率,沟底岩层与地表有较为畅通的地下水流通道,沟底地下水渗流通道明显优于两侧山坡,沟心纵断面位置附近存在至少一条未被冻结的地下水通道,且该通道的埋置深度至少可达1730m,为昆仑山隧道渗漏水病害治理提供依据。     

青藏铁路隧道浅埋多年冻土区冻融特征分析

本文根据一个寒季末的地温观测资料，分析了昆仑山隧道的一个多年冻土沟谷地形的地温特征。采用数值模拟技术，模拟该沟谷地形地温变化情况，认为该区沟谷的冻融特征不同于非沟谷地形，其融化深度远大于该区的冻土上限，从而得出该冲沟存在一个未被冻结的通道；隧道工程对周边地温产生较大影响；最大冻结深度约10,受气温影响的最大融化深度不超过4m,本研究为再认识多年冻土区沟谷地形的冻融特征提供了一条途径。     

高原多年冻土隧道施工温度场控制的主要因素

施工温度场的控制对于多年冻土隧道的施工有着重要的意义. 结合青藏铁路昆仑山、风火山隧道的设计与施工, 通过对施工过程中环境温度的测试, 综合分析冻土稳定、混凝土施工、施工人员及施工机械等各方面的因素对施工环境温度的要求, 提出了适合于青藏铁路高原多年冻土隧道的施工环境温度控制范围.     

隧道围岩松动圈的现场测试与理论分析

围岩松动圈是制定隧道支护措施和整体稳定性评价的重要参数和依据,如何快速准确地确定松动圈范围已备受关注。以张-石（张家口至石家庄）高速公路上的多条隧道工程为背景,采用声波探测和理论计算相结合的方法,对不同埋深、围岩等级条件下的隧道松动圈进行了研究。基于D-P准则推导了围岩应力松动圈的弹塑性理论和损伤理论计算方法,其计算结果均小于单孔声波法测试结果,但两者变化规律类似。由于考虑了岩体的峰后软化特性,损伤理论分析法计算结果比弹塑性理论更加接近于实测值,运用损伤理论对围岩（特别是低级别围岩）松动圈进行预测是可行的,研究结果对其他类似工程具有借鉴作用。     

昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工技术

介绍了高原多年冻土世界第一长隧道——昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层的设计特点, 通过材料性能优选和工艺试验, 选定了适宜于高原多年冻土隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工的材料, 并制定科学、合理的施工方法和工艺, 确保昆仑山隧道工程质量.     

青藏铁路昆仑山隧道工程地质条件

主要论述了昆仑山隧道这一高原冻土隧道的工程地质条件, 特别就隧道区多年冻土的认识及具体的工作方法、古冰川作用及冰锥的分布及其成因和隧道山体地下水情况分析等做了较为详尽的描述, 为隧道设计、施工提供了科学的地质依据及工程措施意见.     

昆仑山多年冻土隧道施工温度影响分析

青藏铁路昆仑山隧道现场实测气温和地温资料表明，施工期间隧道衬砌现浇混凝土水化热、冬季施工采取的保温措施以及其它人为活动，造成了该隧道围岩的多年冻土融化较多．考虑水分迁移和冰水相变耦合影响，根据瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程和质量迁移方程，应用伽辽金法推导出了有限元计算公式，在ANSYS计算软件的工作平台上开发了计算软件，运用该计算软件对昆仑山隧道施工期间的融化进行了回冻预测分析，结果表明：保温材料对昆仑山隧道的回冻起着阻碍作用．在现场观测寒区隧道围岩的温度和应力时，必须考虑施工期间的融化圈的影响，而观测时间要长一些，否则，测量的温度和应力与隧道稳定后的温度和应力将有较大的差异。     

深部隧洞掘进开挖瞬时卸荷动态破坏研究

瞬时卸荷是岩体开挖形成的瞬时岩体应力释放和调整。针对高应力区隧洞岩体开挖瞬时卸荷过程,通过能量守恒推导出了瞬时卸荷位移公式;基于Kachanov准则对构件的脆性破坏理论推导出隧洞侧壁围岩卸荷的初始破裂时间和完全破裂时间,并得出完全破裂时间等于岩体开挖卸荷完成时间;通过锦屏二级水电站某隧洞瞬时卸荷分析得出岩体在开挖瞬时卸荷条件下会产生岩爆,并且卸荷岩体的初始破裂时间较完全破裂时间短,但破裂却已很明显。     

隔热保温技术在多年冻土隧道中的应用

结合青藏铁路多年冻土隧道的设计, 通过对多年冻土特殊性、寒区隧道病害及冻胀机理的分析, 提出了多年冻土隧道设计中应用隔热保温技术的思路.     

非定常边界多年冻土活动层温度的积分渐近计算

对微分形式的热传导方程进行积分变换,将其转变成等价的积分形式的热传导方程式,然后应用渐近序列方法于非定常边界条件下存在相变的多年冻土活动层的温度计算中,提出新的多年冻土活动层温度解析近似计算公式.尽管渐近序列不是收敛的级数,但当级数变量趋向某个值时,只需取渐近序列前几项既可以获得某种极限条件下具有相当精度的近似解.计算模式采用随时间变化函数的非定常边界条件,改进了定常边值条件的冻土相变温度计算的Stefan公式,退化到定值条件下渐近解和Stefan公式有相同的计算结果.     

昆仑山垭口地区的冰期系列

通过对昆仑山垭口地区冰碛和其它沉积物的野外调查及室内分析,并在运用条件年代学手段测定沉积物绝对年代的基础上,建立了垭口地区第四纪以来的冰期系列,即望昆冰期,垭口冰期,玉珠峰冰期,晚冰期,新冰期和小冰期,本区迄今未发现早更新世冰期。     

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO2浓度分布特征

2005年1~5月在青藏高原北麓河附近的高寒干草原、高寒草甸和高寒草原3种典型草地上进行了不同深度土壤气体采样和CO₂浓度分析.结果表明:土壤剖面的土壤气体CO₂浓度呈现出上低下高的分布特征.在动态变化上,土壤中CO₂浓度在多年冻土活动层春季升温过程中出现一个峰值,经过短暂的降低后随夏季融化过程开始而升高.土壤剖面CO₂浓度与土壤有机碳、重组有机碳、轻组有机碳、水溶性有机碳、植物残体有机碳、微生物碳贮量和土壤温度呈明显的相关关系,在100 cm以上深度与土壤水分呈负相关关系.在整个观测期间,高寒干草原、高寒草原和高寒草甸植被下3种土壤剖面土壤气体CO₂浓度变化范围分别为1 052~3 050 mL·m^-3、3 425~39 144 mL·m^-3和984~12250 mL·m^-3,高于我国塿土CO₂浓度变化范围,也远远高于青藏高原五道梁地区高寒草原土壤气体CO₂浓度变化范围.石灰简育寒冻雏形土和石灰寒冻砂质新成土CO₂浓度变化范围低于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围;石灰草毡寒冻雏形土CO₂浓度变化范围明显高于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围.活动层冻结期,土壤CO₂的闭蓄作蓄作用比较明显.由于微地形导致土壤水分条件的差异,夏季融化过程各观测点土壤CO₂浓度开始升高时间存在差异.     

青藏高原多年冻土钻孔旁压试验研究

In-situ borehole pressuremeter tests were conducted to investigate the mechanical behaviors of permafrost along the Qinghai-Tibet Highway, and the test data were analyzed. The test results show that the short-term strength parameters of several types of frozen soils are linearly related to water content and soil temperature.     

地表能量变化对多年冻土活动层融化过程的影响

利用青藏高原北部唐古拉综合观测场2006-2008年辐射平衡及活动层温度观测资料,分析了高原北部地表能量变化对活动层融化过程的影响.结果显示：该地地表能量具有明显的季节变化特征,总辐射、净辐射、土壤热通量及地面热源强度6-7月最大,11-12月最小;研究时段土壤热通量年平均值0.12MJ.m-2.d-1,活动层土壤以吸...