高原多年冻土隧道工程研究 内容简介
青藏铁路作为我国的重大基础工程受到了世界各国人民的普遍关注，其高原缺氧、多年冻土与恶劣的环境气候条件给青藏铁路的修建带来了很大的困难，而多年冻土问题更是青藏铁路修建的三大关键技术难题之一。青藏铁路格尔木至拉萨段，全长1118km，多年冻土区长度为632km，其中连续多年冻土区长度约550km、岛状不连续多年冻土区长度82km，全线海拔4000m以上地段约为965km。昆仑山隧道位于青藏高原海拔4642m以上的多年冻土区，是目前世界上在高原多年冻土层这一特殊围岩环境条件下修建的*长隧道工程。本书以铁道部多个重点科研项目和昆仑山隧道工程实际为依托，针对高原多年冻土隧道施工的工程实际难题，如多年冻土隧道围岩温度场的变化规律、喷射混凝土黏结强度、隧道通风温度场、高原供氧、机械设备的效率等施工的关键技术问题，从理论上进行了比较深入的研究，并将计算机数值模拟结果与室内模型试验、现场试验结果进行对比分析，获得了一些有益的成果。*后对昆仑山隧道渗漏水的来源、路径、水量进行了分析，提出了综合治理的方案。
本书可供隧道工程、冻土工程、水利工程等领域的科研人员参考，也可作为相关专业研究生与本科生的参考教材。
高原多年冻土隧道工程研究 目录
1 绪论
1.1 引言
1.1.1 冻土研究发展史
1.1.2 冻土工程研究进展
1.1.3 冻土工程病害研究
1.2 国内外高原多年冻土隧道研究现状
1.2.1 理论研究
1.2.2 隧道工程实践
1.2.3 冻土工程应用研究
2 昆仑山隧道工程概况
2.1 昆仑山隧道工程概况
2.1.1 工程概况
2.1.2 工程地质特征
2.1.3 水文地质特征
2.1.4 地应力状态分析
2.1.5 衬砌支护结构
2.1.6 防排水及保温措施
2.2 研究背景
2.2.1 多年冻土隧道开挖与衬砌的矛盾
2.2.2 昆仑山隧道渗漏水病害简介
2.3 昆仑山隧道工程相关测试
2.3.1 自然气温监测
2.3.2 施工环境温度监测
2.3.3 围岩收敛监测
2.3.4 衬砌内外温度监测
2.3.5 隧道内排水沟流量观测和连通试验
2.3.6 地温及水位测试
3 移动边界特征计算的理论与实际
3.1 移动边界概念
3.2 移动边界计算的理论基础
3.3 利用有限元求解移动边界的基本过程
3.4 移动边界特征计算模型
3.4.1 有限元模型
3.4.2 移动边界特征计算模型
3.5 计算结果分析
3.5.1 融化深度与网格精度的关系
3.5.2 融化深度与计算时间步长的关系
3.5.3 融化深度与临界阻力距离的关系
3.5.4 考虑与不考虑移动边界特征的计算结果比较分析
3.5.5 昆仑山隧道冲沟的融化特征
4 隧道围岩温度场研究
4.1 运用微分方程研究隧道围岩温度场
4.1.1 一般导热微分方程
4.1.2 围岩导热控制微分方程
4.1.3 边界条件
4.1.4 围岩导热控制微分方程的差分解法
4.1.5 围岩温度场计算程序及参数
4.1.6 毛洞计算及结果分析
4.1.7 初衬后围岩的温度场计算及结果分析
4.1.8 二衬后围岩的温度场计算及结果分析
4.1.9 洞内气温对围岩温度场的影响
4.1.10 原始地温对围岩温度场的影响
4.1.11 结果分析
4.2 隧道实测温度资料分析
4.2.1 温度数据处理
4.2.2 数据分析
4.3 运用隧道围岩温度场规律指导施工
4.3.1 控制围岩暴露时间
4.3.2 控制洞内空气温度
5 多年冻土隧道工程的开挖与衬砌
5.1 自然环境特征
5.2 施工环境特征
5.3 昆仑山隧道工程地质和水文地质特征
5.3.1 工程地质
5.3.2 水文地质特征
5.3.3 地应力状态分析
5.4 昆仑山隧道开挖仿真分析
5.5 瞬态传热分析
5.5.1 有限元模型
5.5.2 边界条件
5.5.3 参考点的选择
5.5.4 计算结果分析
5.6 施工控制与预测方法
5.6.1 围岩稳定评估子系统
5.6.2 局部崩塌评估子系统
5.6.3 实时监测子系统
6 施工温度场研究及通风、供氧技术
7 湿喷凝土支技及工艺试验研究
8 模筑衬砌混凝土及防水隔热层施工工艺
9 昆仑山隧道排水技术试验研究
附件A 昆仑山隧道渗漏水治理方案
参考文献
高原多年冻土隧道工程研究 节选
1 绪论
青藏铁路是中国政府在21世纪修建的重大基础工程项目之一，它的修建，不仅仅牵动了我国人民的心，而且由于高原气候恶劣、缺氧和多年冻土，使得全世界人民都对其比较关注。修建青藏铁路的三大难题——高寒缺氧、多年冻土和环境脆弱是青藏铁路修建成功与否的关键。昆仑山隧道是目前世界上在高原多年冻土中所修建的*长的高原冻土隧道，在修建过程中，所遇到的很多难题（如：隧道冻融圈、隧道冻融的压力、喷射混凝土支护等）均与高寒缺氧和多年冻土有关，经过施工单位、大专院校、科研院所的大力合作，在全体科研人员与施工人员的全力配合下，集中了我国科研人员的精兵强将，克服了许多困难，解决了许多关键技术难题，才使昆仑山隧道得以成功修建。
1.1 引言
多年冻土是修建昆仑山隧道的关键技术难题之一，青藏高原地区的多年冻土与一般低纬度的多年冻土相比又具有一些特殊性。冻土是指温度在0℃或0℃以下并含有冰的各种岩土和土壤，一般分为短时冻土、季节冻土和多年冻土三种类型。多年冻土的分布主要集中在高纬度地区，约占全球陆地面积的25％，前苏联和加拿大国土面积的50％被多年冻土覆盖，在美国阿拉斯加多年冻土高达其总面积的75％，中国国土面积的22％为多年冻土。季节冻土则遍布世界的各大洲和中国的大部分国土。
1.1.1 冻土研究发展史
冻土学作为一门独立的学科首先在前苏联得到发展，早在16世纪，文献中已出现了有关西伯利亚和北美有冻土存在的报道。M.B.罗蒙诺索夫曾发表“冻土地”的科学综述（1757年），对“冻土地”的形成及其气候、地形的关系等提出看法。19世纪前半期，已初步获得西伯利亚冻土层的温度、厚度、埋藏条件和分布情况的资料，著名的谢尔金探井（116m深度内）的冻土温度资料就在1925年测得。与此同时，有报道称北美哈得孙湾深处的岩石为永久冻结、埃什绍利茨湾沿岸有很厚的地下冰体。19世纪后半叶，西伯利亚工农业的发展、人口的大量迁移，特别是西伯利亚大铁路的建设极大地推动了冻土研究。应西伯利亚大铁路建设的需要，俄国地理协会制定并出版了《西伯利亚冻土研究指南》（1895年），出现了亚切夫斯基的《论西伯利亚的永久冻土》报告（1889年）、沃耶伊科夫的关于西伯利亚铁路沿线冻土的**篇综合报道（1889年），并出版了鲍格达诺夫的《永久冻土与永久冻土上的建筑物》（1912年）、利沃夫的《阿穆尔铁路西段在永久冻土条件下供水水源的普查与勘探》（1916年）等书。1917年后，冻土研究进入有计划、有目的的发展时期，并成立了冻土研究相关的科学机构。苏姆金的《苏联境内永久冻结土壤》专著出版（1927年），标志着冻土学已成为一门独立学科。《普通冻土学》（1940年）、《冻土学原理》（1959年）、《苏联冻土学》（1988年）等一系列专著，显示出冻土学在前苏联的发展达到较高的深度和广度（周幼吾等，2000）。
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