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寒区隧道衬砌结构冻胀破坏规律研究
摘要
为了保证寒区隧道的安全运营，研究隧道衬砌结构在冻胀条件下的破坏规律具有重要意义。本文针对寒区隧道衬砌结构在冻胀条件下的破坏规律进行了深入研究。首先，介绍了寒区隧道衬砌结构的特点，包括材料选择、结构形式等方面；其次，分析了冻胀破坏的机理，包括冻胀力的作用、温度和水分等因素的影响；然后，以一条真实的寒区隧道为例，模拟了衬砌结构在冻胀条件下的破坏过程，并对其进行了分析。最后，提出了减缓衬砌结构冻胀破坏的对策与建议。
关键词：寒区隧道；衬砌结构；冻胀；破坏规律；对策
Abstract
Inordertoensurethesafeoperationofcoldregiontunnels,itisofgreatsignificancetostudythefailuremechanismofliningstructureunderfreeze-thawconditions.Thispaperdeeplystudiedthefailuremechanismofliningstructureincoldregiontunnelsunderfreeze-thawconditions.Firstly,thecharacteristicsofliningstructureincoldregiontunnelswereintroduced,includingmaterialselection,structuralform,etc.Secondly,themechanismoffreeze-thawdamagewasanalyzed,includingtheeffectoffreeze-thawforce,temperatureandwatercontent.Then,takingarealcoldregiontunnelasanexample,thefailureprocessofliningstructureunderfreeze-thawconditionswassimulatedandanalyzed.Finally,countermeasuresandsuggestionsforreducingfreeze-thawdamageofliningstructurewereproposed.
Keywords:coldregiontunnel;liningstructure;freeze-thaw;failuremechanism;countermeasures
一、引言
对于寒区隧道，温度下降较大，雨雪天气较为频繁，地下水渗漏等问题较为突出。寒区地区的道路、隧道等基础设施受冻胀损坏往往较多，使道路显得不平整、路面上起凹凸不平等问题严重威胁着交通运输安全。所以，研究隧道衬砌结构在冻胀条件下的破坏规律显得十分必要。
二、寒区隧道衬砌结构特点
1.材料选择
隧道衬砌结构的材料需具备良好的抗冻胀性、耐酸碱性和耐磨性等特性，而且不受温度影响大，同时材料的选择也要考虑到经济成本因素。
2.结构形式
寒区隧道衬砌结构的形式通常采用双曲面、矩形或梯形结构等，其形式多样，但均需要保证结构牢固，且不对环境和道路交通产生影响。
三、冻胀破坏机理分析
1.冻胀力的作用
当水或潮气渗透到隧道内壁时，在温度低于0℃的情况下会发生冻结，形成冻膜，温度下降时冻膜会膨胀，产生冻胀力，导致隧道衬砌结构的破坏。
2.温度和水分
在寒区地区，温度会下降到很低，加之地下水渗出，若不引排及时，水分在冻结时会产生冻胀力，从而增加隧道衬砌结构的破坏风险，这也是冻胀破坏机理中十分重要的两个因素。
四、模拟分析实例
以某寒区隧道为例，利用数学模型对隧道衬砌结构在冻胀条件下的破坏进行模拟分析，通过分析发现，衬砌结构在冻胀过程中，受到了明显的内力作用，并出现了裂纹和剥落现象。
五、减缓破坏的对策
1.保证隧道排水
及时清理隧道内的积水，并对隧道排水管道进行维护和更新，确保排水通畅，减少水分对隧道衬砌结构的损害。
2.改善衬砌结构的材料和形式
选用抗冻、耐酸碱破坏等高性能的材料，并优化设计隧道衬砌结构的形式，以增加结构的稳定性和承载能力，从而减少破坏风险。
...
最后，总结本文的论点，认为寒区隧道衬砌结构在冻胀条件下的破坏是由于冻胀力、温度和水分等因素共同作用的结果，减缓破坏的对策有保证隧道排水和改善衬砌结构的材料和形式等。本文的研究成果可以为寒区隧道的建设和运营提供一定的理论支持和实践指导。