寒區隧道施工階段圍巖溫度場分布規律分析

陶莎

（岑溪市墻體材料改革和建筑節能站，廣西 岑溪 543200）

1 概述

本案寒區公路隧道全長5180m，進出口設計高程4113.15m-4069.99m，為高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道，該隧道按二級公路標準設計，設計行車速度60km/h，預測2030 年年平均日交通量6296pcu/d。隧道洞口段結合地形、地址情況分別設置長度不等的明洞，襯砌采用鋼筋混凝土結構，暗洞按新奧法原理設計和施工，支護體系結構均為符合是襯砌。為保護隧道襯砌不受凍脹破壞設計使用土工布（400g/m2）加EVA 防水板（厚1.2mm），防水板幅寬4-6m，施工縫、沉降縫出全部設置中埋式橡膠止水帶，襯砌混凝土添加WG-高效復合防水劑以達到防排水目的。在隧道洞身全長范圍的初襯和二襯之間設置F13-1 型PU聚氨酯硬質泡沫塑料保溫板等保溫措施。

2 科研斷面測點布設

圍巖溫度監測斷面隨隧道開挖進度布設，監測采用JTM-T400 溫度傳感器，埋設前用直徑60mm 鉆頭鉆孔，孔深約4m，鉆孔后塞入錨固劑將監測探桿塞入并封住孔口。溫度傳感器分別在保溫層內外測以及圍巖布設，在保溫層內外分別布設測點1#、2#，在隧道斷面巖層徑向0 m、0.25 m、0.5 m、0.75m、1 m、1.5m、2m、2.5 m 、3m、3.5m、4m 巖體（測點編號依次為3#-13#）布設溫度傳感器，作為圍巖溫度場分析監測點，圖1。

圖1 圍巖溫度監測斷面測點布置

3 隧道圍巖溫度場分布規律

3.1 隧道洞內氣溫監測

所在地域3、4 月氣溫溫差較大，3 月出口洞外最高氣溫6.1℃，最低氣溫-17℃，最大風速5.5m/s，風向E/N，進口處最高氣溫8℃，最低氣溫-15.5℃，最大風速5.6m/s，風向E。3 月出口洞外最高氣溫7.6℃，最低氣溫-5.3℃，最大風速5.5m/s，風向E/N，進口處最高氣溫9.5℃，最低氣溫-9.2℃，最大風速6m/s，風向E/N。3、4 月隧洞進、出口縱向溫度分布規律如圖2 所示。

圖2 3、4 月隧洞進、出口縱向溫度分布規律

隨隧道縱深的增加，進出口洞內平均氣溫也逐漸遞增，出口洞口處平均溫度為-0.6℃，日溫度變化幅度為2℃；距離洞口100m 處平均溫度為4.2℃，日溫度變化幅度為0.4℃；距離洞口300m 處平均溫度為4.9℃，日溫度變化幅度為0.1℃，距離洞口400m 處平均溫度為6℃，日溫度變化幅度為0℃。進口洞口處平均溫度為2℃，日溫度變化幅度為2.1℃；距離洞口100m 處平均溫度為5.1℃，日溫度變化幅度為0.6℃，距離洞口400m 處平均溫度為8℃，日溫度變化幅度為0.6℃，洞內氣溫隨深度增加逐漸區域穩定。

3.2 溫度場分布規律分析

考慮到隧道所在地域3、4 月份氣溫溫差較大，本案中分別于隧道出口和進口處設置科研監測9#斷面和2#斷面，并采用溫度傳感器監測洞內3、4 月份科研斷面溫度數據進行數據統計分析，分別得到9#斷面和2#斷面在不同測點溫度隨時間變化分布規律曲線，如圖3、圖4 所示。

圖3 出口斷面（9#斷面）不同測點溫度隨時間變化分布曲線

圖4 進口斷面（2#斷面）不同測點溫度隨時間變化分布曲線

由圖3 可知，9#斷面圍巖溫度在呈逐漸下降的趨勢，測點11、12、13 圍巖溫度基本趨于穩定，且測點間溫差在0.1-0.2℃之間，故深入圍巖2.5m 之后，圍巖溫度受外界影響較小，洞內溫度對圍巖溫度影響在2.5m 左右。隧道3 月份施工靠近掌子面，由于施工因素對圍巖溫度有一定影響，3 月份圍巖溫度變化較大，溫度變化曲線整體呈現下降趨勢。進入4 月份之后此斷面逐漸遠離掌子面，圍巖溫度趨于穩定。

由圖4 可知，2#斷面測點7#-13#圍巖溫度基本趨于穩定，但測點7#-10#圍巖溫度4 月中旬有較小的波動，保溫板前后測點1 與測點2 溫度差在0.3-0.4℃之間，即保溫板保溫效果明顯。隧道施工于3 月20 日進行澆注二襯混凝土的施工，溫度曲線圍巖3 月下旬圍巖穩定有升高的趨勢，4 月下旬趨于平穩，分析認為主要原因是3 月下旬二襯施工由于水泥的水化熱的影響引起溫度上升，進入4 月下旬，二襯穩定后，圍巖溫度逐漸穩定。

4 結論

嚴寒地區公路隧道施工階段會由于冷空氣對流作用，使得隧道洞內熱量流失，引發的圍巖凍結問題，隧道進出口設置防寒保溫可有效阻斷或減緩冷空氣對流，在溫度較低時阻斷冷空氣侵入從而減少內外溫差導致的隧道內排水設施凍結問題。本文以溫差較大的3、4 月溫度場監測數據進行整合，通過圍巖溫度監測分析，結果表明：洞內氣溫對圍巖溫度有一定影響，進口1.5m 范圍內圍巖溫度受環境影響波動較大，出口洞內氣溫對圍巖的影響在1m 左右，其余絕大部分隧道位置處的圍巖溫度處在8 ℃～11 ℃范圍內，保溫板保溫效果基本在0.5℃以內。由于冷空氣進入隧道后與襯砌發生強烈的熱交換，進出口段巖溫明顯降低，距進出口段較近處圍巖易發生凍結，進出口段應施作防凍保溫措施。