寒区隧道施工阶段围岩温度场分布规律分析

陶莎

（岑溪市墙体材料改革和建筑节能站，广西 岑溪 543200）

1 概述

本案寒区公路隧道全长5180m，进出口设计高程4113.15m-4069.99m，为高海拔寒区特长单洞双向公路隧道，该隧道按二级公路标准设计，设计行车速度60km/h，预测2030 年年平均日交通量6296pcu/d。隧道洞口段结合地形、地址情况分别设置长度不等的明洞，衬砌采用钢筋混凝土结构，暗洞按新奥法原理设计和施工，支护体系结构均为符合是衬砌。为保护隧道衬砌不受冻胀破坏设计使用土工布（400g/m2）加EVA 防水板（厚1.2mm），防水板幅宽4-6m，施工缝、沉降缝出全部设置中埋式橡胶止水带，衬砌混凝土添加WG-高效复合防水剂以达到防排水目的。在隧道洞身全长范围的初衬和二衬之间设置F13-1 型PU聚氨酯硬质泡沫塑料保温板等保温措施。

2 科研断面测点布设

围岩温度监测断面随隧道开挖进度布设，监测采用JTM-T400 温度传感器，埋设前用直径60mm 钻头钻孔，孔深约4m，钻孔后塞入锚固剂将监测探杆塞入并封住孔口。温度传感器分别在保温层内外测以及围岩布设，在保温层内外分别布设测点1#、2#，在隧道断面岩层径向0 m、0.25 m、0.5 m、0.75m、1 m、1.5m、2m、2.5 m 、3m、3.5m、4m 岩体（测点编号依次为3#-13#）布设温度传感器，作为围岩温度场分析监测点，图1。

图1 围岩温度监测断面测点布置

3 隧道围岩温度场分布规律

3.1 隧道洞内气温监测

所在地域3、4 月气温温差较大，3 月出口洞外最高气温6.1℃，最低气温-17℃，最大风速5.5m/s，风向E/N，进口处最高气温8℃，最低气温-15.5℃，最大风速5.6m/s，风向E。3 月出口洞外最高气温7.6℃，最低气温-5.3℃，最大风速5.5m/s，风向E/N，进口处最高气温9.5℃，最低气温-9.2℃，最大风速6m/s，风向E/N。3、4 月隧洞进、出口纵向温度分布规律如图2 所示。

图2 3、4 月隧洞进、出口纵向温度分布规律

随隧道纵深的增加，进出口洞内平均气温也逐渐递增，出口洞口处平均温度为-0.6℃，日温度变化幅度为2℃；距离洞口100m 处平均温度为4.2℃，日温度变化幅度为0.4℃；距离洞口300m 处平均温度为4.9℃，日温度变化幅度为0.1℃，距离洞口400m 处平均温度为6℃，日温度变化幅度为0℃。进口洞口处平均温度为2℃，日温度变化幅度为2.1℃；距离洞口100m 处平均温度为5.1℃，日温度变化幅度为0.6℃，距离洞口400m 处平均温度为8℃，日温度变化幅度为0.6℃，洞内气温随深度增加逐渐区域稳定。

3.2 温度场分布规律分析

考虑到隧道所在地域3、4 月份气温温差较大，本案中分别于隧道出口和进口处设置科研监测9#断面和2#断面，并采用温度传感器监测洞内3、4 月份科研断面温度数据进行数据统计分析，分别得到9#断面和2#断面在不同测点温度随时间变化分布规律曲线，如图3、图4 所示。

图3 出口断面（9#断面）不同测点温度随时间变化分布曲线

图4 进口断面（2#断面）不同测点温度随时间变化分布曲线

由图3 可知，9#断面围岩温度在呈逐渐下降的趋势，测点11、12、13 围岩温度基本趋于稳定，且测点间温差在0.1-0.2℃之间，故深入围岩2.5m 之后，围岩温度受外界影响较小，洞内温度对围岩温度影响在2.5m 左右。隧道3 月份施工靠近掌子面，由于施工因素对围岩温度有一定影响，3 月份围岩温度变化较大，温度变化曲线整体呈现下降趋势。进入4 月份之后此断面逐渐远离掌子面，围岩温度趋于稳定。

由图4 可知，2#断面测点7#-13#围岩温度基本趋于稳定，但测点7#-10#围岩温度4 月中旬有较小的波动，保温板前后测点1 与测点2 温度差在0.3-0.4℃之间，即保温板保温效果明显。隧道施工于3 月20 日进行浇注二衬混凝土的施工，温度曲线围岩3 月下旬围岩稳定有升高的趋势，4 月下旬趋于平稳，分析认为主要原因是3 月下旬二衬施工由于水泥的水化热的影响引起温度上升，进入4 月下旬，二衬稳定后，围岩温度逐渐稳定。

4 结论

严寒地区公路隧道施工阶段会由于冷空气对流作用，使得隧道洞内热量流失，引发的围岩冻结问题，隧道进出口设置防寒保温可有效阻断或减缓冷空气对流，在温度较低时阻断冷空气侵入从而减少内外温差导致的隧道内排水设施冻结问题。本文以温差较大的3、4 月温度场监测数据进行整合，通过围岩温度监测分析，结果表明：洞内气温对围岩温度有一定影响，进口1.5m 范围内围岩温度受环境影响波动较大，出口洞内气温对围岩的影响在1m 左右，其余绝大部分隧道位置处的围岩温度处在8 ℃～11 ℃范围内，保温板保温效果基本在0.5℃以内。由于冷空气进入隧道后与衬砌发生强烈的热交换，进出口段岩温明显降低，距进出口段较近处围岩易发生冻结，进出口段应施作防冻保温措施。