刘 萌 周有禄

(1.甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050； 2.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000)

我国寒区面积约417.4×104km2，占国土面积的43.5%，其中多年冻土面积约215×104km2，占国土面积的22.3%[1-2]。寒区分布有丰富的自然资源，为了有效开发和利用自然资源，需在寒区修建铁路和公路，而在建设过程中必然会遇到隧道。

在冰冻期内，寒区隧道出现了不同程度的病害(冻胀开裂、结冰等)，冻胀病害对衬砌结构造成影响，降低隧道使用寿命，而滴水形成浮冰对铁路运行构成极大安全威胁[3]。尤其在气温极低的高寒地区，冻害问题更是突出，严重威胁行车安全[4-5]。

目前，国内外学者对隧道建设进行大量研究，但对于高寒地区的隧道防冻害技术研究相对较少[6]。为研究高寒地区高标准铁路隧道建设中的冻胀及防治措施等问题，基于有限元软件构建寒区隧道冻胀模型，探讨围岩性质、含水率和衬砌弹性模量对冻胀力的影响，提出高寒地区隧道冻害防治原则，对冻害等级进行划分，并提出防治措施建设，为高寒地区的隧道建设提供参考。

1 工程概况

元山隧道位于军马一场西南方向的祁连山中高山区，平均海拔在3 000 m以上，最高海拔为3 292 m。隧道工程区主要为石炭系上统砂岩，山坡坡面分布有第四系粉土、细角砾土、粗角砾土等。地下水赋存类型主要为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水和构造裂隙水，与隧道关系较密切的为基岩裂隙水和构造裂隙水。具有春季多雪多风，夏季凉爽多雨，秋季温和暂短，冬季寒冷漫长的气候特点[7]。……