青藏高原是世界上最具代表性的高海拔多年冻土区，总面积约150万km2。多年冻土水热稳定性差，对气候和人类工程活动的响应十分剧烈，对外界温度、水分变化以及工程构筑物的尺度十分敏感。高原多年冻土区公路建设与其他地区的公路建设相比，最大差异在于工程坐落于多年冻土上（中），并以多年冻土作为构筑物的重要组成部分。特殊的气候和地质条件，使得高原多年冻土区大断面隧道工程建设一直被视为世界性难题。我国在20世纪90年代建成了青海大坂山隧道，21世纪初建成了四川鹧鸪山隧道，随后又建成了青海河卡山、青砂山等季节性冻土区公路隧道，以及位于多年冻土区的青藏铁路的昆仑山隧道和风火山隧道。这些隧道的建成，为冻土区隧道建设积累了丰富的经验。然而，已建成的铁路和公路隧道或全程穿越低温稳定多年冻土地层，或穿越季节性冻土地层，尚未涉及高温不稳定多年冻土或依次穿越多年冻土、季节性冻土和非冻土区段，且铁路隧道断面小，可供借鉴的经验有限。面对多年冻土的多样性以及气候变暖、冻土退化趋势，进行工程走廊内大跨度、大断面的高速公路隧道建设和开展各种类型冻融灾害防控，仍然缺乏成熟经验。针对国家重大工程需求和多年冻土区工程建设难题，交通运输部和科学技术部先后立项开展了青藏高寒多年冻土区隧道建设关键技术研究（项目编号： 20113184901070）和多年冻土区大尺度桥隧构造物灾变风险与控制技术研究（项目编号： 2014BAG05B05），取得了多项国际领先的创新性成果，攻克了青藏高原多年冻土环境下大断面公路隧道建设的世界级技术难题，成果已在青海省共和至玉树（结古）公路等多个隧道工程中成功应用。我国及周边国家多年冻土面积约1200万km2，发育有高海拔多年冻土、高纬度多年冻土和高山多年冻土，堪称世界多年冻土地质博物馆。根据一带一路倡议，未来在我国及周边国家将有相当长的公路里程穿越冻土区。撰著本书的目的就是为了对已有的成果、经验教训进行系统梳理总结，以期对多年冻土区公路隧道工程建设有所借鉴和帮助。本书以多项国家和省部级科技项目成果为依托，围绕多年冻土区公路隧道温度场、冻胀力与围岩荷载、隔热保温与防排水、支护结构及洞口工程、长期服役性能等多个方面开展系统论述，并吸收了国内外在冻土隧道工程方面的先进思想和成果。中交第一公路勘察设计研究院有限公司赵永国、董长松、姚红志、王万平、张晓旭，同济大学黄继辉、吕志涛、范东方、黎岩、陆蒙，中国科学院西北生态环境资源研究院牛富俊、李双洋参与了本书部分章节的撰写工作，王岳嵩参与了书稿的校对工作，在此一并感谢。限于我们的水平，书中不当之处在所难免，敬请读者批评指正。
韩常领，教授级高级工程师，现任中交第一公路勘察设计研究院有限公司副总工程师、中国公路学会隧道分会副理事长、陕西省公路学会地质与隧道分会副主任委员。长期从事复杂地质环境下隧道工程基础理论及建设技术研究，主持和参与国家和省部级科技项目10 余项、国内外重大公路隧道勘察设计项目40 余项。获中国公路学会百名优秀工程师等称号。主编、参编标准规范5 部，获省部级科技进步奖及优秀设计奖15 项。
夏才初 ，同济大学土木工程学院教授，中国岩石力学与工程学会理事、地下工程分会副理事长和测试专业委员会副主任委员。长期从事隧道与地下工程的研究和教学工作。主持国家自然科学基金项目9 项，主持和参与其他省部级及以上纵向项目20 余项，主持和参与重大工程的科研项目100 余项；获省部级技术发明奖、科技进步奖一等奖各1 项，省部级科技进步二等奖2 项、三等奖6 项。获发明专利10 余项，出版专著3 部、编著5 部，发表EI 源刊论文200 多篇，SCI 源刊论文30 余篇。
纳启财，高级工程师, 现任青海地方铁路建设投资有限公司董事长、青海省委省政府联系专家、青海省科技思想库专家、青海省公路学会专家委员会委员、青海省公路学会理事。先后获青海省优秀专业技术人才、青海省
西部之光 访问学者、青海省交通运输厅优秀科技工作者称号。长期致力于青藏地区高寒高海拔多年冻土区公路工程设计、建设管理和研究。主持国家（省）重大公路项目设计、咨询审查20 余项，获省部级优秀设计、优秀咨询奖5 项。主要参与编制了4 个青海省地方标准，填补了我国在高海拔高寒地区公路生态防护方面相关规范的空白。
第1章绪论／1
1.1多年冻土区隧道概述／2
1.2高寒高海拔地区气候环境特征／4
1.2.1气候特征／4
1.2.2气象参数与海拔高度的关系／4
1.3依托工程概况／6
1.4主要创新成果／9
第2章多年冻土区公路隧道温度场／11
2.1多年冻土区公路隧道传热模型／12
2.1.1衬砌和围岩温度场径向传热模型／12
2.1.2洞内空气温度场纵向传热模型／20
2.2多年冻土区公路隧道温度场分布规律／23
2.2.1围岩热物性参数反演／23
2.2.2姜路岭隧道与鄂拉山隧道温度场纵向分布规律／24
2.2.3姜路岭隧道与鄂拉山隧道温度场径向分布规律／26
2.3多年冻土区公路隧道温度场影响因素／28
2.3.1地理环境／28
2.3.2洞口气象／30
2.3.3洞内风速／31
2.3.4埋深及冻土类型／32
2.3.5围岩热物性参数／34
第3章多年冻土区公路隧道冻胀力与围岩荷载／37
3.1多年冻土区公路隧道冻胀力／38
3.1.1冻胀力形成机理及围岩冻胀性评估／38
3.1.2考虑围岩不均匀冻胀的圆形隧道冻胀力解析／55
3.1.3非圆形隧道冻胀力的数值计算／60
3.1.4曲墙式衬砌冻胀力荷载的简化计算／64
3.1.5隧道衬砌冻胀力计算实例／66
3.2多年冻土区公路隧道围岩荷载计算／67
3.2.1围岩松散荷载计算／67
3.2.2冻融条件下隧道围岩荷载计算／71
3.2.3考虑冻融条件和冻胀力组合的围岩荷载计算／79
第4章多年冻土区公路隧道隔热保温／83
4.1多年冻土区公路隧道保温层形式及材料／84
4.1.1隧道穿越冻土区类型划分及不同冻土段中隔热保温层的作用／84
4.1.2隧道保温层的铺设形式及效果／93
4.1.3保温材料性能及优选／113
4.2多年冻土区公路隧道保温层厚度及长度／116
4.2.1保温层铺设厚度的计算方法／116
4.2.2保温层铺设长度的计算方法／132
4.2.3保温层铺设厚度和长度计算实例／138
第5章多年冻土区公路隧道防排水／147
5.1多年冻土区公路隧道衬砌防水设计／148
5.1.1公路隧道常规防水系统设计／148
5.1.2多年冻土区公路隧道新型维护型防水系统／150
5.2多年冻土区公路隧道排水系统分段设计与衔接／155
5.2.1季节冻土段排水系统设计／155
5.2.2多年冻土段排水系统设计／155
5.2.3非冻土段排水系统设计／157
5.2.4排水系统的相互衔接／168
5.3姜路岭隧道防排水系统设计／174
5.3.1姜路岭隧道原防排水系统设计／174
5.3.2姜路岭隧道防排水系统优化／177
第6章多年冻土区公路隧道支护结构／181
6.1多年冻土区公路隧道衬砌结构设计方法／182
6.1.1衬砌结构设计／183
6.1.2衬砌结构计算及强度校核／186
6.1.3跨越不同类型冻土衬砌结构分段与衔接／187
6.2多年冻土区公路隧道初期支护 ／188
6.2.1喷射混凝土／188
6.2.2钢架支护／195
6.2.3锚杆支护／197
6.2.4一次模筑混凝土支护／203
6.3多年冻土区隧道支护结构设计实例／206
第7章多年冻土区公路隧道洞口边坡防热融坍塌／217
7.1洞口段热融规律和隔热保温／218
7.1.1计算模型和参数／218
7.1.2洞口段热融规律／223
7.1.3洞口段保温与支护措施／227
7.2保温条件下洞口段边仰坡的稳定性／233
7.2.1计算模型和参数／233
7.2.2稳定性分析／234
7.3热棒技术在洞口段边仰坡中的应用／236
7.3.1热棒的工作原理／236
7.3.2热棒群现场监测结果分析／237
7.3.3热棒的气管土耦合传热模型／248
7.3.4模型检验和修正／251
第8章多年冻土区公路隧道长期服役性能／261
8.1多年冻土区隧道冻害特征、机理及防治／262
8.1.1冻害的类型、表现特征和成因／262
8.1.2结构冻害的发展规律／266
8.1.3冻害的防治措施／268
8.2高寒冻融环境下结构服役性能／270
8.2.1冻融循环作用下隧道衬砌混凝土的劣化规律／271
8.2.2冻融循环作用下隧道衬砌服役性能的演化规律／288
8.2.3改善多年冻土隧道衬砌长期服役性能的控制措施／317
附录多年冻土区隧道洞内空气及围岩温度场解析解／321
参考文献／３29
书单推荐
