高海拔地区大断面公路隧道设计施工关键技术研究.docx

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高海拔地区大断面公路隧道设计施工关键技术研究

高海拔地区大断面公路隧道设计、施工关键技术研究

建议单位：

中交第一公路勘察设计研究院有限公司（公章）

申报日期：

2016年1月20日

1.申报项目基本信息

申报项目基本信息表

项目名称

高海拔地区大断面公路隧道设计、施工关键技术研究

项目概要（宏观描述要解决的主要问题及达到的目标）

如何在高海拔地区隧道中采取行之有效的措施，以避免冻害现象的发生，是当前隧道工程界迫切需要解决的问题，为我国严寒地区的待建隧道提供可靠的防冻保温设计和施工材料，从而减轻乃至杜绝我国严寒地区隧道冻害的影响。

主要研究内容

高海拔地区公路隧道支护结构抗冻耐久性研究；

高海拔地区公路隧道防排水体系防寒保温设计研究；

高海拔地区公路隧道温度场变化规律及衬砌冻胀力数值模拟研究；

机电照明在高海拔地区的节能应用研究；

低温混凝土施工及养护技术研究；

高海拔地区公路隧道施工工艺质量控制技术研究；

高海拔地区公路隧道洞口热融冰、雪与路面防滑技术应用研究。

考核指标

（1）保温段隧道排水体系的温度和洞口段路面温度不低于0℃；

（2）科学、合理地计算出沿隧道纵向需要铺设保温材料的长度和铺设方式、厚度以及衬砌形式，确定保温水沟设置深度、长度；

（3）可显著性提高隧道防冻工程的耐久性；

（4）在满足隧道防冻要求的前提下，降低隧道防冻工程造价；

（5）发表研究论文不少于5篇；

（6）得出适用于高原地区的照明方案，降低造价，节约能源。

依托工程基本情况

本项目隧道海拔在4000m以上，其中最长隧道仲果隧道全长5300米，进口高程4280，出口高程4170。

隧址区极端最低气温-37.7℃，年平均降水量1244.3mm，最大冻深184cm（敦化），最大积雪厚度59cm。

沿线地下水丰富，以孔隙水、基岩裂隙水为主，其补给来源主要为大气降水、地下水。

项目总经费

350万

申请配套经费

300万

完成年限

4年

申报日期

2016-1

2.项目的背景和必要性

1.1研究背景

高海拔地区主要是从医学角度上人体机能的适应能力加以界定的,一般指平均海拔在3000m以上的地域，主要包括高原和高山。

在3000m海拔上可使大多数人在静息状态下出现不同程度的高原反应，超过这个海拔高度，人体在机能代谢上的改变更加明显。

我国高海拔地区主要分布在西部的青藏高原及其周边，主要包括西藏自治区全部、和青海省、新疆维吾尔自治区、甘肃省、四川省、云南省的部分地区。

受喜马拉雅运动影响，形成了我国高海拔地区复杂的地形地貌条件。

这些区域气候环境恶劣，积雪、冰冻、大雾等通常是影响行车安全的主导因素。

受区域地质构造影响，在这些地区常发育有泥石流、滑坡等不良地质,威胁到路线的正常营运安全。

高原地区分布有大小的山脉和山系，地形起伏大，路线展现困难。

基于以上原因，隧道工程成为绕避不良地质病害、减小恶劣气候对行车的影响、实现越岭展线、保护生态环境的一种重要工程手段。

然而,气候环境上，我国高海拔西区普遍具有低气温的特点。

以本项目特长隧道仲果隧道[1]为例，隧道进出口海拔4100左右,最冷月月平均气温-9.5℃,极端最低温-36.2℃，全年积雪EJ为5?

6个月,大雪、吹雪、雪崩、暴雨、低温寒潮等气候灾害不断。

另一方面，地温环境条件也给□道维修工作带来了很大的困难。

对高海拔隧道，围岩、地下水、太阳福射、地温、隧道通风等多种因素相互作用，进行着复杂的热量交换过程，易出现洞内路面结冰、衬砌裂损、渗漏等严重冻害问题，给隧道运营管理、维修和整治提出了严峻挑战。

因此，高海拔地区寒区隧道的冻害防治成为隧道工程设计、施工和运营中必须考虑的重要内容。

我国目前已建成的著名高海拔公路、铁路隧道。

通过这些高海拔寒区隧道的修建，积累了初步的建设经验。

我国青藏高原区域内蕴藏着丰富的水力和矿产资源，主要为藏族聚居区，经济和社会发展相对滞后。

随着国家西部大开发战略的实施以及综合国力的增强，发展西部尤其是少数民族地区经济,开发西部地区的丰富资源，促进国防后勤保障建设，打通进藏交通线（川藏、青藏、滇藏）,具有紧迫性和必要性。

因此，青藏高原周边的高山峡地将成为未来交通建设的热点地区。

目前，在青藏高原区域内建设和规划了多个交通工程的重大工程项目。

如南水北调、青藏、川藏、滇藏几条进藏交通线的公路与铁路工程等,这些工程项目意义显著，建设规模庞大，隧道工程将在其中具有重要地位。

随着青藏高原周边区域的交通基础设施建设和水力资源的开发，开展和推动隧道抗防冻技术研究，对提高我国修建高海拔寒区隧道的技术水平，适应未来交通建设需要，具有重要的现实意义。

目前处于即将投入建设的京藏公路（那拉段）仲果隧道工程,规划建设长度为5300m，隧道洞口高程在4200m左右。

与青藏高原上已建成的大坂山、昆仑山、风火山三座隧道以及正在修建的米拉山隧道相比较,在地理环境上同属于中低维度高海拔严寒地区。

本文主要以仲果隧道隧道为工程背景，对高海拔寒区隨道防冻害设计问题进行一系列的研究工作。

3.项目前期科研及工作基础

3.1国内外研究现状

根据调查发现，冻胀力是造成寒区隧道衬砌结构破坏的外力根源。

已修筑的寒区隧道由于冻胀力的作用,普遍存在着严重的工程冻害。

日本在20世纪70~80年代对寒冷地区隧道的调查分析结果表明,冻胀力是寒区隧道变形破坏的重要原因之一。

因此,寒区隧道修筑与维护难点之一是隧道防冻胀。

世界各国在寒冷地区修建交通隧道时均将抗防冻性作为重要的课题进行研究。

研究工作主要在以下两个方面进行：

（1）基础性的研究工作。

主要针对围岩的冻融特性，冻胀机理，隧道冻结深度，围岩、衬砌及保温隔热材料的热传导特性，隧道衬砌结构形式的优化等方面进行研究。

（2）应用技术的开发、研究工作。

主要在基础研究的支撑下，研究隧道的抗防冻措施，开发长期耐用的保温隔热材料，研究保温隔热层类型和合理厚度，严寒设防段合理长度等。

日本的隧道工作者对冻害的防治进行了系统的研究，获得了许多宝贵经验，概括起来，其措施可分为隔热法和加热法两类（见下图），一般采用前一类，后一类还有待进一步试验、改进。

冻害防治措施分类

前苏联因为处于严寒地区，隧道供暖有的用电力，采用管式电力加热器，水沟保温用新型高效的保温材料，如硬质泡沫塑料，泡沫玻璃和陶土等；有的地方用热水或蒸汽对水沟进行加温。

从目前来看，我国对冻害的防治主要从水、温度、衬砌设计三方面出发，提出相应的工程措施，或采用综合治理的办法。

主要的措施有：

采用隔热保温技术、加强防排水及优化衬砌结构等，但是还没有完善的理论体系和系统的处治对策，处治效果也有待进一步验证。

到目前为止还没有正式的寒区公路隧道冻害处治的相关规程，各个设计单位往往各自为政，即使考虑防冻设计，也往往采用不同的方法。

在风火山、昆仑山隧道建设中，为避免产生病害从应用隔热保温技术，加强排水及优化衬砌结构等方面出发，采取了“防、排、截、堵”的综合防治措施。

该隧道结合其支护形式，在初期支护与模筑衬砌之间设5cm厚的隔热保温层。

设计中考虑最热月平均气温与岩面的温度差计算出保温层厚度。

保温层采用硬质聚氨酯，考虑在多年冻土层中防排水设计以堵为主，结合隔热保温措施，尽量减小贯通后衬砌内外侧的热交换，使围岩当中的水处于冻结状态。

在昆仑山隧道中部DK977+300-+500段可能的融化区，地温较高，为避免衬砌背后的水在寒季冻结发生冻胀，在支护与衬砌之间敷设隔热保温层，确保衬砌背后的排水顺畅；同时采用中空注浆锚杆对周边围岩实施低温注浆，以封堵融区基岩裂隙水；洞内双侧设保温水沟，通过边墙泄水孔引排衬砌背后积水；运营期间考虑融冰措施以防排水沟冻结。

3.2参考文献

[1]AkiraInokuma，Shigero．RoadTunnelsinJapan：

DeteriorationandCountermeasures[J]．TunnellingandUndergroundSpaceTechnology，1996，11（3）：

305-309．

[2]黑川義範．隧道冰柱防治工程和隔热衬砌[J]，隧道译丛，1984，

（1）：

35-44．

[3]中华人民共和国交通部.2004.公路隧道设计规范（JTGD70-2004）.北京：

人民交通出版社.

[4]中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室（1995-2001）.高海拔寒冷地区隧道工程冻害防治技术研究.

[5]中国科学院兰州冰川冻土研究所，陕西省公路勘察设计院．宁－张公路大坂山隧道冻土预报、模型试验及风吹雪灾害防治研究[M]．1995，33-41．

[6]张祉道，王联．高海拔及严寒地区隧道防冻设计探讨[J]．现代隧道技术，2004，41（3）：

1-6．

[7]张学富.赖远明.喻文兵等.2003.寒区隧道三维温度场数值分析.铁道学报

[8]赖远明，喻文兵，吴紫汪等.2001.寒区圆形截面隧道温度场的解析解.冰川冻土

[9]铁道第三勘察设计院编著．冻土工程[M]．北京：

中国铁道出版社，2002，261-275．

[10]陈建勋，昝勇杰．寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析[J]．中国公路学报，2001，14（4）：

75-79．

[11]关宝树编著．隧道工程设计要点集[M]．北京：

人民交通出版社，2003，357-393．

[12]吕康成，崔凌秋等编著．隧道防排水工程指南[M]．北京：

人民交通出版社，2005

4.项目实施方案

4.1项目主要研究内容

1、东北寒区隧道冻胀条件与冻胀机理分析

（1）冻融岩石圈整体冻胀破坏分析

该理论认为隧道周边围岩冻结区中围岩孔隙中充满了水，则围岩内的水冻结成冰后将整体膨胀，从而对衬砌产生冻胀压力。

为了研究冻融圈厚度、衬砌厚度以及围岩类型对冻胀力的影响，采用有限元程序进行数值模拟计算以获得数值解。

计算中为了突出冻胀对二次衬砌的影响，不考虑温度变化和结构荷载对衬砌应力的影响而只计算冻融圈内围岩冻胀所产生的附加应力。

（2）局部存水冻胀破坏分析

该模型认为冻胀力主要由衬砌背后积水结冰引起。

由于开挖面不平整、初期支护不平顺以及防水板铺设等原因，使得衬砌背后留有局部存水空间，一旦存水结冰即产生冻胀力，根据此模型针对不同的存水体积和衬砌厚度对冻胀力进行了计算，由于隧道和存水空间的形状均不规则，无法获得冻胀力的解析解，故设计采用有限元程序进行数值模拟计算以获得数值解。

计算中为了突出冻胀对二次衬砌的影响，不考虑温度变化和结构荷载对衬砌应力的影响而只计算局部存水空间冻胀所产生的附加应力。

（3）含水风化层冻胀破坏分析

部分理论认为衬砌的冻胀是由于风化层中水冻结而引起的。

对含水风化层模型下的冻胀力计算式进行推导，并提出设计中洞口段、洞内冻胀力的取值。

3、高海拔寒区公路隧道支护结构抗冻耐久性研究

（1）隧道围岩的抗冻性研究

隧道围岩的抗冻性研究将主要针对松软围岩进行。

模拟隧道建成后围岩的水环境与温度条件，对各类松软围岩的力学性态的变化进行试验和理论分析，探讨松软围岩的冻融循环可能对隧道结构长期稳定带来的不利影响。

（2）混凝土材料的抗冻性研究

混凝土的抗冻性研究以室内试验为主。

现场制作加工喷射混凝土试件和模筑混凝土试件，部分试件养护至28天后，进行抗压强度试验；将其余试件进行冻融循环试验，分别模拟冻融循环10年至100年，各组试件冻融循环结束后进行抗压强度试验。

分析试验数据，归纳冻融循环对混凝土强度的影响规律。

（3）钢筋混凝土和不同厚度支护结构的抗冻性设计研究

抗冻主要是提高隧道结构自身的抗冻害能力，避免冻胀力产生的破坏，采取的措施有：

衬砌使用抗冻混凝土、增大衬砌厚度、衬砌使用钢筋混凝土。

其中，使用抗冻混凝土可以有效的防止衬砌混凝土的冰冻破坏，但是对于局部存水冻胀破坏和冻胀性围岩中隧道结构的冻胀破坏没有明显的作用。

局部存水冻胀破坏和冻胀性围岩中隧道结构的冻胀破坏时，衬砌结构所产生的冻胀应力对衬砌厚度的变化并不敏感，因此，完全采用增加衬砌厚度的方式来实现隧道抗冻并不可取。

另外，隧道内一旦有冻害发生，则衬砌中产生的拉应力值较大，因此采用钢筋混凝土结构作为二次衬砌可以有效地防止衬砌开裂，提高结构的承载能力。

通过实验和结构计算的方式对合理的衬砌厚度和钢筋配置进行研究，尽量提高衬砌抗冻性能。

（4）寒区隧道衬砌支护结构受力和位移监测研究

通过开挖支护过程中埋设衬砌受力和围岩变形监测探头，对支护结构的受力和变形情况进行研究分析，探明冻胀力对衬砌结构的影响，为结构的抗冻耐久性提供设计依据，同时也确保施工和运营得安全。

4、高海拔寒区公路隧道防排水体系防寒保温设计研究

（1）寒区隧道全断面多层防排水体系设计研究

洞外排水体系防冻保温研究

开发隧道洞外排水边沟、中心深埋水沟、防寒泄水洞出水口防冻保温技术，针对不同的保温设计形式，利用流体力学原理，分析隧道出水口的水流状态；开发有区域针对性的保温、供热技术，用以提高隧道出水口的抗冻能力。

中心深埋水沟埋设深度研究

用解析方法求解单一介质的一维热传导定解问题，地表的边界条件为边界温度按一年为周期的正弦规律变化；地层深处的分析边界条件为一定深度处温度常年恒温，可以为严寒地区隧道的中央排水管的合理埋置深度的设计提供依据。

隧道施工缝、变形缝处防水材料研究

隧道中为便于施工而设置施工缝，为适应结构变形的需要以及防水混凝土避免超过允许的拉应力而设置变形缝。

而地下工程最令人头痛的渗漏部位正是变形缝和施工缝。

目前国内既有隧道的渗漏水有70%以上表现在衬砌结构的“三缝”上，即伸缩缝、沉降缝、施工缝。

针对隧道中变形缝、施工缝处普遍发生的渗漏水现象，对目前广泛使用的止水条、止水带、弹性密封剂的使用效果以及接缝施工中存在的支撑面不平整、粘接面不密实、搭接松动、混凝土疏松多孔等问题进行研究，凿除接缝渗水处衬砌，探索止水材料失效原因及破坏形式，改进接缝处施工工艺，开发有针对性的缝隙止水排水材料和混凝土堵漏技术。

隧道分区域全断面双层排水系统研究

目前隧道的防排水体系，仰拱以上以环向半圆排水管和防水板为主，墙角处设置纵向排水管，在仰拱处以横向排水管连接到中心水沟，直至排出洞外。

无论是哪一环节排水堵塞，都有可能导致衬砌冻胀破坏，因此建议在仰拱上初喷内外设置环向半圆排水管和环向排水盲沟，在仰拱处分层设置横向排水管和横向排水盲沟，实现隧道的双层排水。

以往的设计中，环向排水与横向排水设置间距单独考虑，水流很难在同一个断面上直接排入中心水沟，增加了渗水、冻胀的几率，因此应将其尽量设置在同一断面上，间距统一，形成分区域独立排水，彼此互不影响，全隧道实现分区域全断面完整的多层防排水系统网络，尽可能减小冻胀破坏，达到理想的排水效果。

通过实际应用，对其横向和环向排水管道设置形式、间距进行研究。

喷膜防水层效果研究

目前，地下工程防水材料多采用防水板，本身不能和混凝土密贴，难满足堵水要求，并且喷射混凝土不光滑时，被挤压拉伸易断裂破坏，因此在喷射混凝土表面喷射一层防水膜防水，完全可以避免上述问题。

在喷膜防水层后施工土工布和防水层，通过柔性和硬性防水材料的组合应用，实现寒区隧道的高效防水。

（2）防冻隔温层设计研究

在严寒地区的冬季，冷空气与围岩的热交换是产生冻害的主要原因之一。

由于东北地区长时间严寒，地面表层温度逐渐下降，冻深逐渐加大至最大冻深，本区域最大冻深可达1.5m，而隧道两层衬砌的厚度一般不超过100cm。

因此，隧道的防排水系统都在受冻的范围内，特别是隧道内风力大和不见日光，一个冬季始终得不到热能，其受冻环境恶劣。

采用敷设防冻隔温层的措施，可以起到隔热保温作用，大大减小冻融圈的范围，以确保衬砌背部水不冻结。

防冻隔温层的铺设方式有两种：

一种是设置在衬砌表面，如国内的青海省大坂山公路隧道、四川鹧鸪山隧道；另一种是设置在初期支护与二次衬砌之间，如河北省梯子岭隧道、青藏铁路风火山隧道、昆仑山隧道。

结合已有隧道防冻隔温层的设计，对选用材料（干法硅酸铝纤维板、硬质聚氨酯泡沫塑料、PEF聚乙烯泡沫塑料）的性能进行测试，并通过现场对比实验，确定最佳的防冻隔温材料组合和施工方式（衬砌表面、初期支护与二次衬砌之间），并对实验段的实测温度数据进行分析，提出今后对隧道防冻隔温层设计和施工的基本建议。

用差分法求解多介质的一维热传导定解问题，用此模型可以分析包括衬砌表面保温层在内的多层介质条件下的热传导问题，借以研究保温层、衬砌等对隧道壁后冻深的影响，其成果对隧道的保温设计十分重要。

通过解析计算和有限元模拟计算法对防冻隔温层厚度进行计算。

（3）衬砌电加热与防冻隔温层组合保温技术研究

对保温效果普遍较差的洞口段，在衬砌和保温层之间增加电加热系统，利用防冻隔温层的保温效果降低电量消耗，在降低成本的前提下，与路面热融冰、雪技术一起实现洞口段落的全断面保温。

5、高海拔寒区公路隧道温度场变化规律及衬砌冻胀力数值模拟研究

（1）围岩冻结深度随埋置深度、海拔、温度的变化规律研究

通过国内外调查和现场测试，尝试建立隧道横断面衬砌壁后的冻深与该断面埋置深度、海拔、隧道温度之间的关系，为隧道的防冻害设计和衬砌结构设计提供更多的数据资料。

（2）隧道内及外界温度关系及其影响因素

通过现场测试，分析隧道内环境温度场与隧道区外界大气温度的关系，在隧道进、出口外各设置温湿度观测站，沿隧道纵向一定间隔布设温湿度计测试仪对隧道内、外温度和湿度连续监测记录，对测试结果进行分析，得出隧道内气温年变化特点和与隧道区外界大气温度的关系。

测定隧道衬砌表面和内部的温度分布与变化，围岩内部的温度分布与变化，根据隧道围岩内测温元件的温度值年变化曲线，确定其与隧道洞内环境温度的关系，并同理论计算结果相对比，找出两者偏差的原因。

（3）围岩温度场分布变化规律及对应冻胀力数值模拟分析

有限元数值模拟计算是采用热-结构两场耦合瞬态计算的方法对围岩温度场分布变化规律以及对应的冻胀力发展变化情况进行分析，探讨温度场分布和冻胀力大小与隧道埋深、洞周冻结范围、裂隙岩体中的裂隙宽度、间隔、分布角度、冻胀率等因素的关系。

6、机电照明在高海拔地区的节能应用研究

目前新颁布的（JTG/TD70/2-01-2014）公路隧道照明设计细则洞外亮度选取，仅通过了对福建、广东、重庆、陕西等地区的现场测试和分析。

对于海拔3000米以上的高海拔地区隧道洞外亮度缺乏相关的测试数据和分析结果，而高海拔地区紫外线强，亮度普遍高于平原地区，地形地貌有异与平面地区，规范中亮度取值对于高海拔地区仅有参考意义。

因此在响应国家节能减排的前提下，对于高海拔地区也应合理的选取洞外亮度，保证行车的安全和舒适。

对于未来青海、西藏等高海拔地区的隧道照明设计可作为合理的选取依据。

（1）拟通过数码相机法或者环境简图法对该高海拔项目洞外亮度进行实测和分析，针对端墙和削竹洞门分别给出合理的洞外亮度L20（S）指标。

并根据实测的洞外亮度优化隧道照明设计。

（2）对于长、特长隧道的基本段照明段落可采用LED灯具进行照明设计，根据中间视觉照明理论，在不影响行车安全及舒适性的前提下可降低隧道基本段照明亮度，达到节能的目的。

（3）拟结合高海拔地区的项目特点（交通量小、昼夜交通量相差较大、天气变化突然等特点）采用照明智能调光技术及相关感应设备，实现车来灯亮车走灯灭，达到按需照明的节能目的。

（4）照明系统实施后，进行现场亮度实测，对隧道照明水平进行评价。

7、低温混凝土施工养护技术研究

在持续低温的条件下，采取措施，确保工程质量，特别是喷混凝土和模筑混凝土的施工和养护质量。

影响混凝土抗防冻性能的主要因素包括:

骨料的压碎值、含泥量及混凝土水灰比、密实度、外加剂等。

另外,原材料的温度及混凝土的出机、入模、养护温度对混凝土施工期间防冻伤、保证强度和减小冻融损失值也非常关键。

因此原材料必须预热保，混凝土浇筑后做局部空间加温、养护和模板增加导热系数低的保温材料，以利于混凝土强度的生成。

为了提高混凝土自身的抗冻性能，进行试验选择符合较低温度环境的早强减水剂、膨胀剂、复合防冻剂、超早强抗冻粘稠剂等外加剂及其配比。

应对一天中不同的温度和一年中不同的季节所采用外加剂进行研究。

8、高海拔寒区公路隧道施工工艺质量控制技术研究

由于地质和严寒的气候条件，在隧道施工过程中，诸如隧道开挖、初期支护、二次衬砌等施工中遇到了很多困难，如塌方、锚杆钻孔和安装困难、喷射混凝土不与围岩接触不好等问题。

又由于冬季严寒洞内温度很低，采暖效果极差，冬季二次衬砌施工消耗太大，致使二次衬砌施作时问推迟，不能满足新奥法隧道设计、施工要求，同时有一、二座隧道的二次衬砌也发生了环向裂缝，个别隧道的排水系统发生了冻结和堵塞问题。

除此之外，因工人本身施工水平的原因，导致防排水体系施作不严密，出现泄漏水也是时有发生的。

因此，通过在施工过程中引进施工工艺质量控制的方法，对其开挖方法、支护措施、工序衔接中的各个施工步骤、工艺进行质量指标化评价，通过研究确定合理的量化标准、规范，以满足寒区隧道施工的要求。

质量控制中必须要有良好的组织措施和制度措施，使得质量控制的评估、监控和管理的职责能够得到有效落实。

进一步总结、研究，消除工序质量缺陷，形成一套系统的公路隧道施工工艺质量控制的安全管理体系。

9、高海拔寒区公路隧道雪害防治技术研究

（1）洞门形式及地形对雪害的影响

根据不同地区的降雪情况及积雪的自然休止角，对洞口的边坡仰坡和不同的洞门设计形式提出有利于隧道防雪害的设计。

（2）积雪区隧道洞口行车安全研究

1）洞口积雪对隧道进出口行车视觉适应性影响研究

在积雪地区，车辆进出隧道时比一般地区亮度变化大，眩光更严重，因此对驾驶人员的视觉亮度适应能力进行研究，作为隧道线形设计和洞口装饰的参照依据。

2）风吹雪防治技术研究

对我国既有高海拔、常年积雪区、大风区的隧道进行风吹雪致害调研，结合本项目区隧道实际情况，对隧道防治风吹雪提出建议。

10、高海拔寒区公路隧道洞口热融冰、雪与路面防滑技术应用研究

（1）路面电加热防冻除雪技术研究

路线处于西藏地区季节性冻土区，最大冻深1.8米左右，山区最大积雪深度1.5米，对于隧道本身结构安全和防排水通畅性来说，影响很大，因此有必要对隧道洞口处路面防冻除雪技术进行研究。

路面电加热主要有两种方式，一是路面中铺设加热电缆，二是对碳纤维导电混凝土加热。

加热电缆可以放置在沥青混凝土面层和沥青混凝土基层之间或者沥青层和水泥混凝土基层之间；导电混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料而制成的一种新型水泥复合材料，具有良好的导电性和电热特性.在外加交流或直流电源作用下，导电混凝土会因其自身的电阻而产生热量，使路面温度升高。

对现有的两种加热方式的应用进行调查研究，通过实验室除冰和野外化雪的试验比较得出融冰与路面使用寿命的最佳方案。

（2）路面材料添加矿物、化学外加剂的防冻除雪性能试验研究

目前公路积雪的清除方法中存在很大弊端，人力清除不及时，采用融雪化冰剂虽然省时省力但它所带来的负面作用却非常严重，主要表现在以下方面：

1）严重侵蚀路面，缩短路面的使用寿命；

2）机动车沾染后容易被腐蚀、生锈；

3）溶解后渗入地表或流入农田，会造成对河流污染和农田的污染；

4）在气温较低时其除冰效果差甚至失去融雪能力。

因此，发展新型路面除雪材料是非常必要的。

近几年来经过实验分析发现，在道路路面材料中加入一些特定的矿物、化学外加剂如纳米二氧化钛等材料通过光催化作用和化学反应消除路面积雪同时也降低了环境污染。

这种新型添加材料通过实验要求具有以下特征：

1）在有效除雪的同时对路面材料不产生腐蚀现象；

2）对机动车安全行驶不产生不利的影响；

3）对环境影响较小；

4）经济效果好。

除此之外，路面材料掺入外加剂后，应不影响其原有路用性能。

针对此问题，课题组