近年来高海拔寒区修建了越来越多的隧道,随之产生的冻害问题也越来越受到人们的重视。冻害问题已成为高海拔寒区隧道建设中急需解决的问题之一,目前解决这一问题的主要措施是对高海拔寒区隧道防寒保暖及防排水进行处理,但如果不处理或处理方法不当,将导致隧道排水系统因冻结堵塞失效,进而因冻胀导致隧道二衬与路面等结构开裂破坏,出现渗水与结冰,给隧道的安全与运行带来严重的威胁。所以,加强高海拔寒区隧道的防寒保暖技术和防排水技术具有十分重要的现实意义。本论文依托西藏自治区重点科技项目(2016XZ01G31),以西藏米拉山隧道为研究背景,以传热学原理和模糊数学为理论基础,结合现场调查、现场测试和数值模拟等方法展开了高海拔寒区隧道防寒保暖及防排水技术研究,主要研究成果有:(1)米拉山隧道温度场分布规律研究成果:根据米拉山隧道工程项目情况,设计现场温度监测方案。从2017年6月20日至2018年6月20日,监测了隧道洞内外一年的气温变化以及隧道围岩0～5 m范围内温度的变化。得出洞外气温变化基本符合余弦函数规律变化,夏季(6月份～8月份)温度最高,冬季(1月份～2月份)温度最低。随着隧道进深逐渐增大,隧道内气温逐渐升高,且升温速度逐渐趋缓,同时洞内气温随时间变化的振幅随着隧道进深增大逐渐变小。隧道围岩温度随着隧道径向围岩深度的增大而逐渐增大,变化速率逐渐降低,直至温度趋于恒定,洞口段围岩最大冻结深度为1.8 m。(2)米拉山隧道主动保温系统应用研究成果:将主动保温系统应用于米拉山隧道洞口段,通过传热学原理建立主动保温系统作用下隧道围岩热传导微分方程,通过数学方法得出隧道洞口段主动保温系统设置长度及设置功率。结果表明:在米拉山隧道中,电加热系统的铺设范围建议从隧道洞口开始到隧道进深为330m段,其中0～100 m范围的电加热系统的运行功率建议为152W/m~2,100～200 m范围内的电加热系统功率建议为131W/m~2,200～330 m范围内的电加热系统功率建议为107W/m~2。对主动保温系统作用下隧道洞口段围岩温度场进行数值模拟,验证了该解析计算结果的正确性。(3)米拉山隧道防排水系统研究成果:根据目前国内外寒区隧道防排水体系,针对高海拔寒区的气候特点,为西藏米拉山隧道提出了一套采用深埋中心水沟的防排水方案,具体方案为从洞口开始0～500 m范围内设置深埋中心水沟,进口处中心水沟埋置深度最大,为2.97 m,随着隧道进深增大埋置深度慢慢变小,直至进深500米处。(4)高海拔寒区隧道冻害评价方法研究成果:根据现场调研及相关资料的查阅分析了隧址区气候条件、水文条件、地质条件、人为条件等对高海拔寒区隧道防寒保暖及防排水效果即冻害情况的影响,基于模糊综合评判理论,运用熵权法与改进层次分析法相结合的综合赋权法建立了高海拔寒区隧道冻害评价模型。将该模型应用于米拉山隧道实际工程中,从16个冻害影响因素中得出,最冷月平均气温、年降雨量、隧道埋深、设计问题对冻害结果影响最大,其中最冷月平均气温起到了决定性的作用。由此可见,类似的高海拔寒区隧道设计中应将隧址区的最冷月平均气温作为主要的设计依据来确定隧道的冻害设防等级。