寒区隧道冻害评价方案设计(附件)【字数：12890】
引起寒区隧道冻害的原因十分复杂，冻害整治工作十分艰巨。本文首先介绍了国内外对于寒区隧道冻害方面研究的现状。其次，介绍了物联网和云计算平台构建的相关原理，为搭建寒区隧道冻害信息的大数据平台提供理论基础。通过对寒区隧道冻害情况进行分析后，确定了寒区隧道冻害评价的主要内容。接着，以通过物联网技术采集的隧道数据及存储在数据库内数据为基础，结合隧道冻害预警、冻害级别划分、冻害类型及治理手段等方面知识设计的云计算平台，对寒区隧道冻害信息进行有效、快速地管理。该冻害评价设计通过互联网将隧道工作者、隧道及隧道数据信息有机地结合在一起，实现了寒区隧道冻害数据信息化管理，并满足数据共享与深度挖掘的需要。最后以国内某寒区隧道为例，具体阐述了该设计方案的实施流程。该方案设计为隧道信息化建设提供了新的技术平台，为寒区隧道保温设计提供技术支持。关键词 寒区隧道，物联网，云计算，冻害评价方案
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的内容和方法 4
2 寒区隧道冻害 5
2.1 隧道冻害分类 5
2.1.1 隧道衬砌漏水、挂冰 5
2.1.2 隧道衬砌开裂、酥碎、剥落 5
2.1.3 隧道洞门墙开裂 6
2.1.4 隧道底部冒水、积冰、冻胀 7
2.2 隧道冻害产生的原因 7
2.2.1 温度条件 7
2.2.2 水文条件 8
2.2.3 围岩条件 8
2.3 隧道冻害评价 8
2.3.1 隧道冻害预防 8
2.3.2 隧道冻害治理 11
3 寒区隧道冻害信息平台设计 14
3.1 物联网 14
3.1.1 物联网概述 14
3.2 云计算 15
3.3 寒区隧道冻害信息平台构建 17
4 寒区隧道冻害评价方案实例 19
4.1 感知层 19
4.1.1 昆仑山隧道背景 19
4.1.2 昆仑山隧道冻害评价信息采集方案 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
4.2 网络层 22
4.3 数据处理层 22
4.3 应用层 24
4.3.1 Web服务 24
4.3.2 隧道冻害信息系统应用 25
4.4 方案优点 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 研究背景与意义
据统计，地球陆地总面积为1.489×108 km2，占地球表面积的29.2 %。其中，多年冻土面积占全球陆地总面积的25 %左右[1]，寒区则分布的更加广泛。中国的寒区面积为4.174 × 106 km2，占领土总面积的43.5 %[2]。在这些寒区修筑隧道，不可避免的会受到冻害的影响，从行车安全和隧道运营等方面考虑，急需提高隧道在冬季的抗冻害能力。
在我国，气候分区的划分标准是现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176，将全国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等五个气候区[3]，如图1.1所示。在中国的东北、华北地区，以及西北、西南地区，由于受到高纬度和高海拔等因素的影响，气候十分寒冷。在这些寒区修建的隧道，十分容易产生隧道冻害的现象。隧道冻害发生之后，不仅会对隧道衬砌结构造成不同程度的破坏，而且还会对隧道的行车安全造成非常大的威胁。因此，隧道在冬季运营使用时需要投入大量人力和物力来处理冻害，这对社会造成了巨大的经济损失。由于冻害问题十分严峻，隧道管理者在面临这些冻害时，需要一套科学有效的冻害评价方案来指导冻害治理工作 [4]。
图1.1 中国建筑气候区划图
为深入贯彻党的十九大精神，落实中央关于交通运输工作的重要指示精神，新时期的交通运输工作将围绕建设交通强国的发展战略。在这样的战略背景下，在中国这些寒冷地区或是严寒地区将修筑更多的隧道。无论是在技术规模还是工程要求方面，与已建筑的隧道相比，这些新建或拟建隧道都有着更苛刻的要求。
由于现有技术条件的制约，隧道冻害信息化管理存在很多缺点，隧道冻害治理仍旧无法满足施工标准化、管理信息化的要求。因此，在信息化技术不断发展成熟的新环境下，如何通过信息技术准确而快速地掌握隧道的冻害信息，及时指导冻害施工，实现寒区隧道冻害数据的信息化管理，满足隧道冻害数据共享与深度挖掘的需求，是隧道研究者需要解决的棘手问题。本文研究具有明确的工程应用背景与迫切的技术创新需求。
1.2 国内外研究现状
据日本、挪威和中国的冻害统计资料显示，日本（1999年）铁路全线3 819座隧道中，发生冻害的隧道竟然达到了2 135座，约占全部隧道的56 %，冬季因隧道冻害导致行车安全事故时有发生；挪威（1990年）国内几乎所有的铁路隧道都出现了不同水准的漏水、开裂及积冰等冻害；中国（2014年）全线11 516座铁路隧道，发现存在冻害的隧道有5 990座，占总隧道的52 %，在这里面有2 937座发生严重冻害，占隧道总数的26 %。由此可见，隧道冻害无论是在国内还是国外，都是一个棘手的问题，如何有效处理冻害是隧道管理者工作的重点。
我国目前所修建的寒区隧道主要是分布在东北等纬度比较高的区域及西北海拔较高的区域，铁路隧道设计规范（TB 100032005）规定在气温低于5 ℃的寒冷和严寒地区，隧道洞口段应采取防寒保温措施[5]，但由于规范中关于寒区隧道防寒保温技术方面的描述不够系统全面，因此国内隧道保温防寒设计多以隧道工作积攒的经验为主，冻害治理缺少系统方案的指导。
我国地域辽阔，受地理位置、地质条件等因素的影响，修建在这些寒区的隧道产生冻害的原因十分复杂，冻害治理工作不能一概而论，必须有针对性地采取治理措施。国内近年来有关部门组织大量专家学者在隧道冻害产生机理分析和研究、寒区隧道温度场[6]、隧道保温隔热材料及其他保温防寒技术措施的研究应用，以及防冻衬砌结构设计原理等诸多方面[7]都颇有成效，为我国寒区隧道建设和管理做出了积极的推动作用。如：
目录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 研究的内容和方法 4
2 寒区隧道冻害 5
2.1 隧道冻害分类 5
2.1.1 隧道衬砌漏水、挂冰 5
2.1.2 隧道衬砌开裂、酥碎、剥落 5
2.1.3 隧道洞门墙开裂 6
2.1.4 隧道底部冒水、积冰、冻胀 7
2.2 隧道冻害产生的原因 7
2.2.1 温度条件 7
2.2.2 水文条件 8
2.2.3 围岩条件 8
2.3 隧道冻害评价 8
2.3.1 隧道冻害预防 8
2.3.2 隧道冻害治理 11
3 寒区隧道冻害信息平台设计 14
3.1 物联网 14
3.1.1 物联网概述 14
3.2 云计算 15
3.3 寒区隧道冻害信息平台构建 17
4 寒区隧道冻害评价方案实例 19
4.1 感知层 19
4.1.1 昆仑山隧道背景 19
4.1.2 昆仑山隧道冻害评价信息采集方案 20 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
4.2 网络层 22
4.3 数据处理层 22
4.3 应用层 24
4.3.1 Web服务 24
4.3.2 隧道冻害信息系统应用 25
4.4 方案优点 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 研究背景与意义
据统计，地球陆地总面积为1.489×108 km2，占地球表面积的29.2 %。其中，多年冻土面积占全球陆地总面积的25 %左右[1]，寒区则分布的更加广泛。中国的寒区面积为4.174 × 106 km2，占领土总面积的43.5 %[2]。在这些寒区修筑隧道，不可避免的会受到冻害的影响，从行车安全和隧道运营等方面考虑，急需提高隧道在冬季的抗冻害能力。
在我国，气候分区的划分标准是现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176，将全国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区等五个气候区[3]，如图1.1所示。在中国的东北、华北地区，以及西北、西南地区，由于受到高纬度和高海拔等因素的影响，气候十分寒冷。在这些寒区修建的隧道，十分容易产生隧道冻害的现象。隧道冻害发生之后，不仅会对隧道衬砌结构造成不同程度的破坏，而且还会对隧道的行车安全造成非常大的威胁。因此，隧道在冬季运营使用时需要投入大量人力和物力来处理冻害，这对社会造成了巨大的经济损失。由于冻害问题十分严峻，隧道管理者在面临这些冻害时，需要一套科学有效的冻害评价方案来指导冻害治理工作 [4]。
图1.1 中国建筑气候区划图
为深入贯彻党的十九大精神，落实中央关于交通运输工作的重要指示精神，新时期的交通运输工作将围绕建设交通强国的发展战略。在这样的战略背景下，在中国这些寒冷地区或是严寒地区将修筑更多的隧道。无论是在技术规模还是工程要求方面，与已建筑的隧道相比，这些新建或拟建隧道都有着更苛刻的要求。
由于现有技术条件的制约，隧道冻害信息化管理存在很多缺点，隧道冻害治理仍旧无法满足施工标准化、管理信息化的要求。因此，在信息化技术不断发展成熟的新环境下，如何通过信息技术准确而快速地掌握隧道的冻害信息，及时指导冻害施工，实现寒区隧道冻害数据的信息化管理，满足隧道冻害数据共享与深度挖掘的需求，是隧道研究者需要解决的棘手问题。本文研究具有明确的工程应用背景与迫切的技术创新需求。
1.2 国内外研究现状
据日本、挪威和中国的冻害统计资料显示，日本（1999年）铁路全线3 819座隧道中，发生冻害的隧道竟然达到了2 135座，约占全部隧道的56 %，冬季因隧道冻害导致行车安全事故时有发生；挪威（1990年）国内几乎所有的铁路隧道都出现了不同水准的漏水、开裂及积冰等冻害；中国（2014年）全线11 516座铁路隧道，发现存在冻害的隧道有5 990座，占总隧道的52 %，在这里面有2 937座发生严重冻害，占隧道总数的26 %。由此可见，隧道冻害无论是在国内还是国外，都是一个棘手的问题，如何有效处理冻害是隧道管理者工作的重点。
我国目前所修建的寒区隧道主要是分布在东北等纬度比较高的区域及西北海拔较高的区域，铁路隧道设计规范（TB 100032005）规定在气温低于5 ℃的寒冷和严寒地区，隧道洞口段应采取防寒保温措施[5]，但由于规范中关于寒区隧道防寒保温技术方面的描述不够系统全面，因此国内隧道保温防寒设计多以隧道工作积攒的经验为主，冻害治理缺少系统方案的指导。
我国地域辽阔，受地理位置、地质条件等因素的影响，修建在这些寒区的隧道产生冻害的原因十分复杂，冻害治理工作不能一概而论，必须有针对性地采取治理措施。国内近年来有关部门组织大量专家学者在隧道冻害产生机理分析和研究、寒区隧道温度场[6]、隧道保温隔热材料及其他保温防寒技术措施的研究应用，以及防冻衬砌结构设计原理等诸多方面[7]都颇有成效，为我国寒区隧道建设和管理做出了积极的推动作用。如：
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