第一章 青藏高原典型铁路隧道工程概况与特点 1
第一节 隧道工程概况 1
一、风火山隧道 1
二、祁连山隧道 2
三、大梁隧道 4
第二节 高原环境特征 5
一、风火山地区 5
二、祁连山和大梁地区环境特征 7
三、气候状况及降雨量 8
四、生态环境及保护要求 9
第三节 高原地质特征 9
一、风火山隧道工程地质及水文地质 9
二、祁连山隧道工程地质及水文地质 10
三、大梁隧道工程地质及水文地质 11
第四节 隧道工程特点 14
一、自然条件恶劣 14
二、环境保护 14
三、冻土隧道施工技术 14
四、隧道长距离穿越碎屑流地层 14
五、极高地应力软岩隧道大变形 15
六、穿越高压富水软硬结合段落长，施工过程突水涌泥 15
七、高海拔隧道冻害问题严重，防止冻害发生难度极大 16
第二章 寒区隧道洞内环境温度场分析 17
第一节 寒区隧道洞内空气流体力学和传热学理论基础 17
一、流体力学基本概念及性质 17
二、隧道空气动力学基本方程 18
三、围岩传热学理论 19
四、寒区隧道内空气与围岩对流换热耦合控制方程 20
五、Fluent求解寒区隧道内导热与对流换热耦合问题 21
第二节 寒区运营隧道洞内温度场计算分析 22
一、计算模型及相关参数 22
二、自然风速影响因素分析 22
三、洞外环境气温影响因素分析 24
四、洞外环境气温与自然风速综合影响因素分析 25
五、围岩温度（地温）影响因素分析 27
第三节 寒区隧道围岩温度场分析 28
一、计算模型的建立 28
二、边界条件及计算参数的设置 29
三、自然风速计算结果及分析 29
四、洞外环境平均气温计算结果及分析 32
五、围岩初始温度计算结果及分析 33
第四节 祁连山隧道洞内空气及围岩温度场计算分析 34
一、祁连山隧道现场温度实测 34
二、祁连山隧道洞内空气及围岩温度场分析 35
三、小结 37
第三章 风火山隧道冻土围岩保护技术 38
第一节 隧道供热保温与控制系统 38
一、寒季洞内供热风温估算和供热系统加热量计算 38
二、高海拔高寒区隧道专用通风/空调一体化机组的研制 38
三、供热通风系统的控制 41
四、洞内施工防寒保温技术 41
第二节 冻土围岩融化圈深度对隧道稳定性影响分析 44
一、隧道稳定性分析方法 44
二、计算结果与分析 45
三、洞内外环境与岩面温度测试分析 46
第四章 祁连山隧道碎屑流形成机理及稳定性控制技术 55
第一节 碎屑流工程特征与形成机理 55
一、碎屑流定义 55
二、碎屑流工程特征 55
三、碎屑流形成机理分析 56
第二节 隧道穿越碎屑流稳定性控制技术 59
一、碎屑体超前预报 59
二、掌子面封堵 63
三、超前高位泄水 64
四、超前支护 66
五、初期支护 66
六、小结 69
第五章 大梁隧道高地应力薄层板岩隧道大变形控制技术 71
第一节 薄层板岩工程特性 71
一、地质概况 71
二、围岩物理力学性质 71
三、地应力 72
四、软岩变形特性 77
第二节 高地应力板岩隧道大变形机理及分级 79
一、隧道大变形机理 79
二、隧道大变形的分级方法 80
三、大梁隧道大变形等级的划分 81
第三节 支护参数及预留变形量 82
一、现场试验 82
二、极高地应力变形的统计分析 86
三、预留变形量 89
第四节 薄层板岩隧道施工锚杆作用效果 91
一、现场测试 91
二、锚杆控制变形数值模拟分析 93
三、锚杆作用效果分析 95
第五节 薄层板岩隧道格栅与型钢作用效果 96
一、现场试验方案设计 96
二、试验结果 98
三、型钢与格栅支护效果对比分析 99
第六节 薄层板岩隧道施工变形辅助控制技术措施 108
一、大拱脚 108
二、长锁脚锚管 108
三、钢腰带 108
四、湿喷混凝土施工技术 108
五、仰拱换填 108
第七节 小结 109
第六章 富水断层及软硬岩接触带隧道突水涌泥防治技术 110
第一节 隧道施工突水涌泥灾害情况 110
一、第一次突水涌泥 110
二、第二次突水涌泥 110
三、第三次突水涌泥 112
第二节 突水涌泥灾害特征和原因分析 112
一、灾害特征 112
二、灾害原因分析 113
第三节 防治技术 115
一、预报技术 115
二、预警系统 118
三、综合治理技术 124
第四节 小结 131
第七章 严寒地区富水隧道冻害防治技术 133
第一节 国内外寒区隧道冻害调研及冻害程度划分 133
一、国内寒区隧道综合防冻害措施研究 133
二、国外寒区隧道综合防冻害措施研究 137
三、国内寒区隧道冻害调研 141
四、寒区隧道分区 148
五、国内寒区隧道冻害类型及成因分析 149
六、寒区隧道保温排水技术分析 152
第二节 隧道保温段长度分析 155
一、寒区长大隧道洞内温度实测与分析 155
二、不同影响因素条件下围岩温度场变化规律 157
第三节 隧道保温层厚度分析 159
一、极端气温条件下保温层适用范围 159
二、不同气温和地温条件下无保温层温度场分布规律 160
三、不同气温和地温条件下有保温层温度场分布规律 163
第四节 防冻胀内置式保温衬砌结构 165
一、内置式保温衬砌结构形式与参数 165
二、内置式保温衬砌施工 166
三、运营阶段出现的冻害情况 168
第五节 防排水及防冻害技术 170
一、祁连山隧道、大梁隧道施工中涌水情况 170
二、隧道施工阶段的防排水 171
三、严寒地区隧道主要防排水措施设计 177
四、运营阶段冻害情况及附加防寒排水设施 180
第六节 小结 183
第八章 高原隧道施工机械保障技术 185
第一节 高原型工程机械的特殊要求 185
一、青藏铁路早期施工机械设备情况 185
二、高原型工程机械的特殊要求 185
第二节 高原发动机功效测试 186
一、测试系统的搭建 186
二、参数标定 189
三、测试步骤 190
四、新机外特性分析 191
五、旧机外特性分析 193
六、新旧发动机性能对比分析 196
七、工作效率的数学模型 198
第三节 高原空压机功效测试 202
一、测试系统的搭建 203
二、实验结果与分析 205
第四节 高原内燃机功率保持技术 207
一、高原对柴油发动机的影响 207
二、柴油机功率补偿 207
三、柴油机功率匹配 207
四、发动机高原适应性改造技术 208
第五节 设备维修保养技术 210
一、建立完善的设备管理制度 210
二、设备防寒防冻技术及措施 212
三、油料使用与管理 212
第九章 高原隧道施工人员健康保障技术 215
第一节 高原隧道制氧、供氧系统 215
一、高原制氧方式的选择 215
二、供氧方法分析与选择 216
三、供氧量及能耗计算 216
四、系统方案 217
五、制氧、供氧系统运行及使用效果 218
第二节 风火山隧道通风模式及通风设计 218
一、高海拔隧道施工通风标准及系统设计计算方法 219
二、工程特点及对环境控制的要求 222
三、通风系统设计 222
四、GYF-S-100型高原轴流式隧道通风机的研制 223
五、高原轴流风机性能特性的分析与评价 226
六、通风系统工作参数测试结果 227
第三节 祁连山隧道通风系统设计 228
一、通风方案的制定依据 228
二、隧道施工环境标准 228
三、通风管理 228
四、祁连山隧道通风系统设计 229
第四节 洞内空气质量测试分析 233
一、主要试验测试仪器和方法 233
二、风火山隧道洞内空气质量测试分析 234
三、祁连山隧道洞内空气质量测试分析 236
第五节 高原施工人员健康保证技术 238
一、体力劳动强度分级 238
二、高原地区人体技机能测试 240
三、高原环境下的人体机能保障措施 240
第十章 结论与展望 243
第一节 结论 243
一、克服了高原高寒极端环境和多项不良地质问题，成功建设了青藏高原长大铁路隧道 243
二、形成了高海拔、高寒区、多年冻土保护技术 244
三、成功研制和应用了高海拔、高寒区、冻土隧道通风与供热一体化系统，实现了隧道洞内沿程环境气温的全面控制 245
四、分析掌握了寒区铁路隧道洞内空气温度场和围岩温度场规律 246
五、祁连山隧道碎屑流形成机理及隧道稳定性控制技术 247
六、大梁隧道高地应力薄层板岩隧道大变形控制技术 247
七、高原隧道排水防寒技术 248
八、形成了高原隧道制氧、供氧系统技术 248
九、高原隧道施工机械保障技术 248
第二节 展望 249
一、高原、高寒、冻土隧道施工经验不足 249
二、寒区隧道洞内温度场理论需进一步深入 249
参考文献 250
后记 256