关于研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术论文
研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术
研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术一、隧址所在区域自然环境高原是指海拔高度在500m以上的地区，世界高原分布甚广,连同所包围的盆地一起，大约占地球陆地面积的45%。
中国境内有青藏高原、云贵高原、内蒙古高原、黄土高原等四大高原。
青藏高原地势高，平均海拔4000m以上，多雪山冰川;云贵高原地形崎岖不平,海拔1000~2000m,多峡谷及典型的喀斯特地貌;内蒙古高原是蒙古高原的一部分,海拔1000~1400m;黄土高原是世界著名的大面积厚层黄土覆盖的高原，海拔800～2500m,沟壑纵横，植被少,水土流失严重为世界罕见。
高原地区长期面临着多年冻士的地质构造，高寒缺氧、千旱少雨的环境和脆弱的生态等世界铁路建设难题。
我国高原铁路建设由于纬度低、海拔高、日照强烈、地质构造运动频繁等特点，与普通地区相比较，接受太阳辐射多，日照时间长，气压低，氧气含量少气侯环境相对恶劣;受河流和冰川的侵蚀和切割作用明显,地质条件相对复杂,生态环境相对脆弱;普遍人口稀少，交通闭塞，物流不畅,建筑资源相对匮乏,增加了铁路建造技术难度，因此对高原铁路建造技术进行系统研究总结，对高质量建设我国高原铁路，有效推动铁路沿线城市的文化交流和经济发展有着重要的现实意义。
二、桥涵工程施工技术（一）桥梁施工关键技术1.低温环境下早强高性能混凝土施工技术在高原多年冻士区进行混凝土施工，面临着高原缺氧、负温施工、冻士和环境保护等多方面的难题，混凝士施工技术方案必须体现以人为本、成熟有效、安全可靠、顺应环保的指导思想，桥梁下部结构混凝士选用DZ系列低温早强高性能混凝士，其主要性能特点是：（1）超塑化：在坍落度200mm条件下，混凝土不泌水不离析，便于施工，易于密实。
（2）负温增强效果明显：在单位胶凝材料用量相同条件下，DZ型混凝士在规定温度为-20°C 的条件下，7d 和28 d 的抗圧：度比同期基准混凝士分別提高20%～40％和10%~25%. （3）对冻士层的热挠动小;当人模温度在5C左石时，离钻孔灌注桩表面20cm 处冻土的最大温升为3℃,离桩表面1m处冻士的最大温升为0.66°C,离桩表面2m处最大温升为0.21°C(去除环境温度影响因素）。
高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究
高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究一、概述随着我国基础设施建设的不断推进，隧道工程在高原寒区的发展日益增多。
高海拔寒区隧道工程面临着诸多挑战，其中冻胀问题是影响隧道结构安全和长期稳定性的关键因素之一。
冻胀现象不仅会导致隧道衬砌开裂、剥落，甚至引发更为严重的结构性破坏，而且会显著增加隧道的维护成本和运营风险。
本文旨在深入探讨高海拔寒区隧道冻胀机理，并在此基础上，研究有效的隧道保温技术。
通过文献综述，分析当前关于隧道冻胀机理的研究现状，明确现有研究的不足和未来研究的方向。
结合实地观测和室内试验，系统研究高海拔寒区隧道冻胀的物理和力学特性，揭示冻胀发生、发展的一般规律。
进一步，利用数值模拟方法，模拟不同工况下隧道的冻胀过程，分析冻胀对隧道结构的影响程度。
在深入理解冻胀机理的基础上，本文将重点研究隧道保温技术。
通过对比分析不同保温材料的性能，选择适用于高海拔寒区隧道工程的保温材料。
接着，设计合理的保温结构，并通过试验验证其保温效果。
结合经济性和实用性，提出一套适用于高海拔寒区隧道工程的保温技术方案。
本文的研究成果将为高海拔寒区隧道工程的设计、施工和维护提供科学依据，对于提高隧道工程在恶劣环境下的安全性和耐久性具有重要意义。
同时，本研究也将为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供参考和借鉴。
1. 研究背景及意义随着全球气候变化和我国基础设施建设的快速发展，高海拔寒区隧道工程日益增多。
这些隧道工程在建设与运营过程中面临着诸多挑战，其中冻胀问题尤为突出。
冻胀是指在低温条件下，土体中的水分冻结成冰，体积膨胀，从而对隧道结构产生应力，导致隧道衬砌开裂、变形甚至破坏的现象。
高海拔寒区隧道的冻胀问题不仅影响隧道结构的稳定性，还可能导致运营中断、维修成本增加，甚至引发安全事故。
高海拔寒区隧道冻胀机理的研究对于揭示冻胀现象的本质、预测冻胀发展趋势、优化隧道设计及施工方案具有重要意义。
针对冻胀问题开展保温技术研究，可以有效控制冻胀现象，提高隧道结构的耐久性和安全性。
研究高原高寒地区桥隧冻融劣化机制与防控机制一
研究高原高寒地区桥隧冻融劣化机制与防控机制摘要：高原高寒地区，隧道施工处于低气温、低气压的施工环境中，比之一般地区，混凝土在施工中和运营期间的冻融破坏、内燃动力设备的效率降低、施工中的通风排烟等均需采取特殊的施工措施。
随着我国铁路快速发展，冻土严寒已经严重影响了铁路的性能，急需新技术来解决这一铁路难题。
铁路是综合交通运输系统的骨干，是建设现代化经济体系的重要支撑，是全面建设社会主义现代化国家的先行领域。
铁路科技创新是国家科技创新体系的重要组成部分，是引领铁路发展的第一动力。
为持续推进铁路科技创新，推动铁路高质量发展，支撑科技强国、交通强国建设，根据国家和行业相关规划部署，制定本规划。
一．桥隧冻融劣化机制混凝土冻融破坏，是由于混凝土中的水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土破坏。
铁路在冻土的冻结和融化反复进行的作用下，路基会出现翻浆，冒泥，沉降变形等现象，使得钢轨扭曲变形，变得高低不一，给列车行车带来严重危害。
二．研究目的1.为解决冻土冻结和融化给铁路行业带来的折磨，增加铁路使用寿命，减少冻土给人工带来的伤亡，实际冻土情况减缓了铁路施工速度，阻碍铁路的发展。
2.冻融劣化机制影响全球铁路的发展，研究此机制，为了更好的解决现有的实际情况和展望未来的发展前景。
三．混凝土的冰冻破坏1.混凝土的冰冻破坏混凝土或钢筋混凝土是隧道衬砌中采用的最普遍的材料，也是维持隧道功能的主要结构体。
因此，研究隧道的冻害，首先要考虑混凝土的冻害。
混凝土的冻害最常见的表现形式是开裂和剥落。
混凝土冻害在硬化过程中可分为以下两种情况:(1) 从混凝土灌注后到凝结硬化初期阶段受到的冻害;(2)硬化后的混凝土因冻融反复作用而受到的冻害。
我国的《混凝土施工规范》中明确要求混凝土在输送和养护过程中混凝土不得受冻，因此，本文对第一种情况刁祠再考虑，文中提到的混凝土冻害均指硬化后混凝土的冻害。
研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术
研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术有关统计资料表明，全球多年冻土区、季节冻土区、瞬时冻土区的总面积约占陆地总面积的二分之一，其中多年冻土面积约占陆地总面积的四分之一。
冻土区除南极外主要分布在俄罗斯、加拿大、中国北方地区、蒙古、日本、美国阿拉斯加地区、欧洲北部地区等。
在俄罗斯和加拿大，多年冻土区的总面积超过其国土面积的一半。
美国的阿拉斯加地区，有四分之三的面积是多年冻土，这占美国国土总面积的15%。
日本和欧洲北部等国家，寒区冻土的分布范围也非常广泛。
中国的冻土面积排在世界第三位，为417.4万平方公里，占国土面积的43.5%,其中多年冻土面积为215万平方公里,占冻土总面积的51.5%，占国土面积总的22.3%。
多年冻土区主要分布在西部青藏高原、东北大兴安岭、小兴安岭等地，其中青藏高原地区的多年冻土面积分布最为广泛，占我国多年冻土面积的70%，其海拔及冻土分布堪称世界之最。
我国季节冻土区和瞬时冻土区的分布也较为广泛。
在这片广袤的寒冷冻土区储藏着丰富的煤炭、天然气、石油、金属矿产等，为了能够充分开发这些资源，修建交通设施首当其冲。
铁路具有运输量大、安全可靠、运费低廉等优点，是我国能源运输的主要通道。
而修建铁路时，为了优化线路缩短行程，必然会修建大量的隧道。
以中国为例，随着西部大开发战略和振兴东北老工业基地政策的实施，对于交通基础设施建设的需求也在不断增加，在寒区甚至严寒地区有大量的铁路已经开通运营或正在规划筹建，隧道的规模和数量与日俱增。
在寒冷地区修建的铁路，隧道冻害问题已经是困扰工程界的一大难题。
受寒冷环境的影响，我国北方铁路隧道冻害的现象比较严重，比较常见的冻害有衬砌渗漏水挂冰、衬砌结构冻胀开裂、基底翻浆冒泥、道床冻胀隆起、排水系统冻结堵塞等。
这些冻害一旦发生，将会影响铁路的正常运营、危及行车安全，甚至还会影响隧道的健康服役、降低使用年限。
因此铁路交通部门每年都会安排大量人员处理因隧道冻害，为此而花费大量的人力、财力和物力，造成巨大的经济损失和资源浪费。
寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究
寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究1 引言高寒区的公路铁路隧道因受独特的气候影响，在施建及营运过程中除常规性病害之外还有衬砌开裂、酥碎、剥落、顶部及边墙挂冰，底部滴水、洞门墙开裂及洞口热融滑塌等特殊病害形式。
这些冻害使得隧道衬砌遭受不同程度的损伤与劣化，且出现的挂冰、冻胀侵入建筑限界而危及行车安全，不仅造成较大的安全隐患，也降低了隧道的使用功能。
在我国北方地区由于较大差异的温差现象引起隧道围岩间液体的冻融循环，冻胀变形对围岩及隧道结构产生不可逆的损伤性，并加剧围岩缩胀、损伤、开裂等一系列物理变化及可能的化学，使得围岩失稳及隧道冻害现象显著出来。
2 主要冻害现象分析对高寒区大量隧道冻害实例进行调查分析，可将寒区隧道冻害现象分为五类：①衬砌漏水、挂冰；②衬砌开裂、酥碎、剥落；③洞门墙开裂；④隧道底部冒水、积水、冻胀；⑤隧道洞口处热融滑塌。
（1）衬砌漏水、挂冰在排水系统不通畅的情况下，围岩内的地下水或融冰水由隧道衬砌向内渗漏。
渗漏水量的大小和出水点的位置不固定，随年降水量的变化而变化。
渗漏水量及位置随衬砌后背储蓄蕴含量及衬砌质量有关，一般说来，衬砌后背水量充足衬砌质量越差则渗漏量越多，且主要在施工缝或混凝土含蜂窝及麻面的地方渗漏。
在温度在冰点之下时渗漏水凝固成挂冰，主要集中于拱顶部位。
（2）衬砌开裂、酥碎、剥落衬砌裂缝形态可分为环向、纵向及斜向三种形式。
衬砌产生裂缝的原因除围岩情况、混凝土质量、结构类型和施工影响等因素相关外，由于冻土地区气温的日较差及年较差都很大，衬砌所产生的温度应力与冻胀力是寒区隧道衬砌开裂最主要的原因。
隧道衬砌环向开裂是垂直轴向的衬砌开裂，是寒区隧道出现冻害特性，其环向裂纹的形成及发展与地质关系往往不是很大，主要是集中于施工缝上。
这些裂缝虽然对隧道衬砌结构的受力影响不大，但当其数量增多时为地下水渗漏提供了通道，且也导致衬砌受风化剥蚀作用也更为强烈。
（3）洞门墙开裂隧道洞門墙的开裂，在隧道工程中较为普遍存在，但在寒区出现得具有其特性，隧道洞门墙产生开裂最主要的原因是温度应力的影响。
高寒地区混凝土冻融破坏演化规律与劣化防控研究
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高寒高海拔地区公路桥梁的病害机理与加固路径分析
高寒高海拔地区公路桥梁的病害机理与加固路径分析发布时间：2021-12-24T05:42:17.167Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：卜布[导读] 高原海拔高、气候严寒多变，分布在此的多年高寒冻土具有特殊性与复杂性，冻土地表活动层随着季节的变化而融化和冻结，地表以下为常年处于冻结状态的冻土层。
在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，随至而来的即是冻胀、融沉、裂缝等桥梁构筑物常见病害的产生。
卜布青藏公路分局当雄公路养护段西藏拉萨 851500摘要：高原海拔高、气候严寒多变，分布在此的多年高寒冻土具有特殊性与复杂性，冻土地表活动层随着季节的变化而融化和冻结，地表以下为常年处于冻结状态的冻土层。
在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，随至而来的即是冻胀、融沉、裂缝等桥梁构筑物常见病害的产生。
关键词：高寒高海拔地区；桥梁病害机理；加固前言高寒高海拔地区气候条件严寒多变，其地表活动层随着季节的变化而而融化和冻结，且地表以下是常年处于冻结状态的冻土层。
在这样的地质条件下修筑公路或铁路，使原有的地表热平衡条件及生态环境遭到破坏，冻胀、融沉、裂缝是桥梁构筑物最常见的病害。
路基桥涵等线下工程构筑物一旦发生危害，轻则影响行车过程，重则导致行车安全。
在运营阶段，改变了建桥地段地表的热平衡，使地基多年冻土产生衰退或融化。
施工过程中热量大量传入，引起地基冻土融化下沉，造成墩台短期内产生沉降，导致桥上部结构变形。
当地基多年冻土含冰量大，且多年冻土温度较高，在恒载作用下，地基产生蠕变而沉降，引起结构物长期下沉。
一、冻土的工程特点冻土与自然界中其他岩土相比，因其温度和含冰特性而具有特殊的工程性质。
在外部荷载作用下，由于土体中水分在冻结过程中的重分布伴随着压力产生，使土粒结构、密度发生变化形成冻胀；当冻土融化时，在自重和外荷载作用下产生排水固结，土层压缩变形造成沉降。
寒区隧道冻害形式和成因分析与防治措施论文
寒区隧道冻害形式和成因的分析与防治措施的研究【摘要】冻害是寒区隧道中最主要的病害，本文详细探讨了隧道冻害的多种表现形式，并从土中水、负温和边界约束三个方面分析了冻害产生的原因，最后提出了提高隧道结构自身的抗冻能力、防排水能力、保温能力和隧道围岩注浆法等防治措施。
引言我国冻土面积分布非常广泛，有50%以上的国土面积属于寒区，对于位于寒区的隧道来说，存在各种各样的问题。
通过对已运营的寒区隧道调查发现，寒区隧道中有80%以上都存在冻害现象，其中60%的隧道发生渗漏，24%的出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌等问题，每年各地区和相关交通企业对这些冻害隧道的维修养护费用数量惊人，因此，深入研究和解决寒区隧道的冻害的问题势在必行。
1 寒区隧道冻害的主要表现形式（1）衬砌开裂：多年冻土及严寒地区铁路隧道普遍存在衬砌开裂的问题，衬砌开裂分为环向、纵向及斜向三种形式。
衬砌产生的温度应力和冻胀力的作用是寒区隧道产生开裂的主要原因。
（2）隧道洞口段冻胀破坏：处于多年冻土区的隧道，在隧道的进出口处也均处于多年冻土中，隧道开挖后，由于注浆、喷射混凝土、施工放热和模注混凝土而放出大量的水化热使得隧道开挖部分范围内的多年冻土出现融区，水化热释放完毕，隧道洞口部分开始冻结，导致初期支护和二次衬砌最终开裂、变形，从而出现渗水、挂冰等，严重的可使洞口严重变形以至倒塌。
（3）隧道贯堂风的病害：多年冻土区的外部大气常年平均气温基本在0℃以下，隧道内由于通风的作用，使得沿隧道纵向有可能形成一条冻结的柱状带，从而再次改变隧道内衬砌和围岩的应力状态。
（4）冰丘及冰椎：在多年冻土区的河滩、阶地、沼泽地及平缓山坡和山麓地带，常常会看到像坟丘一样的土包，大小不一，有的呈单分布，有的成串成片分布，这些丘状的土包称为冰丘，也称冻胀丘。
当隧道进出口在富水区时，就有可能在进出口的明洞或洞门口或明洞内形成冰丘，直接导致东门开裂和错台，有的甚至破坏洞内衬砌。
当隧道的进口处于低洼富含水地段时，就有可能在条石砌筑的洞门墙下或洞顶边坡坡脚处形成危害性极大的冰椎；当隧道内排水性能不好时，水也会从洞门与路基边坡的坡脚处渗出形成冰椎。
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关于研发高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术论文
这次所写论文针对高原高寒地区桥隧结构的冻融劣化问题，从机理分析、影响因素、防控技术等方面进行了深入研究。
通过对冻融过程的细致刻画，以及考虑环境因素和材料性能退化的综合影响，提出一系列针对性的防控措施，为提高桥隧结构在高原高寒环境中的耐久性和安全性提供了理论支持和实践指导。
一、引言
有关统计资料表明，中国的冻土面积排在世界第三位，为 417.4 万平方公里，占国土面积的 43.5%，其中多年冻土面积为 215万平方公里，占冻土总面积的51.5%，占国土面积总的22.3%。
多年冻土区主要分布在西部青藏高原、东北大兴安岭、小兴安岭等地，其中青藏高原地区的多年冻土面积分布最为广泛，占我国多年冻土面积的 70%，在寒冷冻土区储藏着丰富的煤炭、天然气、石油、金属矿产等，为了能够充分开发这些资源，修建交通设施成了最为关键的一环。
铁路具有运输量大、安全可靠、运费低廉等优点，是我国能源运输的主要通道。
而
修建铁路时，为了优化线路缩短行程，必然会修建大量的隧道。
在寒区甚至严寒地区有大量的铁路已经开通运营或正在规划筹建，隧道、的规模和数量与日俱增。
在我国高原高寒地区，由于特殊的地理环境和气候条件，桥隧结构经常面临冻融循环、材料劣化等问题。
这不仅缩短了桥隧的使用寿命，还对交通安全造成了严重威胁。
因此，开展高原高寒地区桥隧冻融劣化机理与防控技术的研究，对提高桥隧结构在恶劣环境中的耐久性和安全性具有重要意义。
二、我国高原高寒铁路TBM首次实现地面远程操控始发
本资料引用新华社2021年9月14日报道，国内首台应用于高原高寒铁路的大直径TBM——“雪域先锋号”14日成功实现地面远程操控始发，标志着我国高原高寒地区长大隧道智能化施工迈入新阶段。
该高原铁路隧道长37.9公里，为特长深埋隧道，地质条件极其复杂，需长距离、大断面穿越高地震烈度活跃区等，属极高风险隧道。
针对高原高寒长大隧道的极限施工环境，中铁隧道局集团对“雪域先锋号”TBM进行了针对性定制。
“雪域先锋号”全长245米，重约2500吨，采用了加强型刀盘设计，同时主轴承也采用了特殊设计，能够满足TBM在极端条件下的长距离掘进。
在应对岩爆地质方面，安装了集成岩爆检测系统，能够进行24小时不间断监测。
三、高原高寒地区桥隧冻融劣化的机理分析
1. 冻融循环的过程：桥隧结构的冻融循环主要受到气温、湿度、水等因素的影响。
当气温低于0℃时，桥隧结构表面开始结冰，内部含水量逐渐增加；随着气温的升高，冰层逐渐融化，水分开始渗透到桥隧结构内部；当气温再次降低时，
桥隧结构内部的水分结冰，导致结构产生冻胀压力。
反复的冻融循环会导致桥隧结构的劣化。
2. 材料性能的退化：在冻融循环过程中，桥隧结构的材料性能会发生退化。
一方面，水分渗透到结构内部会导致混凝土的抗压强度和抗折强度降低；另一方面，冻胀压力会使得桥隧结构的内部应力重新分布，导致结构变形和裂缝的产生。
四、高原高寒地区桥隧冻融劣化的影响因素
1. 气候条件：气候条件是影响桥隧结构冻融循环的主要因素之一。
气温的波动范围、湿度的高低以及降雪量等都会影响桥隧结构的冻融循环次数和程度。
2. 结构设计：桥隧结构的设计对其耐久性和安全性有着重要影响。
结构设计不合理可能会导致水分易渗入结构内部，或者导致结构内部应力分布不合理，从而加速结构的劣化。
3. 材料性能：桥隧结构的材料性能对其耐久性和安全性也有重要影响。
例如，混凝土的抗压强度、抗折强度、抗冻性等都会影响其抵抗冻融循环的能力。
五、高原高寒地区桥隧冻融劣化的防控技术
1. 优化结构设计：通过优化结构设计，降低水分渗透到结构内部的风险，同时使得结构内部应力分布更加合理，以增强结构的耐久性和安全性。
2. 加强防水措施：加强防水措施可以有效地防止水分渗透到桥隧结构内部，从而降低冻融循环对其的影响。
在高寒地区隧道施工中所用的防水层主要由防水板和缓冲垫层两部分组成，并且根据不同的施工环境和地质条件可以选用全包、半
包、局部防水等形式，并且在防水层设计时按照分区防水的原则，采用在施工缝上设置背贴式止水带并与防水板焊接风趣的分舱的方式将防水区域划分为若干个较小的防水区，这样方便后期维护以及运营过程中出现漏水问题的处理。
3. 选用耐寒耐旱材料：选用耐寒耐旱的材料可以增强桥隧结构在高原高寒环境中的耐久性和安全性。
例如，可以选择使用具有较高抗压强度和抗折强度的混凝土，或者使用具有优良抗冻性的钢筋等。
4. 采取保温措施：采取保温措施可以降低桥隧结构受到冻融循环的影响。
例如，可以在桥隧结构的表面设置保温层，或者在结构内部设置加热系统等。
5. 加强监测和维护：加强桥隧结构的监测和维护可以及时发现并处理问题，从而延长其使用寿命和安全性。
例如，可以通过定期检查桥隧结构的外观和使用状况，以及定期进行材料性能测试等措施来加强监测和维护。
六、高寒地区隧道施工防排水技术
(1)围岩注浆堵水技术
此技术就是向需要进行防水处理的含有丰富地下水或者破碎的围岩中注入一定配合比的浆液的技术，此浆液在被注入之后对地层起固结作用。
(2)施工缝和变形缝防水技术
在隧道施工中，施工缝和变形缝是发生渗漏的重点部分，尤其在高寒地区，由于气温较低容易引发混凝土收缩或不均匀沉降，导致出现沉降缝以及伸缩缝等变形缝的出现，所以应该采取止水条或止水带的方式进行防水处理，且在高寒地区通常采用中埋式CB型止水带或CP型止水带来满足高寒地区施工环境中对防水的要求。
(3)环向排水盲管技术
此技术主要适用于围岩与初支间、初支与防水板之间，其主要作用就是为地下水提供排到纵向排水管中的通道。
在进行环向排水盲管的设置中，应根据施工区域中地下水的具体发育状况来确定盲管的设置间距以及盲管的管径材料和尺寸。
(4)缓冲排水层技术
在高寒地区隧道施工中在防水板背面进行缓冲排水层的设置，其既可以起到排水作用，还能防止静力穿刺对防水板的破坏。
通常对缓中排水层有以下要求：要求其质量密度应不低于300g/m3，且厚度适中；具有良好的导水性以及柔性；具有良好的防腐蚀性能，并能抵抗含有特殊成分地下水对防水板的侵蚀能力。
七、结言
在高寒地区进行隧道施工中，对于洞口段应采用相应的防冻技术进行冻害预防，并采用防冻效果好的保温隔热材料进行施工，确保高寒地区的隧道施工质量。