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已建公路隧道由于温度变化的影响,不同程度地会出现二次衬砌环向裂缝及由其引起的病害,严寒地区尤为严重。环向裂缝成为隧道渗漏水的通道,导致钢筋锈蚀,降低结构的可靠性。目前对温度作用下二次衬砌纵向变形作用机理、边界约束条件、防水材料工作性能及裂缝控制措施等问题的研究尚不明确。本文介绍了温度应力的概念、类型,基于地基长墙理论,分析了寒区隧道二次衬砌温度应力及裂缝展开的规律,推导了温度应力、裂缝间距、裂缝展开宽度的解析法计算公式。研究发现影响温度应力、裂缝间距以及裂缝展开宽度主要受温差、模锻长度及地基水平阻力系数影响。通过制备室内小型剪切试验仪器与洞室大型剪切试验仪器,对PVC、EVA、复合型PVC、复合型EVA、PVC+缓冲层、EVA+缓冲层六种防水材料组合形式进行剪切试验,模拟隧道复合式衬砌结构工作状态。在不同围岩压力下,测定不同组合形式的地基水平阻力系数,给出了不同材料地基水平阻力系数与围岩压力的函数关系。试验发现室内剪切试验得出的地基水平阻力系数,与基于地基长墙理论给出的地基水平阻力系数推荐值有较大差异。基于试验结果对PVC、EVA两种防水材料做出了评价。现场对欢喜岭公路隧道温度场及二次衬砌环向裂缝进行调查,了解其温度变化规律及衬砌环向裂缝扩展规律,并分析其影响因素。根据试验测出地基水平阻力系数,对欢喜岭隧道Ⅳ级围岩区段进行应力及裂缝计算,通过理论计算与实际情况进行比较,理论计算结果与现场实测结果基本吻合。隧道二次衬砌防水材料剪切试验研究成果为今后公路隧道设计、养护和相关规范的制订提供参考依据,该研究具有重要的工程实践意义和科研价值。