寒区隧道现行设计方法是基于隧道开挖前的冻土状态,按季节冻土段、多年冻土段、非冻土段进行分段设计的,并认为各分段之间的界限基本不变。但负年平均气温区的局部多年冻土隧道和非多年冻土隧道在贯通运行后,洞内气温会逐渐降低,非冻土段围岩会沿隧道径向和纵向逐渐冻结产生新生多年冻土,引起隧道渐冻而形成“渐冻隧道”。隧道渐冻后改变了围岩的冻融状态,原来的分段设计方法便不再适用,将导致防排水系统失效、衬砌冻胀开裂等病害,数十年后全球变暖影响又会产生冻土渐融而引发围岩失稳等病害。本文依托国家自然科学基金面上项目(51778475),在大量收集整理负年平均气温区已建隧道资料的基础上,采用统计对比、理论分析、工程资料调研等研究手段,在研究揭示渐冻隧道现象的基础上,论述渐冻隧道的演化模式,分析隧道渐冻渐融时的潜在病害,并提出渐冻隧道衬砌结构、隔热保温及防排水系统的病害解决对策。本文主要开展以下研究工作:1)收集整理负年平均气温区已建隧道外的气温、地面温度、隧道内气温随纵向的变化、围岩界面温度、围岩冻融变化等资料,研究它们之间的关系,着眼于负年平均气温区这个关键温度点,分析局部多年冻土隧道内温度沿横向、纵向的发展规律,研究揭示渐冻隧道现象及其演化模式;2)研究总结负年平均气温区隧道衬砌结构防抗冻、隔热保温和防排水系统的设计思路和方法,分析研究隧道渐冻和渐融情况下衬砌结构防抗冻、隔热保温系统及防排水系统的潜在病害;3)基于渐冻隧道现象及其潜在病害,研究考虑隧道渐冻和渐融条件下的衬砌结构防抗冻、隔热保温系统及防排水系统的病害解决对策;4)以天山胜利隧道为依托工程进行案例分析,分析当前设计存在的问题与不足,并提出考虑渐冻影响的改进方案。