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1、第36卷第4期北京工业大学学报Vo.l36No.42010年4月JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYApr.2010隧道冻害等级的划分1,21,21罗彦斌,陈建勋,王梦恕(1北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;2长安大学桥梁与隧道陕西省重点实验室,西安710064)摘要:为了给隧道冻害防治提供基本依据,通过分析隧道冻害发生的条件,选取气候和地下水条件作为等级划分的主要因素.在划分气候的寒冷程度和地下水危害程度的基础上,采用综合评判的方法,对隧道冻害等级进行划分.结果表明,气候和地下
2、水条件是影响隧道冻害程度的最主要因素;气候条件选取最冷月平均气温和冻结深度2个控制指标,将隧道所处地区的寒冷程度划分为5级;地下水条件选取赋存与补给形式和渗入隧道情况2个指标,将地下水的危害程度划分为5级;综合考虑气候和地下水条件对隧道冻害程度的影响,将隧道冻害等级划分为5级;全多年冻土隧道的气候条件虽然更加恶劣,但是隧道处于含冰围岩中,常年处于冻结状态,冻害现象并不严重,只是在隧道开挖过程中人为影响或暖季促使围岩融化,冻害等级可划分为级.关键词:隧道工程;冻害;综合评判中图分类号:U4572文献标志码:A文章编号:0254-0037(2
3、010)04-0458-05隧道冻害等级的划分,不仅便于隧道冻害防治措施的制定,而且可以为寒区隧道工程的设计和施工提供指导.然而,在国家颁布的有关隧道设计与施工的规范中,寒区隧道的内容十分欠缺.青藏铁路高原冻土区工程设计暂行规定中只根据青藏高原多年冻土的特点,对多年冻土地区的隧道工程设计和施工[1]进行了一般说明.公路隧道设计规范(JTGD702004)中规定:寒冷和严寒地区有地下水的隧道,最冷月份平均气温低于-10时,应采用深埋中心水沟;最冷月份平均气温低于-25时,应在隧道下设防寒泄水洞.这些规范根本不能满足寒区隧道设计
4、的需要,无法正确指导工程技术人员进行设计与施工,因此,迫切需要对隧道冻害程度进行分级,以便制定相应的防冻措施.[2]目前,对于隧道病害等级划分的研究很多,已经由定性划分向定量划分、单因素划分向多因素综合划分的方向发展,但是对于隧道冻害的分类、分级研究相对较少.铁道部第二勘察设计院根据最冷月平均[3]温度和最大冻结深度对寒区铁路隧道进行了划分,但是,仅仅从气候条件这个单一因素对冻害等级进行了划分,而影响隧道冻害发生的因素很多,其中最主要的就是温度和水,因此,有必要在综合考虑气候和地下水条件的基础上,对寒区隧道冻害进行等级划分.作者首先采用最冷月
5、平均气温和冻结深度2个指标对寒冷程度进行划分;然后,采用地下水的赋存与补给形式和渗入隧道的情况2个指标对地下水的危害程度进行划分;最后,在综合考虑气候和地下水条件对隧道冻害影响的基础上,采用综合评判的方法对隧道冻害等级进行划分.1冻害产生的原因目前,通过对大量寒区隧道的调查研究发现,在寒冷或严寒地区,发生冻融或冻胀现象是正常[4]的,也是客观存在的,其主要表现可分为6类:隧道衬砌漏水、挂冰;隧道底部冒水、积水、冻胀;隧道衬砌开裂、酥碎、剥落;隧道洞门墙开裂;地表截排水沟、出水口冻结;隧道洞口处热融滑塌.收稿日期:2009-04-18
6、.基金项目:国家西部交通建设科技资助项目(200731881267);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-07-0118).作者简介:罗彦斌(1980),男,陕西干阳人,博士研究生.第4期罗彦斌,等:隧道冻害等级的划分459工程实践证明,围岩发生冻害是需要条件的,首先环境温度需在0以下,而且低温的时间要足够长;二是要有水的存在,围岩中需要有足够的含水量;三是围岩性质必须能允许冻胀发生,例如岩层和粗粒土一般是不会冻胀的;四是基础资料不准确,设计和施工中对防冻问题没有考虑或考虑不周全,治水措施不当,施工不规范,防排水材料及混凝土
7、施工质量存在缺陷,导致冻害发生.分析以上4个冻害发生的条件,温度和水是必要条件,可以说所有的冻害现象都与这2个因素相关.围岩性质和施工措施是冻害发生的充要条件,当围岩性质具有冻胀特性时会发生冻胀破坏,当施工措施不当时会恶化冻害情况,但衬砌挂冰、路面结冰、出水口冻结等冻害现象显然不是由围岩的冻胀性和施工措施不当引起的.由此可见,温度和水是隧道冻害发生的必要条件,可以说是缺一不可的.因此,对于隧道冻害等级的划分,应该选取气候和地下水条件作为其影响因素.2气候对隧道冻害的影响气候是隧道冻害产生的基本条件之一,只有气温在0以下,才会有冻害发生的可
8、能性.在寒区隧道中常用的气候参数有年平均气温、年平均地温、最冷月平均气温、冻结指数、冻结深度和冻结时间等.对于隧道工程,最直观的就是地温,只有地温低于0,才会具备
