寒区隧道冻害防治研究进展

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1、桥隧工程寒区隧道冻害防治研究进展12王飞，伍毅敏（1．安徽省交通规划设计研究院，安徽合肥230041；2．中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075）摘要：冻害防治长期困扰寒区隧道，传统方法主要从加强支护衬砌结构、改善防排水效果、采取保温隔热措施等几方面着手，效果仍不理想。论文通过梳理以往寒区隧道冻害防治的基础理论与工程措施，提出供热防冻是解决寒区隧道冻害问题的根本方法，并从节能、环保的角度对衬背U型供热管方法和施工缝衬背双源供热排水防冻方法进行了探讨，可供进一步研究和试验参考。关键词：寒区隧道；防冻；保温；供热；设计施工中图分类号：U455文献标识码：B则冻害不会发生。保温是通过

2、在衬砌内部或表面、排水1引言沟（管）表面铺设保温隔热层，防止围岩、衬砌和排水长期以来，渗漏水及其引发的冻害一直困扰着我国沟（管）进入负温，从而防止冻害发生。供热则是通过北方地区和高海拔地区的隧道。渗漏水会造成路面湿滑、在衬砌内部或表面、以及排水沟（管）表面铺设供热系衬砌结构侵蚀、机电设施损毁或效率降低等不良后果。统，通过外部提哦能够热能使围岩、衬砌和排水沟在寒冷地区，渗漏水与冻害互为因果，进一步引起衬砌（管）始终保持正温，防止冻害发生。根据上述理论，开裂、剥落、挂冰和路面冒水、结冰以及洞口边仰坡热国内外曾采用的具体工程措施如下：融滑塌，严重时导致隧道报废，显著降低隧道服务水平，（1

3、）加强注浆堵水威胁行车安全，大大增加隧道运营养护成本。近年来我在施工过程中，从地表或洞内向围岩内压注浆液充填国投入到寒区隧道冻害治理的费用不断增加，即便如此，围岩裂隙，封堵渗水通道，在隧道周围形成隔水保护圈，仍有多座隧道饱受冻害困扰，甚至废弃。寒区隧道冻害防止地下水流向隧道，由此减轻隧道防水、防冻压力。治理和预防正成为我国隧道研究的一个重要课题。（2）加强支护衬砌排水在围岩表面和初期支护中设置足够密度的半圆排水2寒区隧道冻害防治主要措施管，在初期支护与防水层之间设置足够密度的环向排水寒区隧道冻害是由液态水冻结、体积膨胀而引起。盲管或三维排水板，在衬砌施工缝处使用可排水止水带，液态水

4、冻结成冰直接造成衬砌挂冰和路面结冰等病害；调整排水管路的坡度和连接可靠度，全面提高排水系统液态水冻结过程发生的体积膨胀则会引起很大的冻胀的可靠性和排水效率，从而减轻隧道防水、防冻压力。力，一旦冻胀力超出混凝土的强度，破坏就随之发生筑龙网www.zhulong.com。（3）设置防寒泄水洞理论研究表明，无论是衬砌背后水体，还是混凝土内部对于严寒地区的富水隧道，在隧道正下方开凿防寒孔隙中水体，冻结时产生的冻胀力都十分可观。赖远明泄水洞，隧道和泄水洞通过竖向和斜向的钻孔连接，全等利用弹性粘弹性原理计算衬砌应力，不考虑冻胀时算面降低隧道周边地下水的高度，疏排地下水，从而减轻出衬砌表面的应力

5、比考虑冻胀时的粘弹解小53.9%。正隧道防水、防冻压力。因为如此，单纯提高支护衬砌强度，很难解决寒区隧道（4）全断面设置衬砌隔热保温层冻害问题，国内外隧道冻害防止都立足于防止冻结现象在隧道衬砌表面或二次衬砌与初期支护之间铺设泡的发生。沫等隔热保温材料，使隧道衬砌温度不降至零度以下，防止冻结现象出现有三种手段：排水、保温和供防止隧道冻害发生。热。水是引起冻害的根本原因，如果通过改善隧道防排（5）拱脚局部设置岩棉保温层水系统，使衬砌和围岩在气温降到零度之前完全疏干，根据隧道拱脚温度低于拱圈这一特点，在隧道衬砌作者简介：王飞（1978-），男，高级工程师，主要从事隧道工程设计研究工作。2

6、582010年12期(总第72期)拱脚设置岩棉保温层，使隧道拱脚温度高于拱圈，便于极大，难以推广。尤其是当隧道远离城市时，几乎不可疏排渗水，改善防水、防冻效果。能实现持续供暖。但是，近年来的研究表明：（1）寒（6）设置保温出水口区隧道冻害，尤其是衬砌挂冰、路面结冰、排水沟堵塞出水口处于隧道排水系统最下游，并暴露于外界空等病害主要发生的冻结和消融过程，围岩和衬砌持续冻气中，如不采取措施，往往最早被冻结。因此，寒区隧结时冻害不会发生或发展；（2）为保证隧道安全运营，道出水口应设置在迎风、向阳的位置，表层涂黑或用保隧道洞内空气必须保持一定流动，要使隧道内空气温度温材料覆盖，防止或减缓出水

7、口的冻结，使隧道内液体完全处于正温，难度很大，也没有必要；（3）温度场水能及时排出。测试也表明，隧道冻害主要发生在距离洞口800～100m，（7）设置保温排水沟在长大隧道中部，空气气温一般为正温。基于上述研究为防止隧道排水沟冻结，在排水沟上覆盖隔热保温成果，目前我国隧道冻害防治出现了一个重要的新思层，防止排水沟过早冻结，导致上部排水不畅。路，即通过分时段、分区段对洞口段支护衬砌进行有效（8）设置深埋中心水沟供热，使之保持正温。对于冻深不大的季冻区隧道，可以将中心水沟埋