嚴寒地區隧道抗凍防凍措施淺談
2014-06-18 20:42:23都強
新媒體研究 2014年6期
摘 要 凍害是嚴寒地區隧道最長出現的病害，本文從隧道防水措施、排水措施，隔熱措施等方面簡要介紹嚴寒地區防寒方法。
關鍵詞 嚴寒；抗凍；防排水；保溫層
中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0071-02
1 工程概況
后安山隧道位于吉林省圖們市東嘎呀河東岸，為雙線隧道，起訖里程GDK306+029～GDK312+580，全長6551 m。隧道穿越的主要地層為二疊系柯島組（P1k），表層為殘破積得粗角礫土，下伏強-弱風化凝灰質砂巖，巖質堅硬，具變質性，節理、裂隙發育；巖漿活動較為頻繁，隧址區發育多處侵入花崗巖。
圖1 后安山隧道縱斷面示意圖
隧址區年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫為37.7℃，極端最低氣溫為-29.2℃，最冷月1月份平均氣溫-12.5℃，年平均降水量為547.4 mm，年最大降水量為883.0 mm，年最小降水量325.3 mm，年平均降水日數為81天，年平均蒸發量為1249.3 mm，年平均雷暴天數為21天，土壤最大凍結深度181 cm。
2 隧道防排水
根據不完全統計，嚴寒地區只要滲水的隧道幾乎百分之百的存在凍害問題，所以隧道防排水系統的好壞是防止凍害發生的關鍵。
2.1 防水設計
1）圍巖注漿堵水。隧道洞口段500 m范圍內，開挖支護后及時對初支背后空洞及圍巖進行徑向注漿以減小圍巖孔隙率，注漿深度2 m～3 m。
2）混凝土自防水。襯砌混凝土全部采用防水混凝土，暗洞襯砌混凝土一般地段抗滲等級不低于P10，地下水發育地段抗滲等級不低于P12。明洞襯砌均采用防水鋼筋混凝土，抗滲等級不低于P12。
3）防水層防水。與一般隧道一樣隧道拱墻初期支護與二次襯砌間鋪設EVA防水板加土工布的分離式防水層。地下水發育地段采用雙層防水板。
4）施工縫、變形縫防水。
施工縫：環向施工縫全環設置中埋式橡膠止水帶，拱墻設置背貼式塑料止水帶，縱向施工縫采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶。
變形縫：拱墻設置中埋式橡膠止水帶加背貼式塑料止水帶。襯砌外緣與防水板結合部位以聚硫密封膠封堵，襯砌內緣3 cm范圍內以聚硫密封膠封堵，其余空隙采用填縫料填塞密實。
5）拱頂回填注漿。為保證初支與二襯密貼，不形成水囊，對隧道二次襯砌背后進行回填注漿。回填注漿采用微膨脹性水泥砂漿。
2.2 洞內排水設計
1）洞內水溝。本隧道洞口1000 m范圍內設中心深埋水溝和雙側保溫側溝排水，其余地段設普通中心水溝和保溫側溝。
中心深埋水溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚12 cm，并在管身上設直徑2 cm的泄水孔，泄水孔間距40 cm梅花形布置，排水管上方設置反濾層，采用滲水性好、不易風化、級配良好的骨料回填密實，反濾層上方及超挖部分采用C20混凝土回填。保溫層采用15 cm厚容重為300 kg/m3的泡沫混凝土。
側溝采用雙層蓋板，蓋板間填充聚氨酯保溫材料保溫，確保側溝內水流暢通。
圖2 中心深埋水溝示意圖
圖3 保溫側溝示意圖
2）保溫檢查井密封。為防止冷空氣進入檢查井，引起檢查井內水發生凍結，于檢查井井蓋與井壁結合處設置2 cm厚橡膠墊圈以增加檢查井密封性。
3）襯砌背后排水盲溝。設置深埋中心水溝地段，拱墻初期支護與二次襯砌之間設環向盲管，由單根φ80 mm單壁打孔波紋管外包無紡布組成，縱向間距：洞口500 m范圍內為5 m，其他設置中心深埋水溝地段為8 m，地下水發育時，可適當加密；縱向在兩側邊墻底部初期支護與二次襯砌之間設縱向盲管，由1根φ100 mm縱向雙壁打孔波紋管和外包無紡布組成。仰拱下方設φ100 mm橫向導水管（PVC管）及底寬與高均為20 cm的碎石盲溝，碎石頂部鋪設5 cm厚，40 cm寬泡沫混凝土保溫層。縱向間距同環向盲管，碎石盲溝設置見圖4。環向盲管、縱向盲管及橫向導水管采用四通連接，環縱向盲管集水通過橫向導水管直接匯入中心深埋水溝。深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置見圖5。
圖4 隧底橫向碎石盲溝設置示意圖
圖5 深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置示意圖
3 洞外排水設計
隧道低洞口端洞外設置深埋排水暗溝，在洞口橫向一側地勢低洼處或順線路一側前方較近距離地勢較低處順延，埋設于凍結深度以下不小于25 cm，坡度大于5%，排水溝每50 m設置一處檢查井。暗溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚6 cm。排水溝末端設置保溫出水口，保溫出水口采用三排管式。
圖6 保溫出水口設置圖
4 保溫層
在寒冷地區，冷空氣與圍巖的熱交換是產生凍害的主要原因之一，采用鋪設保溫層的措施可以達到隔熱保溫作用，從而大大減小凍融圈的范圍，以確保襯砌背部水不凍結，避免凍害的發生。
本隧道保溫層置于初期支護與二次襯砌之間，由一層5 cm厚硬質聚氨酯保溫板加內外兩層防水板構成，拱墻設置。
圖7 保溫層設置示意圖
5 施工注意事項
1）應特別重視初期支護及圍巖自身的防水能力，嚴格按要求進行防寒徑向注漿施工。
2）初支背后嚴禁存在空洞，對于鋼架背后存在空洞的地方，必須采用注漿加固方式進行填充，以免形成水囊，產生病害。
3）隧道結構防排水必須嚴格按照設計施工，附屬洞室與正洞連接處的防排水系統應與正洞同時同標準完成。
4）防水板及縱橫向排水盲溝必須按設計嚴格施工，必要時適當增加排水盲溝數量。
5）冬季施工時，必須有保溫措施，特別是混凝土施工時必須滿足冬期施工要求。
參考文獻
[1]羅彥斌，陳建勛，喬雄，王夢恕.基于溫度效應的隧道二次襯砌混凝土結構力學狀態分析[J].中國公路學報，2010（02）.
作者簡介
都強（1981-），男，漢族，山西陽城人，大學本科，工程師。endprint
摘 要 凍害是嚴寒地區隧道最長出現的病害，本文從隧道防水措施、排水措施，隔熱措施等方面簡要介紹嚴寒地區防寒方法。
關鍵詞 嚴寒；抗凍；防排水；保溫層
中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0071-02
1 工程概況
后安山隧道位于吉林省圖們市東嘎呀河東岸，為雙線隧道，起訖里程GDK306+029～GDK312+580，全長6551 m。隧道穿越的主要地層為二疊系柯島組（P1k），表層為殘破積得粗角礫土，下伏強-弱風化凝灰質砂巖，巖質堅硬，具變質性，節理、裂隙發育；巖漿活動較為頻繁，隧址區發育多處侵入花崗巖。
圖1 后安山隧道縱斷面示意圖
隧址區年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫為37.7℃，極端最低氣溫為-29.2℃，最冷月1月份平均氣溫-12.5℃，年平均降水量為547.4 mm，年最大降水量為883.0 mm，年最小降水量325.3 mm，年平均降水日數為81天，年平均蒸發量為1249.3 mm，年平均雷暴天數為21天，土壤最大凍結深度181 cm。
2 隧道防排水
根據不完全統計，嚴寒地區只要滲水的隧道幾乎百分之百的存在凍害問題，所以隧道防排水系統的好壞是防止凍害發生的關鍵。
2.1 防水設計
1）圍巖注漿堵水。隧道洞口段500 m范圍內，開挖支護后及時對初支背后空洞及圍巖進行徑向注漿以減小圍巖孔隙率，注漿深度2 m～3 m。
2）混凝土自防水。襯砌混凝土全部采用防水混凝土，暗洞襯砌混凝土一般地段抗滲等級不低于P10，地下水發育地段抗滲等級不低于P12。明洞襯砌均采用防水鋼筋混凝土，抗滲等級不低于P12。
3）防水層防水。與一般隧道一樣隧道拱墻初期支護與二次襯砌間鋪設EVA防水板加土工布的分離式防水層。地下水發育地段采用雙層防水板。
4）施工縫、變形縫防水。
施工縫：環向施工縫全環設置中埋式橡膠止水帶，拱墻設置背貼式塑料止水帶，縱向施工縫采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶。
變形縫：拱墻設置中埋式橡膠止水帶加背貼式塑料止水帶。襯砌外緣與防水板結合部位以聚硫密封膠封堵，襯砌內緣3 cm范圍內以聚硫密封膠封堵，其余空隙采用填縫料填塞密實。
5）拱頂回填注漿。為保證初支與二襯密貼，不形成水囊，對隧道二次襯砌背后進行回填注漿。回填注漿采用微膨脹性水泥砂漿。
2.2 洞內排水設計
1）洞內水溝。本隧道洞口1000 m范圍內設中心深埋水溝和雙側保溫側溝排水，其余地段設普通中心水溝和保溫側溝。
中心深埋水溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚12 cm，并在管身上設直徑2 cm的泄水孔，泄水孔間距40 cm梅花形布置，排水管上方設置反濾層，采用滲水性好、不易風化、級配良好的骨料回填密實，反濾層上方及超挖部分采用C20混凝土回填。保溫層采用15 cm厚容重為300 kg/m3的泡沫混凝土。
側溝采用雙層蓋板，蓋板間填充聚氨酯保溫材料保溫，確保側溝內水流暢通。
圖2 中心深埋水溝示意圖
圖3 保溫側溝示意圖
2）保溫檢查井密封。為防止冷空氣進入檢查井，引起檢查井內水發生凍結，于檢查井井蓋與井壁結合處設置2 cm厚橡膠墊圈以增加檢查井密封性。
3）襯砌背后排水盲溝。設置深埋中心水溝地段，拱墻初期支護與二次襯砌之間設環向盲管，由單根φ80 mm單壁打孔波紋管外包無紡布組成，縱向間距：洞口500 m范圍內為5 m，其他設置中心深埋水溝地段為8 m，地下水發育時，可適當加密；縱向在兩側邊墻底部初期支護與二次襯砌之間設縱向盲管，由1根φ100 mm縱向雙壁打孔波紋管和外包無紡布組成。仰拱下方設φ100 mm橫向導水管（PVC管）及底寬與高均為20 cm的碎石盲溝，碎石頂部鋪設5 cm厚，40 cm寬泡沫混凝土保溫層。縱向間距同環向盲管，碎石盲溝設置見圖4。環向盲管、縱向盲管及橫向導水管采用四通連接，環縱向盲管集水通過橫向導水管直接匯入中心深埋水溝。深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置見圖5。
圖4 隧底橫向碎石盲溝設置示意圖
圖5 深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置示意圖
3 洞外排水設計
隧道低洞口端洞外設置深埋排水暗溝，在洞口橫向一側地勢低洼處或順線路一側前方較近距離地勢較低處順延，埋設于凍結深度以下不小于25 cm，坡度大于5%，排水溝每50 m設置一處檢查井。暗溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚6 cm。排水溝末端設置保溫出水口，保溫出水口采用三排管式。
圖6 保溫出水口設置圖
4 保溫層
在寒冷地區，冷空氣與圍巖的熱交換是產生凍害的主要原因之一，采用鋪設保溫層的措施可以達到隔熱保溫作用，從而大大減小凍融圈的范圍，以確保襯砌背部水不凍結，避免凍害的發生。
本隧道保溫層置于初期支護與二次襯砌之間，由一層5 cm厚硬質聚氨酯保溫板加內外兩層防水板構成，拱墻設置。
圖7 保溫層設置示意圖
5 施工注意事項
1）應特別重視初期支護及圍巖自身的防水能力，嚴格按要求進行防寒徑向注漿施工。
2）初支背后嚴禁存在空洞，對于鋼架背后存在空洞的地方，必須采用注漿加固方式進行填充，以免形成水囊，產生病害。
3）隧道結構防排水必須嚴格按照設計施工，附屬洞室與正洞連接處的防排水系統應與正洞同時同標準完成。
4）防水板及縱橫向排水盲溝必須按設計嚴格施工，必要時適當增加排水盲溝數量。
5）冬季施工時，必須有保溫措施，特別是混凝土施工時必須滿足冬期施工要求。
參考文獻
[1]羅彥斌，陳建勛，喬雄，王夢恕.基于溫度效應的隧道二次襯砌混凝土結構力學狀態分析[J].中國公路學報，2010（02）.
作者簡介
都強（1981-），男，漢族，山西陽城人，大學本科，工程師。endprint
摘 要 凍害是嚴寒地區隧道最長出現的病害，本文從隧道防水措施、排水措施，隔熱措施等方面簡要介紹嚴寒地區防寒方法。
關鍵詞 嚴寒；抗凍；防排水；保溫層
中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0071-02
1 工程概況
后安山隧道位于吉林省圖們市東嘎呀河東岸，為雙線隧道，起訖里程GDK306+029～GDK312+580，全長6551 m。隧道穿越的主要地層為二疊系柯島組（P1k），表層為殘破積得粗角礫土，下伏強-弱風化凝灰質砂巖，巖質堅硬，具變質性，節理、裂隙發育；巖漿活動較為頻繁，隧址區發育多處侵入花崗巖。
圖1 后安山隧道縱斷面示意圖
隧址區年平均氣溫為5.9℃，極端最高氣溫為37.7℃，極端最低氣溫為-29.2℃，最冷月1月份平均氣溫-12.5℃，年平均降水量為547.4 mm，年最大降水量為883.0 mm，年最小降水量325.3 mm，年平均降水日數為81天，年平均蒸發量為1249.3 mm，年平均雷暴天數為21天，土壤最大凍結深度181 cm。
2 隧道防排水
根據不完全統計，嚴寒地區只要滲水的隧道幾乎百分之百的存在凍害問題，所以隧道防排水系統的好壞是防止凍害發生的關鍵。
2.1 防水設計
1）圍巖注漿堵水。隧道洞口段500 m范圍內，開挖支護后及時對初支背后空洞及圍巖進行徑向注漿以減小圍巖孔隙率，注漿深度2 m～3 m。
2）混凝土自防水。襯砌混凝土全部采用防水混凝土，暗洞襯砌混凝土一般地段抗滲等級不低于P10，地下水發育地段抗滲等級不低于P12。明洞襯砌均采用防水鋼筋混凝土，抗滲等級不低于P12。
3）防水層防水。與一般隧道一樣隧道拱墻初期支護與二次襯砌間鋪設EVA防水板加土工布的分離式防水層。地下水發育地段采用雙層防水板。
4）施工縫、變形縫防水。
施工縫：環向施工縫全環設置中埋式橡膠止水帶，拱墻設置背貼式塑料止水帶，縱向施工縫采用中埋式鍍鋅鋼板止水帶。
變形縫：拱墻設置中埋式橡膠止水帶加背貼式塑料止水帶。襯砌外緣與防水板結合部位以聚硫密封膠封堵，襯砌內緣3 cm范圍內以聚硫密封膠封堵，其余空隙采用填縫料填塞密實。
5）拱頂回填注漿。為保證初支與二襯密貼，不形成水囊，對隧道二次襯砌背后進行回填注漿。回填注漿采用微膨脹性水泥砂漿。
2.2 洞內排水設計
1）洞內水溝。本隧道洞口1000 m范圍內設中心深埋水溝和雙側保溫側溝排水，其余地段設普通中心水溝和保溫側溝。
中心深埋水溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚12 cm，并在管身上設直徑2 cm的泄水孔，泄水孔間距40 cm梅花形布置，排水管上方設置反濾層，采用滲水性好、不易風化、級配良好的骨料回填密實，反濾層上方及超挖部分采用C20混凝土回填。保溫層采用15 cm厚容重為300 kg/m3的泡沫混凝土。
側溝采用雙層蓋板，蓋板間填充聚氨酯保溫材料保溫，確保側溝內水流暢通。
圖2 中心深埋水溝示意圖
圖3 保溫側溝示意圖
2）保溫檢查井密封。為防止冷空氣進入檢查井，引起檢查井內水發生凍結，于檢查井井蓋與井壁結合處設置2 cm厚橡膠墊圈以增加檢查井密封性。
3）襯砌背后排水盲溝。設置深埋中心水溝地段，拱墻初期支護與二次襯砌之間設環向盲管，由單根φ80 mm單壁打孔波紋管外包無紡布組成，縱向間距：洞口500 m范圍內為5 m，其他設置中心深埋水溝地段為8 m，地下水發育時，可適當加密；縱向在兩側邊墻底部初期支護與二次襯砌之間設縱向盲管，由1根φ100 mm縱向雙壁打孔波紋管和外包無紡布組成。仰拱下方設φ100 mm橫向導水管（PVC管）及底寬與高均為20 cm的碎石盲溝，碎石頂部鋪設5 cm厚，40 cm寬泡沫混凝土保溫層。縱向間距同環向盲管，碎石盲溝設置見圖4。環向盲管、縱向盲管及橫向導水管采用四通連接，環縱向盲管集水通過橫向導水管直接匯入中心深埋水溝。深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置見圖5。
圖4 隧底橫向碎石盲溝設置示意圖
圖5 深埋中心水溝及保溫側溝地段盲管設置示意圖
3 洞外排水設計
隧道低洞口端洞外設置深埋排水暗溝，在洞口橫向一側地勢低洼處或順線路一側前方較近距離地勢較低處順延，埋設于凍結深度以下不小于25 cm，坡度大于5%，排水溝每50 m設置一處檢查井。暗溝采用φ600鋼筋混凝土預制管，壁厚6 cm。排水溝末端設置保溫出水口，保溫出水口采用三排管式。
圖6 保溫出水口設置圖
4 保溫層
在寒冷地區，冷空氣與圍巖的熱交換是產生凍害的主要原因之一，采用鋪設保溫層的措施可以達到隔熱保溫作用，從而大大減小凍融圈的范圍，以確保襯砌背部水不凍結，避免凍害的發生。
本隧道保溫層置于初期支護與二次襯砌之間，由一層5 cm厚硬質聚氨酯保溫板加內外兩層防水板構成，拱墻設置。
圖7 保溫層設置示意圖
5 施工注意事項
1）應特別重視初期支護及圍巖自身的防水能力，嚴格按要求進行防寒徑向注漿施工。
2）初支背后嚴禁存在空洞，對于鋼架背后存在空洞的地方，必須采用注漿加固方式進行填充，以免形成水囊，產生病害。
3）隧道結構防排水必須嚴格按照設計施工，附屬洞室與正洞連接處的防排水系統應與正洞同時同標準完成。
4）防水板及縱橫向排水盲溝必須按設計嚴格施工，必要時適當增加排水盲溝數量。
5）冬季施工時，必須有保溫措施，特別是混凝土施工時必須滿足冬期施工要求。
參考文獻
[1]羅彥斌，陳建勛，喬雄，王夢恕.基于溫度效應的隧道二次襯砌混凝土結構力學狀態分析[J].中國公路學報，2010（02）.
作者簡介
都強（1981-），男，漢族，山西陽城人，大學本科，工程師。endprint
