寒区铁路隧道常见病害及防治措施研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 寒区铁路隧道常见病害及防治措施 研究 【摘 要】对于高寒区隧道，大 多处于高原与高纬度地区，气候恶劣， 产生了各种病害，对隧道的美观与正常 运营造成了巨大的影响。文章探讨了高 寒区隧道常见的病害表现形式，诸如混 凝土衬砌开裂、冻涨、挂冰、热融沉降 等，其中融沉破坏已成为寒区隧道的主 要破坏形式。总结了工程上常用的寒区 隧道病害防治措施，比如加强衬砌结构、 综合治水、保温隔热防冻、更换土壤、 防止融塌等，为已有隧道的病害治理和 新建隧道的病害防治提供参考，为隧道 的安全运营提供保障。 中国论文网 /8/view-12933285.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 【关键词】寒区铁路；隧道；病 害；防治措施 1 寒区铁路隧道病害表现形式 1.1 衬砌开裂 多年冻土及严寒地区铁路隧道普 遍存在衬砌开裂问题，衬砌开裂分为环 向、纵向及斜向三种形式。开裂的原因 除了地质条件、施工影响和结构类型等 因素外，本地区气温的日较差及年较差 都很大，因而衬砌产生的温度应力和冻 胀力的作用是寒区隧道产生开裂的主要 原因。 1.2 隧道洞口段冻胀破坏 处于多年冻土区的隧道，在隧道 的进出口处也均处于多年冻土中，隧道 开挖后，由于注浆、喷射混凝土、施工 放热及模注混凝土而放出大量的水化热 使得隧道开挖部分范围内的多年冻土出 现融区，经过若干年后，水化热已释放 完毕，隧道洞口部分开始冻结，而沿隧 道纵向有可能有补给的水源而使得洞口 段衬砌内不断结冰，导致初期支护和二 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 次衬砌最终开裂、变形，从而出现渗水、 挂冰等，严重的可使洞门严重变形以至 倒塌。 1.3 隧道贯堂风的病害 多年冻土区的外部大气常年平均 气温基本在 0以下，隧道内由于通风 的作用，使得沿隧道纵向有可能形成一 条冻结的柱状带，从而再次改变隧道内 衬砌和围岩的应力状况。当对隧道内的 保温措施未能充分考虑时，就会产生意 想不到的衬砌破坏和连锁的其它冻害。 1.4 冰丘及冰椎 在多年冻土区的河滩、阶地、沼 泽地及平缓山坡和山麓地 常常会 看到象坟丘一样的土包，大小不一，有 的呈单个分布，有的成串成片分布，这 些丘状的土包称为冰丘，也称冻胀丘。 根据它的生成和发育条件与地下水的类 型有密切关系。首先，以冰丘补给水源 的类型作为一级分类的依据，可划分出 多年冻土层下承压水补给的冰丘和多年 冻土层上潜水补给的冰丘两类；再按其 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 形成和存在时间的长短又可分为季节性 冰丘和多年冰丘；按组成冰丘的物质成 分还可为发育在粘性土地层中的冰丘、 发育在粗颗粒土中的冰丘、泥灰岩冰丘 及碎石冰丘。当隧道进出口在富水区时 就有可能在进出口的明洞或洞门边坡或 明洞内形成冰丘，直接导致洞门开裂和 错台，有的甚至破坏洞内衬砌。 1.5 雪崩 多年冻土地区冰雪常年覆盖，而 且覆盖的积雪一般很厚，洞门后的积雪 在外界动荷作用下，如地震、附近地区 雪崩、泥石流、雷声、爆破等，会发生 雪崩，体积有的高达几百立方米，完全 堵塞洞门和路面。 1.6 地下冰 在多年冻土地区天然上限附近往 往存在着一层冰，其厚度不一，由几厘 米至几米。这种层状冰多为地表水下渗 转移到冻结锋面上逐渐形成的。至于埋 藏较深的地下冰，其成因在学术界有争 议。常见的地下冰有楔形冰和层状冰两 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 种楔形冰是由于地温的不均匀变化导致 多年冻土中发生上大下小的裂隙，裂隙 中聚水后冻结形成楔形冰。而层状冰是 由厚几厘米至几米平行地面呈层状存在 的冰层形成的。这种地下冰的存在对工 程影响很大。会引起多年冻土上限下降， 基底下沉、冻胀严重，养护困难，所以 很不安全。对隧道而言，一般是引起洞 门和挡墙护坡的下沉。 1.7 壁面结霜和结露 寒区隧道在开挖期间洞口会发生 结霜现象，投入运行期间 5-6 月份壁面 曾多次发生结露现象，这是因为高原高 寒地区，冬季气温低，但少雪，空气相 对湿度低于 50%，暖季也是雨季，一般 空气相对湿度在 60%以上，连续雨雪时 可近于饱和。在隧道严冬期，入侵隧道 的空气温度远低于隧道围岩的地温，故 壁面温度高于气温不能结霜。暖季，入 侵隧道的气温高于此间冻结壁表面温度， 此间洞内温度已上升，但因气温高于零 度，故此间经常出现结露现象，使隧道 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 衬砌表面呈湿润状态。 1.8 融沉 融沉是多年冻土地区路基主要病 害之一，也是隧道的主要病害之一。融 沉一般多发生在含冰量大的豁性土地段， 当隧道洞门的多年冻土上部或路堑边坡 上分布有较厚的地下冰层时，由于地下 冰层埋藏较浅，在施工或运营过程中各 人为因素的影响下，多年冻土层局部融 化，上覆盖土层在土体自重和外力作用 下产生沉陷，造成洞门或洞门墙的严重 变形。这种变形表现为洞门下沉、明洞 段下沉、洞门墙开裂甚至倒塌等。 1.9 冻土沼泽 在多年冻土广泛，降水集中、植 被茂密、气温很低，地表水不易下渗， 因而在沟谷洼地、河流地、洪积阶地、 缓山坡上以及分水岭娅口处发育有许许 多多的冻土沼泽。这些沼泽也因所在泥 炭厚薄、沼泽底土层性质等地质条件和 沼泽位置的不同而类型不同。 2 寒区铁路隧道病害产生的原因 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 2.1 寒冷气温的作用 隧道冻害与所在地区的气温 （0以下或正负温交替）有直接的关 系。 2.2 季节冻结圈的形成 沿衬砌周围各最大冻结深度连成 一个圈叫季节性冻结圈。隧道的排水设 备如埋藏在冻结圈内，冬季易发生冰塞。 在冻结圈范围内的岩土，由于受强烈频 繁的冻融作业，导致隧道发生病害。 2.3 隧道周围岩性的影响 在围岩不良地段，当围岩内部含 水量较大时，在冻胀压力作用下拱部衬 砌就会出现下沉、开裂，边墙墙中出现 内鼓，墙顶出现内移，混凝土内部由于 渗水作用而出现受冻结冰， 围岩出现 膨胀产生冻胀压力， 从而导致衬砌结 构产生纵向和环向裂纹。 2.4 隧道设计和施工的影响 目前我国冻土区含水量岩段衬砌 层设计计算通常不考虑冻胀力影响，因 此设计得到的衬砌厚度、强度普遍偏小。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 施工缝、伸缩缝的基础受到防水水平的 影响而不断扩展刑场破坏裂缝。受限于 现场条件和施工单位水平，施工质量没 有达到设计要求，超挖围岩段特别是坍 塌严重围岩段没有回填密实，存在人为 空洞。 3 寒区铁路隧道病害防治措施 寒区隧道常见冻害的防治措施主 要包括： 加强衬砌结构、综合治水、 保温隔热防冻、更换土壤、防止融塌等。 3.1 加强衬砌结构 对渗漏水裂缝的封堵和对衬砌的 结构补强：首先采用“ 封”的措施：对衬 砌渗漏水部位进行压注化学浆液充填； 对衬砌裂缝系统采用化学浆液灌缝，衬 砌裂缝做全面封堵并对衬砌整体做结构 补强，提高衬砌结构的整体性和水平向 抗变形能力。 3.2 综合治水 围岩地下水冻结是导致寒区隧道 出现冻害的根本原因，综合治水就是通 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 过防排水措施、填充衬砌背后空隙等方 法将水排除在冻结圈外，不允许隧道衬 砌背后积水，防止地下水冻结，是防治 冻害的最基本措施。 4 结论 在高寒地区修建的隧道，除了普 通地区隧道常见的病害之外，还必须考 虑冻害问题。但是由于认识不足等各种 原因，寒区隧道在后期运营过程中出现 了各种各样的病害，诸如衬砌开裂、剥 落、挂冰和路面冒水、结冰以及洞口处