隧道冻害及其防治高速铁路隧道工程习淑娟石家庄铁路课件

主讲教师：习淑娟石家庄铁路职业技术学院

隧道冻害及其防治

高速铁路隧道工程工作任务：（1）对隧道的冻害进行分析和研究，找出产生原因；（2）针对隧道冻害的原因，提出相应的整治措施。一、隧道冻害种类及其危害隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。隧道冻害会导致衬砌冻胀开裂，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。隧道常见冻害的种类主要有：1、拱部挂冰、边墙结冰隧道漏水冻结，在拱部形成挂冰，不断增长变粗；在边墙形成冰柱，多条相近的冰柱连成冰侧墙，如不及时清除，挂冰、冰柱和冰侧墙侵入限界，对行车安全造成严重威胁。2、围岩冻胀破坏

Ⅳ-Ⅵ级围岩和风化破碎、裂隙发育的Ⅲ级围岩，在隧道冻结圈范围内含水量达到起始冻胀含水量以上，并具有水分迁移和聚冰作用条件下，围岩产生强烈的冻胀，抗冻胀能力差的直墙式衬砌产生变形，限界缩小，衬砌裂损；洞门墙和翼墙前倾裂损；洞口仰拱坍塌。3、衬砌发生冰楔硬质围岩衬砌背后积水冻胀，产生冰冻压力（称为冰劈作用），传递给衬砌。经缓慢发展，常年积累冰冻压力像楔子似的，使衬砌发生破碎、断裂、掉块等现象；已裂解为小块状的拱部衬砌混凝土块，在冰劈作用下，可能发生错动掉块；衬砌的工作缝和变形缝充水冻胀。经多次冻融循环，使裂缝不断扩大，引起衬砌裂开、疏松、剥落等病害。4、洞内网线挂冰隧道漏水落在铁路电力牵引区段的接触网和电力、通讯、信号架线上结冰。如不及时除掉，会坠断网线，使接触网短路、放电、跳闸，中断通讯、信号，危及行车和人身安全。二、隧道冻害防治措施严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防治融坍等，可根据实际情况综合运用。1、综合治水隧道冻害的根本原因就是围岩地下水的冻结，如果能将水排出在冻结圈以外，杜绝水进入冻结圈，就能达到防止冻害的目的，因此，综合治水是防止冻害的最基本的措施。综合治水要在查明冻害地段隧道漏水及衬砌背后围岩含水情况后，采取“防、排、截、堵”综合治水措施，消除隧道漏水和衬砌背后积水。具体措施包括：①加强接缝防水，防水材料要有一定的抗冻性，以消除接缝漏水；②完善冻害段隧道的防、排水系统，消除衬砌背后积水，并防止冻结圈外的地下水向冻结圈内迁移。③排水设施或泄水孔应保证不冻结。④严寒地区可采用中心深埋泄水洞。2、更换或改造土壤将冻结圈内的围岩更换或改造，将冻胀土变为非冻胀土、透水性强的粗粒土或保温隔热材料，从而达到防治冻害的目的。更换土壤一般是将砂粘土、粉砂、细砂更换为碎、卵石或炉渣，换土厚为冻深的0.85-1.0倍，同时加强排水，防止换土区积水。改造土壤就是采用注浆固结方法，在砂类土及砾卵石等容易注浆的岩土中注入水泥—水玻璃或其他化学浆液，固结冻结圈内岩土，消除冻胀性。3、保温防冻保温防冻通过控制湿度，使围岩中水分达不到冰点，以达到防冻目的，方法主要有保温、供热、降低水的冰点。

4、结构加强通常采取的措施有：防水混凝土曲墙加仰拱衬砌，主要适用于Ⅳ-Ⅵ级围岩和风化破碎、裂隙发育的Ⅲ级围岩；防水钢筋混凝土衬砌，主要适用于Ⅲ级以上局部冻胀性围岩地段；网喷混凝土加固，加设抗冻胀锚杆，主要适用于有锚固条件的Ⅳ级以上围岩、局部冻胀性硬岩地段，对既有冻胀裂损的衬砌，可应用喷锚加固技术，但需满足限界要求。5、防治融坍隧道洞内要防止基础融沉，可采用加深边墙至冻土上限或冻而不胀层；防治道床春融翻浆可采用加强底部排水，疏干底部围岩含水或采用