高寒地區(qū)有水隧道凍害治理措施

施野

天津市起跑線人力資源咨詢服務(wù)有限公司 天津 300111

1 工程概況

高寒地區(qū)新建某鐵路工程為國鐵Ⅰ級單線鐵路，某A隧道屬于單線隧道，全長5470m。進口段位于曲線上，其曲線半徑2500m，除進口段段落均位于直線上。隧道進口段路塹為1‰上坡，變坡點設(shè)置在洞口外30m處，向隧道內(nèi)變?yōu)?.2‰下坡，豎曲線長52m。隧址區(qū)是典型的草原牧場，具有地勢開闊、地形平坦的特點。在隧道進口洞頂、距隧道洞口245m處，白霍一級重載公路以填方形式通過。公、鐵兩路斜交角度約為25°，在鐵路線路左側(cè)、隧道洞口上游，設(shè)有一座1.0-2.0m公路排洪涵。交叉段隧道洞頂最大埋深13.5m，最小埋深10.4m，公路路基填土高度2.5-3.2m[1]。

2 凍害情況

2.1 軌面結(jié)冰

某A隧道于2012年9月貫通，隨后于10月末冬休。2013年3月初，隧道洞口段地面上近200m范圍積冰，冰層最大厚度達到1m左右；2014年3月初，洞口段約220m范圍內(nèi)的道砟面和軌道上大面積結(jié)冰，有些地段冰面高度超過標高。2015年3月（鐵路未開通），洞口段230m范圍內(nèi)的道砟面和軌道上大面積結(jié)冰，線路全部冰封，冰面高度超過水溝電纜槽蓋板頂面約20-50cm；洞口段370m長度范圍保溫水溝內(nèi)結(jié)滿了冰，洞外路塹的道床上和路塹水溝平臺上也有結(jié)冰現(xiàn)象，冰雪厚度約0.8-1.0m。

2.2 襯砌裂縫

2013年3月，隧道進口段襯砌結(jié)構(gòu)受凍，而后發(fā)現(xiàn)若干條水平、縱向細微裂紋，之后無明顯發(fā)展。到2014年3月，DK380+240-+282段雙側(cè)邊墻出現(xiàn)縱向水平裂縫，并出現(xiàn)錯位。經(jīng)實測，襯砌裂縫最寬約10mm，襯砌表面錯臺最大約5mm；解凍后，氣溫升高，裂縫收縮，襯砌表面錯臺逐漸變小、直至完全消失。完全解凍后，對隧道襯砌裂縫進行了為期2個月的全面觀測，右側(cè)邊墻1-2#縫最寬7.5mm，較3月時的縫寬值有所減小，縫長和縫寬值均無變化[2]。

3 隧道凍害原因分析

3.1 襯砌裂縫產(chǎn)狀分析

襯砌縱向裂縫具有對稱性，裂縫多分布在水溝蓋板頂上2-4m范圍以內(nèi)，相對隧道高度而言，處于邊墻的中間，在開裂嚴重的段落，裂縫數(shù)量通常為3條裂縫?？v向裂縫具有季節(jié)性，裂縫發(fā)展主要在寒冷的冬季，氣溫升高，裂縫有一定的收縮性，但是不能夠完全恢復到之前的水平。初砌裂縫發(fā)展程度具有積累性，在開裂段，裂縫數(shù)量、長度、寬度比上一年有進一步發(fā)展，符合季節(jié)性凍脹開裂的特征[3]。

3.2 凍結(jié)圈模擬分析

根據(jù)當?shù)貧庀髼l件和熱力學參數(shù)，中鐵西南科學研究院有限公司對隧道周邊圍巖在季節(jié)凍融條件下的凍結(jié)圈厚度進行了模擬分析，其計算結(jié)果顯示：最大凍結(jié)深度出現(xiàn)在2月，明洞段地表凍結(jié)深度為2.56m，隧道輪廓以外的圍巖凍結(jié)圈厚度為2.58m，底部凍結(jié)深度為2.55m；DK380+230-+500暗洞段地表凍結(jié)深度為2.48m，隧道輪廓以外的圍巖凍結(jié)圈厚度為2.16m，底部凍結(jié)深度為2.53m。根據(jù)現(xiàn)場鉆探勘察，計算結(jié)果與現(xiàn)場實際基本相符。

3.3 處理滲漏水措施不當

在養(yǎng)護的過程中，發(fā)現(xiàn)襯砌局部區(qū)域有少量滲漏。由于該工程處于缺陷責任期，經(jīng)調(diào)查研究，認為是隧道局部襯砌混凝土不密實導致滲漏的，于是進行局部打孔注漿，力圖解決滲漏問題。事實證明，這種做法適得其反，隧道凍害進一步加劇[4]。

4 凍害整治措施

4.1 襯砌裂縫治理

沿邊墻襯砌縱向裂縫，在裂縫上、下側(cè)各打設(shè)一排Φ25砂漿錨桿，對局部破損的襯砌結(jié)構(gòu)進行補強。錨桿長5m，縱向間距80cm。錨桿施工完畢后，采用環(huán)氧樹脂砂漿封口，最后安裝錨墊板和螺母。對裂縫縫口進行開槽處理，斜向埋設(shè)注漿嘴，將環(huán)氧樹脂砂漿壓入槽內(nèi)，采用環(huán)氧樹脂灌縫并用環(huán)氧樹脂砂漿封口。

4.2 襯砌表面保溫層

在DK380+130-+530段400m范圍內(nèi)的拱墻襯砌表面，噴涂可發(fā)性聚氨酯泡沫保溫層，厚15cm。為使保溫層更加牢固，噴涂時在保溫層結(jié)構(gòu)中部加入一層鋼絲網(wǎng)，其網(wǎng)眼大小為18cm×18cm，同時采用鋼膨脹螺栓錨入襯砌混凝土結(jié)構(gòu)中以達到連接固定的目的，錨釘間距1.0m×1.0m。聚氨酯噴涂時加入阻燃劑以改善其防火性能。當聚氨酯保溫層噴涂完畢以后，使用抗裂砂漿抹平，壓入一層網(wǎng)格布后再抹一層抗裂砂漿飾面，最后均勻噴涂兩道防火涂料，使其達到A級防火等級要求[5]。

4.3 輔助措施

（1）在隧道頂部埡口處，設(shè)置地表排水設(shè)施和蒸發(fā)池。

（2）使用專用設(shè)備疏通隧道的中央排水口，并在中央排水口中安裝電伴熱和排抽水裝置，以在冬季的白天和晚上保持供電，以防止水凍結(jié)，使中央排水管始終保持暢通。

（3）對隧道內(nèi)帶發(fā)熱電纜的消防管道保溫層進行加厚，外部用鍍鋅鐵皮加固。

5 結(jié)語

本文以某A隧道為例，通過對隧道實施截、堵水、疏通水、排水、加溫等處置措施，該隧道凍害災情得到緩解，這些方法和措施對其他高寒地區(qū)路面凍害的處理也具有重要意義。經(jīng)過凍害整治后，整治效果良好，滿足了鐵路運營要求，為鐵路正常運營提供了有利的安全保障，也為類似工程的凍害治理和措施優(yōu)化提供了重要經(jīng)驗依據(jù)。