隧道冻害防治处理

1、目 录CONTENTS12隧道冻害情况简介隧道冻害的形式、成因3隧道冻害的防治措施4冻害整治处理技术5经验教训及建议隧道冻害情况简介11.隧道冻害情况简介本文依托吉图珲客专铁路项目，从冻害的形式、成因、 防治措施及处理技术等几方面进行阐述，在以后的工程施 工中提供可借鉴经验。工程概况线路名称：吉图珲客运专线，设计时速250km/h； 线路情况：全线隧道共计85座，隧线比43.2% ；气候环境：隧址区为严寒地区，1月平均气温-10.3- 23.4，极端最低气温-29.2-42.5 ；土壤最大冻结深度：167cm192cm。1.隧道冻害情况简介隧道冻害的形式、成因22.隧道冻害的形式、成因隧道冻害

2、的主要形式：隧道衬砌因冻胀而开裂、酥碎、剥落；起皮掉块起皮掉块(列车高速 进出隧道所产生的 正负压会使其产生 掉落隐患）2.隧道冻害的形式、成因拱顶纵向 贯通裂纹拱顶纵向贯通裂纹拱顶“孤岛” 裂纹拱顶“孤岛” 裂纹2.隧道冻害的形式、成因隧道顶部、边墙挂冰、底部积冰；边墙施工缝 渗漏水结冰拱腰渗漏水 结冰边墙渗漏水拱顶渗漏水导 致钢轨处结冰拱顶渗漏水结冰2.隧道冻害的形式、成因2.隧道冻害的形式、成因隧道冻害的成因气候地质施工设计气候因素：冬季时间长、气温低、土壤冻结深度大。地质因素：隧道区围岩裂隙发育，存在基岩裂隙水，地下水流向交错贯通，出水点较多。施工因素：开挖轮廓不规则，衬砌 回填不密实

3、、存在脱空，防水系统不严密、排水系统不畅通，存在积水、渗漏 水。设计因素：对寒区隧道冻害认识不充分，缺乏针对性的设计。隧道冻害的防治措施33.1.防水（1）围岩注浆堵水:由于洞口段温度较低，围岩较破碎， 裂隙发育，地下水丰富，因此，根据不同围岩和地下水发育情况，对洞口500m范围内进行径向注浆，减小围岩空隙 率 。3.隧道冻害的防治措施（2）加强砼结构及防水：寒区隧道优化设计，全隧均采 用双层钢筋混凝土结构，抗渗等级不低于P10，地下水发育 地段抗渗等级不低于P12。3.隧道冻害的防治措施结构自身防水示意图模筑防水 混凝土3.隧道冻害的防治措施暗洞段防水层结构图EVA防水板+土工布防水层（3）

4、防水层防水:明洞结构外设防水层，回填土表面均 铺设粘土隔水层。暗洞拱墙初期支护与二次衬砌间铺设 EVA防水板加土工布的分离式防水层。黏土隔水层50cm明洞防水结构图3.隧道冻害的防治措施中埋止水带（4）施工缝、变形缝防水环向施工缝：设置中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带； 纵向施工缝：设置钢边橡胶止水带，每侧一条。背贴式止水带中埋止水带拱墙环向防水结构图仰拱环向防水结构图（5）拱顶回填注浆：为 保证初支与二衬密贴，不形成 水囊，对隧道二次衬砌背后进 行回填注浆。预贴注浆花管采 用20mm的PVC管，并应在 管身布设梅花形溢浆孔，排气 管不布孔。回填注浆采用微膨 胀性水泥砂浆、水泥浆或超细 水泥

5、浆。3.隧道冻害的防治措施空腔20mm注浆管3.2.洞内排水设计（1）洞内水沟：根据隧 道所处地区土壤最大冻结深 度，设计不同深度的中心深 埋水沟及保温侧沟。（2）衬砌背后排水盲管：设置中心深埋水沟地段，初支与二衬之间设环向盲管，3.隧道冻害的防治措施深埋中心水沟全环100mm盲 管保温侧沟引入中心水沟，水沟顶部铺设泡沫混凝土保温层；两侧边墙 底部初支与二衬之间设纵向盲管，环、纵盲管连通。3.3. 洞外排水设计洞口里程处设3座检查井 分别对应两侧沟和中心水沟， 检查井间用横向保温管连通， 在洞口横向一侧地势低洼处 设置深埋排水暗管，且每隔50m设检查井和沉淀坑。出水口处设置保温出水口。3.隧道

6、冻害的防治措施洞外排水设计图深埋排水暗 管保温出水口3.4.保温层设计可在洞口1000m范围（其它部位结合隧道情况设置） 设置保温层，保温层材料采用聚氨酯阻燃板。3.隧道冻害的防治措施保温层设计图保温层保温层示意图50mm厚硬质 聚氨酯保温板3.5.冻害防治措施（1）环向盲管设保温层 考虑高寒地区部分长大隧道内冻结长度达到2000m， 对洞口段 2000m 范围内环向盲管设置保温板，向围岩 侧初支扩挖，确保二次衬砌 厚度满足要求，从而改善在 寒冷气候下环向盲管排水顺 畅。如图：3.隧道冻害的防治措施环向盲管示意图环向盲管聚氨酯保温板（2）增设支撑渗沟 在隧道冻结范围内且渗水量较大的部位，增设

7、支撑渗沟，即在渗水地段 边墙两侧加做渗沟（渗沟 尺寸：内轨面以上 5.5m、 宽 1m、深1.2m）。如图：3.隧道冻害的防治措施O支撑渗沟示意图竖向盲沟（3）增设可维护加热管隧道冻结范围内且存在渗水的部位，可根据渗水面积在防水板背后每12m加设环向可 维护加热管。3.隧道冻害的防治措施可维护加热管示意图保温板20mm管内 穿电热带冻害整治处理技术4施工方案报审（铁路局各单位、监理单位）4.1.冻害整治流程拟定施工时间（施工要点计划、铁路局相关单位）一配合单位接洽（铁路局各单位、监理、检测单位） 安全协议签认（铁路局各单位）二防护人员培训取证（铁路局相关单位） 施工准备（工、料、机、便道、场地

8、等）三现场缺陷整治与验证（建设、监理、检测、工务、施 工单位等）四4.冻害整治处理技术4.冻害整治处理技术4.2.冻害整治准备施工前按规定设置施工安全防护员及驻站联络员。封 锁施工必须坚持“安全第一，预防为主，综合治理”的方 针，必须做到“四到位”即：人员到位、职务到位、责任 到位、业务水平到位。由于天窗时间较短，施工机械、材料须提前到位，待 天窗命令下达后，迅速组织展开施工。安全协议需要与铁路局各单位进行签订。签订流程： 现场签认确认单后，与车务段、高铁基础设施段签署施工 安全协议。供电部电务部建设单位车务段基础设施段4.冻害整治处理技术本项目审批流程：施工计划审批需要：2个段、五 个处、一

9、个建设单位在网上集中会签。施工办建设部工务部施工方案报审流程：施 工 监 理 建 设 单 位 单 位 单 位 上 报 审 核 批 准4.冻害整治处理技术人员、材料、设备进场（便道、栅栏开口）既有设备防护（专业防护人员配合路局工务防护）现场缺陷验证确认（建设、监理、检测、设备、施工单位）按照整治方案对病害进行整治处理（利用天窗 时间段施工）验收退场（建设、监理、检测、设备、施工 单位）每个作业周期的工作流程：4.冻害整治处理技术冻害整治工艺纵向裂纹环向、斜向裂纹板内闭合裂纹施工缝处半月型闭合裂纹渗漏水衬砌起皮及小掉块衬砌背后回填注浆严重缺陷地段综合整治4.冻害整治处理技术4.3.1纵向裂纹对于钢

10、筋混凝土衬砌裂缝宽度小于0.2mm的不进行处理， 大于0.2mm的裂缝，且通过观测不再继续发展，采用涂刷封 缝胶处理。对于素混凝土衬砌裂缝，分以下几种情况处理：（1）浅表裂缝衬砌表面干缩等原因引起的浅表裂缝，该类裂缝对结构受力无影响，采用注胶封缝处理。（2）表层非贯通性裂缝衬砌表层非贯通性裂缝，无错台，且通过观测裂缝不再继续发展，采用注胶封缝处理。4.冻害整治处理技术注胶灌缝采用自动低压灌浆技术，清理裂缝表面灰尘， 确保干燥牢固，按1520cm间距标出注入口，尽量位于 裂缝较宽、开口较通畅部位。采用封缝胶在标出的注入口 上粘贴灌浆底座，并沿裂缝表面涂刮封缝胶，厚度5mm， 确保封严。把装有环氧

11、树脂的灌浆 器（如图所示）旋紧于底座 上，打开开关进行注胶。当 环氧树脂不足，可反复补充， 直至灌满全部裂缝。自动低压灌浆器4.冻害整治处理技术注浆完毕后立即拆下灌浆 器，用酒精浸泡清洗。待树脂 固化后敲掉底座及堵头，必要 时可用砂轮机对表面封缝胶进 行打磨，恢复表面原状。环氧 树脂浆液根据衬砌裂缝情况及 施工条件现场试配，调整浆液 浓度。注胶封缝处理4.冻害整治处理技术（3）贯通性裂缝对于裂缝深度较深，贯通纵向的裂缝，该类裂缝对结 构造成一定的破坏，采用注浆嵌缝，锚杆加固，严重地段 并布设钢带进行加固处理。贯通性非闭合裂纹采用锚杆加固措施4.冻害整治处理技术1）打设锚杆：采用25中空锚杆对存

12、在深度裂缝的衬砌 进行加固，锚杆布置间距1.01.5m，锚杆均设置垫板，垫板 尺寸15cm15cm，厚度8mm。锚杆成孔后，中空锚杆端部 采用化学锚栓或树脂锚固剂固定，锚杆体部位浆充填密实， 达到强度后进行锚杆拉拔试验。锚杆布置示意图（单位：cm）4.冻害整治处理技术25中空注浆锚杆， 壁厚7mm,长度3m。中空注浆锚杆和化学锚栓4.冻害整治处理技术锚杆进行试验张拉，检验 锚杆质量及效果。抗拔力 不低于8MPa(30KN)锚杆施工的质量控制措施4.冻害整治处理技术4.冻害整治处理技术2）布设钢带：钢带设置参数如下：钢带采用W型镀锌 钢带，厚度5mm，宽度30cm。钢带长度及间距结合锚杆安 装固

13、定，钢带与衬砌表面密贴，采用双螺母将钢带固定于已打设的锚杆端头，并将螺母与锚杆焊接牢固，防止松动脱落。如下图：钢带尺寸2m0.3m，孔间距1.5m，钢板厚度5mm，单价290元/条；锚杆+W钢带加固措施4.冻害整治处理技术4.3.2环向、斜向裂纹处理（见浅表裂纹的工艺）环向贯通且缝宽大于0.2mm的裂纹采用封缝胶+注胶 灌缝处理；未贯通环向、斜向裂纹采用封缝胶处理，同时 严密观测后期裂缝情况。4.3.3板内闭合裂纹采用锚杆注浆+钢带封闭+裂缝注胶封缝处理。板内闭合裂纹锚杆+钢带施工图锚杆+钢带布置示意图4.冻害整治处理技术4.3.4施工缝处半月型闭合裂纹（1）无钢筋衬砌段：采用25mm组合中空

14、锚杆对周 边混凝土衬砌进行加固，梅花形布置，间距1m1m。（2）钢筋衬砌段：采用封缝胶封缝处理。施工缝处半月型锚杆布置示意图施工缝处半月型锚杆+钢带施工图4.冻害整治处理技术吊柱及其周边裂缝加固示意图（3）吊柱及其周边裂缝：当裂缝位于接触网吊柱周边 且对结构受力有一定影响时，对接触网吊柱周边衬砌采用锚 杆加固，在吊柱周边打设4根25组合中空锚杆，并加设镀 锌钢板，通过镀锌钢板与锚杆、吊柱的有效连接，确保吊柱 牢固、稳定。4.冻害整治处理技术4.3.5渗漏水处理施工缝、衬砌裂缝及个别出水点（面）出现渗漏病害， 水流分散，水量较小，采取衬砌内部注浆措施，封闭水流通 道及衬砌裂隙。（1）点漏：中心注

15、浆管应对准出水点布设，注浆管应紧 抵孔底出水点，用封缝固管材料紧密填塞孔管间隙。点漏注浆管安装示意图（单位：cm）4.冻害整治处理技术（2）面漏：先凿除表层混凝土，凿除范围应由漏水范围 向四周外延0.5m，并针对漏水点打孔，均匀布孔，孔距一般 为2030cm，打孔完毕后，清洗孔壁，用封缝固管材料紧 密填塞孔管间隙，随即施做环氧砂浆防水层。面漏注浆管安装示意图（单位：cm）4.冻害整治处理技术（3）缝漏：首先钻孔交叉布置在裂缝（施工缝）两侧， 安装注浆管时，应清洗孔壁混凝土残屑，用封缝固管材料紧 密填塞孔管间隙。钻孔间距宜为2030cm（施工缝钻孔间 距宜为50100cm）。缝漏注浆管安装示意图

16、4.冻害整治处理技术4.3.6衬砌起皮及小掉块处理（1）破损深度或宽度（单侧）不大于20cm时，彻底 凿除破损、松动的混凝土块，打磨平整。（2）破损宽度大于20cm且小于50cm时，采取植筋 处理，钻孔时注意不得打穿防水板。钻孔示意图4.冻害整治处理技术4.3.7衬砌背后回填注浆（1）缺陷排查：采取轨道 车登高观察、敲击检查、探孔验 证、地质雷达检测等方式对隧道 缺陷进行全面排查。地质雷达无损检测（隧道左 右起拱线之间，每40cm一条测 线，共计31道测线，起拱线至 电缆槽顶面5m范围边墙不检 测）。地质雷达检测测线布置图左右侧各15条， 拱顶1条。4.冻害整治处理技术（2）回填注浆：为保证初

17、支与二衬密贴，不形成水囊， 对隧道拱部140范围二衬背后进行系统回填注浆，确保二衬 背后不留空洞。回填注浆分区段进行，总体原则是由低至高 进行。每个区段长度不宜大于3个衬砌段。注浆孔布置：钻孔孔径不宜小于38mm，孔深宜钻穿衬砌混凝土，并记录混凝土厚度与空腔尺寸。注浆孔在拱顶每68m布置1组（拱顶1个，左右拱腰各1个和排气孔）。注浆孔注浆孔布置图4.冻害整治处理技术4.冻害整治处理技术4.3.8严重缺陷地段综合整治针对二衬冻害严重地段，虽经过治理，但仍存在掉块 风险，主要采用“波纹钢板套衬+现场浇筑保温材料”综 合整治。套衬结构由防水层、保温层和波纹钢板组成。（1）防水层：防水层采用聚氨酯防水

18、涂料，涂刷在 既有二次衬砌表面，厚度2mm。涂刷施工前对衬砌混凝 土表面浮尘进行清除。（2）镀锌波纹钢板：防水层施工验收后，安装波纹 钢板套衬。波纹钢板采用冷轧镀锌波纹Q345钢。钢板由 工厂预制，现场拼装的方法进行施工，块间设置法兰，采 用M24高强镀锌螺栓/螺母连接。4.冻害整治处理技术（3）保温层：保温层设于波纹钢板与二衬之间，采 用聚氨酯保温材料现场灌注发泡方式进行施工。钢波纹钢板套衬断面布置图M24高强锚栓聚氨酯保温层4.冻害整治处理技术套衬施工过程照片4.冻害整治处理技术既有线冻害处理施工中防护内容轨道及线路防护电力、通信管路防护接触网防护工程车辆溜车防护钢轨覆盖接触网包 裹保护铁

19、鞋防溜车车辆溜车防护轨道及线路防护电力、通信管路、接触网防护4.冻害整治处理技术4.4既有线冻害处理施工防护措施4.冻害整治处理技术4.5整治效果评价吉图珲铁路于2016年3月开始进入冻害整治，通过“防水、排水、防冻胀”的综合治理下，冻害得到一定程度的缓解。对于冻胀引起的衬砌掉块风险，通过针对性的加固措施得到了有效治理。对于裂纹进行封闭加固处理，使裂纹不在纵深发展，同 时，日常监测观察，动态跟踪处理。对于渗漏水，查阅历年排查统计结果对比，渗漏水数量 明显减少，严重漏水段基本消除，但零星渗漏水点随着季节 和时间变化，未能达到有效根治。4.冻害整治处理技术今后仍需研究探讨的方向1、建立可维护的防排水系统：防排水系统具有可维护、 检修或更换的特点；采用