新建吉林至珲春铁路工程隧道防寒措施方案

#.结构抗冻设计(1)洞口500m设置保温层地段设置保温层的隧道洞口500m防寒段按D2环境设计，二次衬砌混凝土采用C40钢筋混凝土，设置保温层洞口防寒段二次衬砌混凝土等级及配筋如表4：表4吉珲线设保温层地段洞口抗冻加强钢筋设置表__'-^1^目围岩级别修改后设计配筋环向主筋纵向分布筋箍筋IlaQ16@250Q12@200Q8IllaQ18@250Q12@200Q8IVaQ18@200Q12@200Q8IVbQ20@200Q12@200Q8IVcQ20@200Q12@200Q8VaQ20@200Q12@200Q8VbQ22@200Q12@200Q8VcQ22@200Q12@200Q8(2)洞口500m未设置保温层地段对于洞口500m未设置保温层地段，除按D2环境设计，二次衬砌混凝土采用C40钢筋混凝土外，还考虑了一定的冻胀力作用进行结构加强设计。根据以往研究成果，寒区硬岩隧道结构所受的冻涨力量值主要随围岩级别不同有所差别，通常情况下，冻涨力取值在0.9〜1.43MPa之间。因本线隧道已采取了设置中心深埋水沟、洞外保温暗沟、洞口500m防寒径向注浆等一系列保温排水及堵水措施，通过对本线气象、地下水及围岩条件进行分析，在考虑结构安全的同时兼顾经济性，各级围岩衬砌设计时冻胀力取值如下：II级围岩0.2MPa,ni级围岩0.3MPa,W级围岩0.4MPa,V级围岩0.4MPa。冻胀力按均布荷载考虑，垂直和水平之比为1:1。据此进行检算后对环向受力主筋进行了加强。另外考虑东北地区冬夏季温差较大，会对衬砌产生较大的拉应力，为防止衬砌受拉开裂而产生病害，对隧道洞口500m范围内衬砌纵向分布钢筋进行了优化调整，未设置保温层洞口防寒段二次衬砌混凝土等级及配筋如表5：

表5洞口防寒段衬砌混凝土等级及配筋项目围岩级别一―、混凝土等级变更设计配筋环向主筋纵向分布筋箍筋IlaC40Q18@200Q12@200Q8IllaC40Q18@200Q12@200Q8IVaC40Q18@200Q12@200Q8IVbC40Q20@200Q12@200Q8IVcC40Q20@200Q12@200Q8VaC40Q20@200Q12@200Q8VbC40Q22@200Q12@200Q8VcC40Q22@200Q12@200Q8.温度伸缩缝为避免由于温度变化引起材料的热胀冷缩导致衬砌开裂，隧道内结合施工缝设置温度伸缩缝，洞口500m范围内，30m设置一道，其余地段50m设置一道。温度伸缩缝防水处理同变形缝，全环设置中埋式橡胶止水带加背贴式塑料止水带。衬砌外缘与防水板结合部位以聚硫密封胶封堵，衬砌内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，其余空隙采用填缝料填塞密实。.保温检查井密封性优化为防止冷空气进入检查井，引起检查井内水发生冻结，于检查井井盖与井壁结合处设置2cm厚橡胶垫圈以增加检查井密封性。（四）变更前后方案比较变更前后防寒措施主要差别对比见下表6：表6变更前后防寒措施主要差别对比表项目施工图防寒措施变更设计防寒措施施工缝环向施工缝：拱墙：中埋式+背贴式橡胶止水带；仰拱：中埋式橡胶止水带；纵向施工缝：中埋镀锌钢板止水带。环向施工缝：拱墙：中埋式+背贴式橡胶止水带；仰拱：中埋式+背贴式橡胶止水带；纵向施工缝：中埋钢边橡胶止水带。变形缝拱墙：中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。仰拱：中埋式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。拱墙：中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。仰拱：中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。

续上表项目施工图防寒措施变更设计防寒措施温度伸缩缝未设置洞口500m范围内，30m设置一道温度伸缩缝，其余地段50m设置一道温度伸缩缝。拱墙：中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。仰拱：中埋式橡胶止水带+背贴式橡胶止水带+聚硫密封胶+填缝料。温度伸缩缝中心深埋水沟及双侧保温水沟-23.4°C洞口2000m中心管外包保温层洞口2000m中心管上方设置保温层-15.2~-16.5°C洞口2000m洞口1500m-10.3~-12.2°C洞口2000m洞口1000m中心深埋水沟检查井检查井采用双层盖板，两层盖板之间采用聚氨酯保温材料填充。检查井采用双层盖板，两层盖板之间采用聚氨酯保温材料填充。盖板与井壁连接处设置2cm厚橡胶垫圈，增加密封性，防止冷空气进入。普通中心沟和普通侧沟洞内距洞口2000m之外地段。洞内设置中心深埋水沟之外地段。盲沟保温侧沟和深埋中心水沟地段初期支护与围岩之间设一环环向排水盲管，每环由2根Q50mm单壁打孔波纹管组成。防水板与初期支护之间环向设单根Q80mm单壁打孔波纹管。普通侧沟和普通中心水沟地段初期支护与二次衬砌之间防水板外侧设环向Q50mm单壁打孔波纹管。防水板与初期支护之间环向设单根Q80mm单壁打孔波纹管。横向导水管保温侧沟和深埋中心水沟地段横向导水管直接接纵向盲管（初支与围岩之间）将水汇入中心深埋水沟检查井。纵向间距同检查井，30m。横向导水管直接接环、纵向盲管（初支与二衬之间）穿过仰拱初期支护将水汇入中心深埋水沟。纵向间距同环向盲管，5〜8m。并横向导水管处设置碎石盲沟。普通侧沟和普通中心水沟地段边墙设进水孔连通侧沟与纵向盲管（初支与二衬之间），横向导水管将侧沟水汇入中心水沟检查井。横向导水管直接接环、纵向盲管（初支与二衬之间）穿过二次衬砌将水汇入中心水沟检查井。抗冻钢筋洞口500m范围各级围岩衬砌环向主筋直径分别为II16mm，III和IV深埋18mm，IV浅埋、IV偏压和V深埋20mm，V浅埋和V偏压22mm，纵向分布筋直径II、I、IV和V深埋10mm，V浅埋和V偏压12mm，间距巨250mm。各级围岩衬砌环向主筋直径分别为II18mm，I〜V与变更前一致，纵向分布筋直径全部为12mm，间距200mm。保温措施洞口500m范围初支和二衬之间全环设置保温层。洞口土质地层、极破碎的岩质地层及膨胀性围岩地层的地段于初支和二衬之间拱墙设置保温层。洞外排水于低洞口端设置深埋排水暗沟，埋置于冻结深度以下不小于25cm，排水坡度不小于5%。，每50m设置一处保温检查井，末端设置保温出水口。于低洞口端设置深埋排水暗沟，埋置于冻结深度以下不小于25cm，排水坡度不小于5%。，每50m设置一处保温检查井，末端设置保温出水口。施工期间对洞外保温出水口进行优化，根据现场实际地形及风向测试情况本着背风向阳的原则进行逐个优化，方案确定后另外进行变更设计。2.变更前后设计方案优缺点分析（1）施工图设计方案的优缺点：1）优点①洞口段采取径向注浆堵水措施，将地下水大幅度地封堵于冻结圈以外，很大程度上降低隧道冻害发生的机率；通过提高混凝土自身防水性能和设置防水层并通过拱顶回填注浆和设置深埋的排水设施和保温出水口等手段，以到达减小冻害发生的几率。②初支和二衬之间设置保温隔热层阻隔了洞内低温向围岩的传递，可有效防止初支外侧围岩中的水发生冻结，避免冻胀力的发生。同时，保温层具有可压缩性，一旦发生冻胀，可吸收部分冻胀力，缓减冻胀。③考虑设置保温层，冻结发生的几率大大降低，设计时适当考虑冻胀力，素混凝土衬砌设置构造钢筋抗冻，抵消冻胀力对衬砌产生的作用。④设置双侧保温水沟、埋置于冻结线以下的中心深埋水沟、洞外深埋暗沟并设置保温出水口，有效的确保了隧道排水畅通。2）缺点①保温层设置施工工艺要求很高，实施的难度较大。根据目前的施工工艺水平，保温板及第二层防水板挂设困难，施工速度较慢，影响工期。②保温层承载力较低，可能引起结构沉降。另外，保温板防火性较差，且易老化。③初期支护外盲沟施作工艺复杂，需占用较长的施工时间，且回填注浆很容易将盲管堵死。④本方案要求隧道开挖断面必须圆顺、初支喷砼表面必须平整，保证保温层与初支之间密贴，不留空洞，必须保证防水有效，隧道防水及施工缝、变形缝防水必须有效，保证保温层不浸水，否则一旦形成水囊，则易产生冻害。⑤该方案投资较高。.（2）变更设计方案的优缺点：1）优点①变更设计方案维持了原设计径向注浆、混凝土自防水和设置防水层、中心深埋水沟、双侧保温水沟、洞外深埋水沟、保温出水口等措施，减小冻害发生的几率。②根据围岩性质优化保温层设置段落，取消隧道仰拱底部保温层及防水板，将环向盲管设置于初期支护和二次衬砌之间，消除了由于保温层承载力较低而可能引起结构沉降的隐患。合理降低了施工难度，减小了对工期的影响，节省了投资。③加大了环向盲管直径，环向排水更加畅通。④加密了横向导水管的间距，增设了碎石盲沟，加强了环纵向盲管汇水与中心水沟的联系，加强了排水的能力，减小了地下水在盲管中的滞留时间，减小了发生冻结的概率。⑤普通中心水沟地段衬砌背后盲管汇水直接引入中心检查井，进入中心水沟，避免水进入侧沟后外渗，流入道床，发生冻结。⑥中心深埋水沟和保温侧沟设置长度根据地区温度差异进行了优化调整，节省了投资。⑦中心深埋水沟上方设置保温层，深埋水沟检查井增加了密封措施，保证了中心水沟的水不发生冻结，保证洞内排水系统畅通。⑧洞内增设了温度变形缝，防止由于温度应力引起施工缝处混凝土开裂，造成病害。加强了施工缝、变形缝防水。仰拱部位增设背贴式橡胶止水带，纵向施工缝采用钢边橡胶止水带。钢边橡胶止水带断面采用非等厚结构，分强力区和防水区，使各部分受力均匀，合理。伸缩孔外壁为平面，施工时板模夹制接触面积大，不易脱位，钢板增设安装孔与钢筋相连接，固定牢靠不易位移。确保隧道内防水有效。⑨加强洞口防寒段二次衬砌配筋，采取防、抗结合的方法，消除了局部冻胀对衬砌的影响。⑩本地区温差较大，洞内增设温度伸缩缝，可避免由于温度变化引起材料的热胀冷缩导致二衬开裂而造成病害。2）缺点①围岩完整性较好的地段取消保温层，保温性能减弱，衬砌背后的围岩受低温影响，仍可能对衬砌产生一定的冻胀力。②洞内增设温度伸缩缝，增加了防水薄弱环节，加大了防水难度。鉴于以上情况，本次变更设计推荐采用优化保温层设置段落，加强防排水设施方案。（五）变更后主要工程数量变化情况.洞口防寒段径向注浆：本次变更设计洞口防寒段径向注浆设置段落与原施工图设置段落一致，均为59547延米，数量未发生变化。.保温层二次衬砌设置保温层段落减少52386延米，取消中心深埋水沟外包保温层，改为水沟上方设置保温层，减少5cm厚聚氨酯保温板约2752685平方米。增加10cm厚聚氨酯保温板约59033平方米。增加胶粉聚苯颗粒保温砂浆18996立方米。.防水板、土工布保温层取消后取消保温层外侧防水板，并将内侧防水板改为拱墙设置，取消中心深埋水沟外包保温层，改为水沟上方设置保温层，共减少防水板约4002584平方米，减少土工布1267787平方米。.中心深埋水沟及双侧保温水沟（1）中心深埋水沟及双侧保温水沟原施工图设计设置段落为134672延米，变更设计设置段落为123646延米，与施工图相比，减少中心深埋水沟及双侧保温水沟设置段落11026延米，改为设置普通中心水沟及普通侧沟。（2）由于中心深埋水沟水管规格变化，变更设计后t=12cm的①600mm的钢筋混凝土预制管增加123646延米，t=6cm的①600mm的钢筋混凝土预制管减少123646延米。(3)由于中心深埋水沟设置长度变化，管座减少C20混凝土4903立方米，检查井井身C25钢筋混凝土1325立方米，回填碎石减少68785立方米，取消中心深埋水沟预制盖件减少C25钢筋混凝土27593立方米，减少HPB235钢筋1106吨。.排水盲管(1)环向排水盲管由于环向排水盲管规格及设置位置发生变化，变更后①50环向盲管减少约1265358延米，①80环向盲管增加约615285延米。(2)横向导水管由于横向导水管间距由30m间距改为与环向盲管间距一致，变更后中100横向导水管长度增加245955延米，增加碎石盲沟300357延米。.防冻钢筋变更后洞口防寒段环向受力钢筋及纵向分布钢筋增加约12861.6吨。.止水带(1)纵向施工缝用中埋式止水带变更后镀锌钢板止水带减少324075延米，钢边橡胶止水带增加324075延米。(2)背贴式橡胶止水带变更后背贴式橡胶止水带增加约235890延米，其中：施工缝用背贴式橡胶止水带增加约95639延米，变形缝用背贴式橡胶止水带增加约140251延米。(3)中埋式橡胶止水带变更后施工缝用中埋式橡胶止水带减少约145043延米，变形缝用中埋式橡胶止水带增加约145043延米。三、变更设计预算编制(一)编制范围全线隧道的防寒工程措施。（二）编制依据及原则1．铁建设[2006]113号《铁路基本建设工程设计概（预）算编制办法》。2．铁鉴函[2010]1519号《关于新建吉林至珲春铁路初步设计的批复》。3．设计概算各项工程费用按铁道部铁鉴函[2010]1519号文批复原则编制。4．十一章仅计列安全生产费及勘察设计费，其余费用维持原初步设计批复额不变，待建设项目完成时一并调整。5．基本预备费暂维持初步设计批复额不变。6．原初步设计批复防冻钢筋、径向注浆及保温措施等隧道防寒相关工程措施列入十一章中，本次为了便于对照分析，将原列入十一章中隧道防寒相关工程投资列入第四章对应隧道子目中。（三）预算总额隧道防寒措施变更设计静态投资469648.34万元。（四）与原设计概算总额的对照分析隧道防寒措施变更设计静态投资469648.34万元，较原设计静态投资476959.82万元，减少7311.48万元。投资减少原因分析如下:.隧道开挖减少11.57万立方米，减少工程投资1259.25万元；.模筑混凝土、明洞及洞门减少工程投资11073.46万元，其中：（1）二次衬砌设置保温层段落减少52386延米，取消中心深埋水沟外包保温层，改为水沟上方设置保温层，减少5cm厚聚氨酯保温板约2752685平方米。增加10cm厚聚氨酯保温板约59033平方米。保温层取消后取消保温层外侧防水板，并将内侧防水板改为拱墙设置，减少防水板400.2万平方米，无纺布减少1267787平方米。共减少工程投资16543.71万元。123646延长米①600mm的钢筋混凝土预制管壁厚由6cm调整为12cm,增加工程投资4298万元。（3）由于环向排水盲管规格及设置位置发生变化，变更后①50环向盲管减少约1265358延米，①80环向盲管增加约615285延米，由于横向导水管间距由30m间距改为与环向盲管间距一致，变更后①100横向导水管长度增加245955延米，增加碎石盲沟49559立方米。共增加工程投资2060.37万元。（4）纵向施工缝用中埋式止水带，变更后镀锌钢板止水带减少324075延米，钢边橡胶止水带增加324075延米，减少工程投资891.21万元。（5）背贴式橡胶止水带增加约235890.4延米，增加工程投资1924.86万元。（6）取消深埋水管预制盖件减少27593.1圬工方（含钢筋1106吨），中心深埋水沟管座混凝土减少4902.6圬工方，深埋水沟保温检查井井身混凝土减少1324.6圬工方，共减少投资2835.5万元。（7）碎石减少68785立方米，减少投资931.35万元。（8）明洞钢筋增加纵向和环向防冻钢筋增加1130吨，增加工程投资609.95万元。（9）增加胶粉聚苯颗粒保温砂浆52026立方米，增加工程投资1326.7万元。（11）其他工程费减少203.75万元。.暗洞钢筋增加11551.58吨，增加工程投资6234.51万元，主要是增加环向和纵向防冻钢筋；.喷射混凝土减少2558.84圬工方，减少工程投资201.99万元；.钢支撑减少2025.17吨，减少工程投资1387.42万元；.洞外深埋暗管增加1455米，增加工程投资158.62万元。.东南岔隧道保温油漆增加138.28万元。.其他增加79.24万元。四、施工注意事项.隧道结构防排水必须严格按照设计施工，应重视初期支护的防水能力。附属洞室与正洞连接处的防排水系统应与正洞同时同标准完成。.隧道洞口段边坡、仰坡坡顶的天沟、截水沟应结合永久排水系统及早修建，应在隧道进洞前施做完成，出水口必须防止顺坡散流。明洞的防水层、排水管应与隧道的防水板、排水管顺接。.应充分重视防寒径向注浆施工质量，做好过程检查控制，注浆完成后须进行渗漏水实验，以检验注浆效果，做到不渗不漏。.初支喷混凝土表面应平整，表面凸凹矢跨比必须小于1/10,必要时进行抹平，以免影响防水板施工质量。.初支背后严禁存在空洞，施工过程中可采用锤击等进行测试，对于钢架背后存在空洞的地方，必须采用注浆加固方式进行填充，以免形成水囊，产生病害。.二次衬砌混凝土强度达到设计强度100%后应进行拱顶回填注浆。回填注浆压力宜控制在0.2MPa以内，注浆顺序宜沿线路上坡方向进行，注浆过程中要时刻观察注浆压力和流量的变化，当注浆压力达到0.2MPa或相邻孔出现串浆时，即可结束本孔注浆，应对注浆效果进行检查，对不符合要求的地段必须进行补注浆。避免二衬背后存在空洞，形成水囊，产生病害。.铺设防水板前，应对初期支护的渗漏水情况进行检查，并采取局部注浆等措施进行处理合格后，才能进行下一道工序施工。混凝土振捣时，振捣棒不得接触防水板，以防防水板受到损伤。.防水板的搭接宽度不小于15cm，分段铺设的防水板边缘部位应预留至少60cm的搭接余量，并对预留边缘部位进行有效保护。防水板接缝应与衬砌施工缝错开1〜2m。防水板焊接应采用双焊缝进行热熔焊接，焊接完毕后应按充气检查法对搭接缝的焊接质量进行检查。并对漏气部位进行全面的手工补焊。.防水板铺设完毕后应对其表面进行全面的检查，发现破损部位及时进行补焊，补丁应剪成圆角，不得有三角形或四边形等尖角存在，补丁边缘距破损边缘的距离不得小于15cm。补丁应满焊，不得有翘边空鼓部位。.止水带安装时应按设计要求埋设在衬砌混凝土厚度一半的位置，其安装的径向位置，较设计允许偏差为±5cm，安装的纵向位置允许偏离中心为±3cm。止水带应与衬砌端头模板正交，以确保止水带安装方向和质量。.橡胶止水带宜采用热压机硫化搭接胶合，连接前应做好接头表面的清刷与打毛，搭接长度不得小于10cm，焊缝宽度不小于50mm,接头强度不低于母材的标准强度。.纵向施工缝钢边橡胶止水带可采用冷接法或热接法进行连接，采用冷接法连接时，应将钢边止水带的钢边与U型箍件铆紧，橡胶片与黏结剂胶粘，将接头包裹一圈并压紧压实，粘接应保证密贴，橡胶片搭接长度不小于20cm。.洞内中心水管泄水孔设置一定要符合设计要求，不能少设或漏设，与中心深埋水沟连接的横向导水管应插入深埋水管不少于3cm，以免仰拱.喷射混凝土冬期施工应符合下列规定：洞口喷混凝土的作业场所应有防冻保暖措施;在结冰的层面上不得进行喷混凝土作业;作业区的气温和混合料进入喷射机的温度不应低于5℃；混凝土的强度未达到6MPa之前，不得受冻。.冬季施工时，混凝土入模温度不应低于5℃，夏期施工时，混凝土的入模温度不宜高于洞内温度且不宜超过30℃。.本线地处北方寒冷地区，施工时应严格执行设计及规范要求，精心施作防排水设施，保证纵环向盲管的畅通，确保防排水效果。.施工期间应结合科研项目对已确定进行科研试验的隧道严格按照大纲进行测度和测压试验。对于已施做未设置保温层的土质地层、极破碎岩质地层及膨胀性岩土地层地段应结合科研项目加强观测，根据观测结果研究处理措施。.施工期间应及时施做洞外深埋暗沟及保温出水口，尽早完善洞内外排水系统，防止建设期间已完成段落发生冻害，影响工程安全质量。.施工期间及施工完成后建议定期检查保温出水口状况，检查是够遭到破坏，并进行及时的修复。.本隧道聚氨酯保温材料及防水材料为易燃材料，施工中应注意防火安全。五、安全施工措施.施工企业应严格执行国家和当地政府相关法律法规及规范标准。.应根据有关法律法规和施工现场情况建立相应的规章制度，应明确指出施工中的主要危险点，并采取相应措施加以防范。（1）指定安全生产及文明施工的责任人，并结合本工程的特点制定一整套安全生产和文明施工的规章制度，对施工人员进行明确的安全技术交底，施工中做到人到位、职务到位、责任到位、业务水平到位，特别是现场安全管理人员的安全责任，使他们在施工巡视、检查中真正起