寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术

汇报人：陈建勋教授寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术一、项目研究背景二、主要研究成果三、成果的先进性

四、结束语一、项目研究背景寒区占中国国土面积的75%在这些寒区储藏着大量的资源，如矿产、森林等，为了开发这些资源必然要做大量的工程建设。其中包括公路与铁路。季冻区占国土面积53%一、项目研究背景衬砌漏水、挂冰隧底冒水、积冰、冻胀隧道路面溢水结冰隧道衬砌开裂剥落洞门墙开裂隧道洞口处热融滑塌隧道中心水沟结冰堵塞隧道出水口结冰堵塞一、老项目社研究炉背景冻害室问题滑一直幸是寒肉冷地壤区隧拦道研盯究的羊重点侮，目吧前尚壶未得册到完苹全解统决。殿各种露冻害领现象是在已住建和途新建赶隧道心中仍而不断聚出现及，不浴仅威笛胁行禁车安奥全，年而且剂大大挖增加和了运竖营养矩护费畜用。河北穗秦皇宋岛梯盗子岭蛙隧道夫冬季屠除冰内蒙流兴安纵岭隧催道冬雅季路窄面结硬冰二、古主要拆研究蛛成果长安隔大学勺课题呼组从19匠98年开堡始，索在国家兽自然杜基金昂委、交通大运输夫部、教育蹲部等项午目支惭持下屡，针纳对寒轰冷地贵区隧户道冻狗害问症题开抚展了安研究舒。序号项目名称起止时间任务来源1寒冷地区隧道防排水防冻害技术研究1998-2002河北省交通厅2寒冷地区隧道冻害防治技术研究2001-2004河北省交通厅3寒冷地区公路隧道冻害雪害防治技术研究2007-2011

西部交通建设科技项目4隧道冻害防治技术研究2008-2011教育部新世纪优秀人才支持计划5寒区隧道喷射混凝土冻融损伤机理及抗冻性的研究2010-2013国家自然科学基金面上项目6基于温度效应的隧道衬砌结构力学特性及使用寿命研究2011-2014国家自然科学基金青年项目二、膛主要毅研究狂成果采用绿查阅停文献前和实贩地考刃察的妨方法迅，对其隧道萌冻害热情况纺、气粮候水误文和偷治理桂措施模进行没调查布和研厚究，建立庙了寒寨区隧沈道数长据库。共统计14陷3座寒晌区隧城道，其固中短决隧道8座、您中长及隧道8座、文长隧涛道39座、少特长它隧道18座；梯位于盈高纬看度地饼区的传隧道47座，选高海往拔地振区的垃隧道26座；风季节渔性冻刊土隧浩道70座，螺永久全性冻演土隧纪道3座。隧垃道梨冻覆害期调裕查招一谣览肥表序号隧道名称隧道位置及修建时间隧道概况气候、水文条件冻害概况防治措施备注1兴安岭隧道位于滨洲铁路线，牙克石市境内，建于1903年全长3077米处于高寒地区，结冰期长达6个月以上，最冷月平均气温为-33℃，极限最低气温达-57℃，最大冻结深度为2.8米主要由渗漏水冻结所引起的，冬季危及形成，每年都会使用大量人力刨冰采用帘幕防寒…………………………………通过且对调很查结及果的方分析锋，归红纳总学结寒泻冷地年区隧初道冻资害现弯象、蔬冻害扭防治它措施紧，提盒出了筒寒冷停地区斜隧道察修建挠中存狡在的耍问题令及启是示。1、工立程调拦研（1）早神期采鸡用矿练山法铃修建旨的隧道倚，采圾用整古体式用衬砌淡（先爷墙后隐拱或悄先拱郊后墙牲），窝防排越水系奏统不享完善奖，未慰设置疲防水会层，嫁导致胀隧道胡修建害后拱丘墙交净接处盲渗漏很水结速冰冻凡胀。严重情影响持正常边运营搞。例淡如新构疆天石山奎附先大童坂隧村道。修在日劈燕本也帆是如晓此。寒区佣隧道档修建净存在确的问须题及把启示（2）采罚用新余奥法塌修建系的隧麻道，窝设置个了完缝善的恰防排糖水系稳统，蛛但未速设置牵保温怜系统具，导欣致隧吨道衬宅砌背纪部地著下水目冻结摩、排嘱水管茎出水乏口冻沸结堵述塞，呼严重痕影响岭隧道您正常舰运营昆。例如亿甘肃保老七历道梁召隧道亭，被认迫在稿隧道查内采圈用暖袭气管梢道进尖行加分热，青消除圾冻害杯影响圈。（3）新暮建隧蔬道虽推然设忠置了搭完善立的防岸排水蛇系统疲和保育温系慕统，慕但是刑因施卖工质询量问掏题，久导致恩隧道贞运营匹不久击便发兵生冻俭害，你影响黑正常贞运营柏。例如拿大坂旁山隧旁道，煎最初厕采用裳防寒哨泄水惹洞和换防冻返隔热业层的根措施炼，但周由于凡隧道谈施工蜓条件仇艰苦两，防峰排水痛施工级质量漠较差侵，运押营后诱不久等便出症现渗殿漏，吐产生衫了冻遥害。总的解来讲眉，采胳用复窝合式铁衬砌罗（新泼奥法招）以恨来，薯有了欧完善误的防践排水陷系统勤，特红别是行如果清及时损能将棚衬砌帅背后李围岩们中的择地下魄水排指出，霉寒冷躁地区倦隧道映发生当冻害钻的问份题就带可以抱得到谷很大乐缓解获。防列冻保葱温已企经得削到了载广泛翻的关前注和愁应用风，但狠在解文决隧净道冻衰害问落题的命认识涛角度斥，还宴存在研一定阿的问誓题。为此件，我馒们要丸开展冠隧道梦防冻间保温贴技术遮的研厦究，安提出疲隧道虾冻害睬防治朗原则政是“防驼水是选基础招，排东水是排核心缴，保误温是项关键床，三督者必盲须有刑机结五合”，即纱采用克完善鲁的防乞排水跌系统显与防权冻隔欲热系张统结望合的惰措施肃防治泊隧道芬冻害破。2、隧斤道温等度场拌变化菊规律店现场败测试贴及分丸析在河牧北秦喊皇岛碑梯子环岭隧条道、摔河北肺承德经祥云铲岭隧械道、胖黑龙接江绥捡满公劣路雾帅松岭叮隧道版、黑情龙江范哈尔剃滨绕污城高获速天坐恒山绍隧道帆进行朗现场瞧温度叉场测拢试，取得伍数据才上万饱组。梯子丘岭隧眼道雾松刃岭隧盯道天恒迟山隧晶道以河则北省洲承德舍市祥永云岭造隧道脚为例躬，介些绍隧勿道温禾度场切的现莲场测夸试与荒分析暑。（1）隧然道温休度场凉测试季项目毙包括洞内招外的妈气温信、风版速和软风向片，衬帖砌表爱面与放内部锹的温抗度，映衬砌乳背部榴围岩炊的温恐度，要路面搁及其凡以下妻地层温的温考度。（2）测烤试断喝面沿涌隧道耍纵向死的布佳置占在凶隧道倡内轴圣线方抱向共罩布置忍了11个测袋试横原断面骡，洞口抬段测偷试断缝面布僻置较刚密集隙，中糖间段繁测试质断面缎布置薪间距没较大奶。在西页洞口花和东记洞口尸外50淡m处测酱试洞签外气周温、评风速从和风奋向。（3）测困点在游横断策面上潮的布养置叹如昆右图佛所示授，在昼隧道掠的拱钉顶、湾拱腰嫁和边呆墙分羡别布定置测试愉二次普衬砌饥混凝多土表能面和吴内部稀、喷婆射混麻凝土手表面增及围蛾岩内裤部温扶度的悠测点（如嗽图8吓A大样钢），侦在隧费道路粗面处户布置茅测试狼路面热混凝逐土表抽面和弄内部豪的测六点（碰如图8瞧B大样蔬）。隧道带洞内久外温岭度差话值与杨隧道晋长度栽的关胀系隧道名称隧道长度/m最冷月洞口与洞中日温差/℃新疆天山奎先大坂隧道615024.8大兴安岭杜草隧道384918.6大兴安岭西罗奇2号隧道116015.6大兴安岭翠岭2号隧道4205.0祥云岭隧道1850.5长隧奸道贯研通后占洞内致气温个都具嫩有“腐冬暖写夏凉咳”的只特点搏，即受暖季靠洞内凳温度老低于纹洞外废气温丹，寒谅季洞乱内温段度高甩于洞吧外气疯温。碎短隧炼道洞岗内外闯气温栋相差没不大类。一融般而杏言，时隧道检长度醉小于50此0m，日姥温差碗小于5℃。但姥同时塞，隧劣道内博气温上受风恨向的衣影响济较大朗。长隧膊道洞秃口段括要进根行防馋冻保驼温处肝理，镰小于50胞0m的隧到道要圣全长市进行锁防冻困保温俊处理玻。典型蚕断面泼沿衬灿砌和先围岩刷不同听深度昂的温停度隧道拼衬砌弊背部剑围岩些一定岩深度洽范围剂内的箭温度齿都处之于0℃以下每，而齿隧道新二次事衬砌抱背部供防水执层后评边的咸喷射公混凝筛土和颤围岩斧都有林地下眉水侵中入，弦极容没易发企生冻学害。采用缠保温顶措施敌，使雕隧道屡二次贱衬砌隐背部顶防水写层后搁边的扇温度统处于0℃以上猜，可拆以防吊止隧趁道冻饲害的漆发生吊。3、喷锋射混历凝土风抗冻弓性研富究针对短喷射舱混凝扛土的堵抗冻嚷耐久联性，草课题管组进穷行了演一系爸列的业室内扔试验昼，包厕括快洞速冻犯融循晒环试央验、曲压缩仿试验吼、电双镜扫惰描试发验、CT扫描维试验心。研究践内容咐：（1）喷妨射混宴凝土何抗冻克特性切研究（2）引殖气剂龟对喷盆射混畏凝土顶抗冻讲耐久鞋性的思影响库研究（3）喷兔射混仗凝土钳气泡优特征茫研究自动喂快速垂冻融粱试验完机CT扫描电镜肾扫描喷射职混凝覆土抗界冻耐初久性许试验笋结论:（1）普蚂通喷淋射混鼓凝土志和掺贵入引远气剂顾的喷啄射混杂凝土旬各测脆试了绍两组母（每虹组2个试绣件，错每个孩试件键测试2个断椅面）板气泡甜特征蝇参数视，掺足入引庸气剂管的喷懂射混灶凝土辽的气槽泡间吓隔系洋数平剃均值越为24宿4.耐6μ努m和28如7.数4μ择m，普怠通喷安射混朴凝土炼的气枕泡间银隔系咽数平愈均值蓬为29航2.悠6μ雹m和32瓶9μ屋m。喷射扑混凝穷土中共掺入色引气侵剂能短够降背低气声泡间哨隔系笨数。（2）喷埋射混广凝土届的抗撑冻耐宣久性昌指数核随着晚气泡等间隔柏系数艰的增鼠大而类逐渐泳降低供，从细观据上解涨释了酷喷射竖混凝部土中患掺入铲引气筒剂能勺够提疮高喷辉射混份凝土疮抗冻秩耐久笛性。（3）喷扁射混蓄凝土年中的猫气泡雅绝大响多数桑为直狡径小腿于20腐0μ域m的无滨害气骄泡，柿表明喷射塌混凝分土内意部的练气孔娃结构亦对其鸟抗冻竞性有数利。4、冻慨害防鸭治技庸术工程书实践牲证明总，围棋岩发党生冻斩害是络需要饲条件恨的。温度水气温冷在0℃以下俱，且卫低温嫩要足送够长围岩培中含具水量浇必须变足够汁多（1）隧砖道冻喂害防先治原首则防水蓄是基斤础，垮排水腔是核胞心，上保温欠是关否键，往三者肥必须否有机浴结合（2）隧术道抗疑冻设歼防等西级划砖分采用只综合铲评判远的方泪法，榴以最解冷月迟平均份气温台、冻子结深喷度、哄地下胶水的押赋存疼与补贫给、幅地下宝水渗禾入隧托道情营况为得评价童指标侦，将悉新建它隧道刮的防痛冻设拾防等娃级划袋分为5级。寒冷程度气侯条件最冷月平均气温(℃)冻结深度(m)0温0～-50.2～0.71冷-5～-100.7～1.32寒-10～-151.3～1.83重寒-15～-251.8～2.94严寒＜-25＞2.9隧道姻的寒映冷程柜度地下恳水对亮隧道格的危排害程予度危害程度地下水条件地下水赋存与补给条件地下水渗入隧道情况0无干燥隧道无1轻含少量水隧道，无补给少量渗、滴水2中含水隧道，无补给渗、涌水3重含水隧道，水平补给持续涌水4严重含水隧道，水平和垂直补给常年渗、涌水隧道词抗冻离设防献等级仙划分冻害等级冻害特征措施Ⅰ无边沟Ⅱ轻微，不影响交通中心排水沟、U型沟槽嵌入隔热材料法Ⅲ衬砌层冻裂，洞内渗水挂冰，路面结冰，冻害发生于12月至翌年2月深埋中心排水沟、保温边沟、U型沟槽嵌入防冻隔温法、加热防冻法Ⅳ衬砌破裂较严重，含水围岩较大面积发生渗漏，较大范围挂冰，路面冻冰，冻结期大于4～5个月防冻隔温法、深埋中心排水沟、保温边沟Ⅴ衬砌层破裂严重，大面积渗漏水，挂冰严重，路面结冰，排水系统被冰塞，冻结期大于5个月防冻隔温法、防寒泄水洞冻害奇等级友划分给及防议治措辱施隧道柱防冻近隔温汗层设坐计包歉括防妻冻隔上温层灭材料立的选卫择、申厚度仔和长饿度的此计算瓣，以畅及防歪冻隔会温层肉施工意工艺懒。（3）隧俗道防谜冻隔庙温层眯技术隔热能防冻椅材料忽应具誉备质周轻、烤疏松裤、多严孔、钟导热私系数们小的睡特点耽。其性言能指喉标见罗下表隆。隔热启防冻戚材料依设置洁于衬叙砌内潜表面五时，镇应增绸加防筝火措孝施。性能项目性能指标导热系数(W/(m·K))≤0.04抗压强度(MPa)（变形10%）≥0.1燃烧性能B2级阻燃材料工作温度（℃）-40~70耐静水压力（MPa）≥0.2浸水96h吸水率（%）≤1防冻瞧隔温董层厚芽度计喜算方渣法有杰等效跌厚度尾法、禁气象呆解析姜法和爸有限债元模竭拟计算爪法等医，经蛾过分秘析，君等效休厚度工法最即直接供、简滴单和阿易于妖操作跑。课题命组针对防斧冻隔哑温层哪表面毯设置附和中初间设拐置分薯别进买行了炒公式员推导塞。防冻司隔温症层厚播度计甘算围岩母的导勺热系童数防冻溉隔温赚层的估导热捡系数隧道专的当北量半劈燕径围岩秃厚度防冻筛隔温登层的泛厚度②对于鼠在初球期支音护与除二次捐衬砌另之间事设置浙防冻铜隔温顺层的沟情况斥：衬砌步混凝绘土厚民度①对于淹在衬忘砌表描面设费置防丙冻隔猾温层后的情稻况：防冻棕隔温依层长乡丰度确解定主万要依窑据隧沸道内疑的温从度，趁最直打接的刺方法形就是被现场释实测熄，而恐现场角实测股费时言费力船，难当度较弦大，扁只能崇依靠若洞口霞气温汗进行王预测守。日本碧黑川蛙希范伯公式吗：L=1康54季.7饮(-t)0.隔60纹4式中划：L为洞要内可沾能发心生冻飞害位矛置距舅离洞孔口距吓离；t为洞被口最眯冷月兔平均粒气温晌。因此牺，最菌重要罢的是哨获得曾准确首的隧毛道洞迹口气知温。课题刘组采纹用空主间插台值理庆论中骄的Kr耕ig壁in路g法，挽利用裹气象俯测站诵观测替数据吸，提姓出了究隧道凑洞口泽气温蓄计算踩方法丈。防冻题隔温振层长衣度确折定利用孙隧道因洞口浑附近阴的几捕个气贿象测梳站的绢观测姻数据悄，采爬用空枕间插劳值方慈法，差可以挎方便使、准老确的访计算烂隧道令洞口欢处的躁气温吸。防冻热隔温死层施粉工方法毁包括表面惹喷涂定法、锹表面俊铺设孙法和源中间办铺设纷法三种垒。表面葬喷涂盼法/铺设库法中间解铺设酿法通过低压缩削空气过将含基有保起温材筹料、滩胶结挎材料敞和速眨凝剂筛等的劈燕混合洪物料直接提喷涂悠到隧道羞衬砌豪表面，形农成防营冻隔袍热层扛的方伐法。国内执首次俩在黑健龙江捆省雾舒凇岭扣隧道中采貌用表面桌喷涂成法进赌行防眠冻隔域热层猴的施寺作，谈现场涝发泡柱喷涂圾聚氨泄酯保凭温层葱，如述图所爷示。该隧尤道20尽07年通耗车，竞目前死运营遇情况踢良好嫌，无炮冻害锈发生篇。表面底喷涂剂法使用类锚固邻件将事先典预制怕好的拼保温拦板固系定到温隧道胀初期企支护页或原怖有衬货砌表宗面，形顷成防醉冻隔殊热层肾的方离法。今现场铁施工纯如图花所示廊。天用恒山歼隧道20摄09年通辜车，末目前稿衬砌扫结构躁稳定炒，洞委内干疗燥，另运营厦情况崇良好唯。表面非铺设量法使用语胶黏报剂或朽锚固解件等腐将预大制好员的保尤温板氧固定啄到隧佩道衬躁砌表咳面，压形成解防冻丽隔热爸层，熄然后辈再浇屑筑一挪层衬倒砌混寻凝土怜的方锋法。国内锹首次互在河银北省叨梯子绝岭隧踏道采用差中间露铺设险法进贸行防岗冻隔餐热层米施作偏，在匙原隧挤道衬批砌表衣面铺告设防向冻隔奏热层录，然灯后在罚其表疲面浇准筑混齿凝土肆。现温场施熔工如屡图所草示。20秘02年该珠隧道晋整治妖后通绩车，殊历时14年的询运营阅，全月隧道般无渗意漏和煌冻害康现象醒发生誉，衬鄙砌完摄好无洲损。中间毒铺设湖法冻融损伤本构模型建立冻融损伤率演化方程提出微观构造损伤和冻融破坏机理揭示喷射混凝土冻融损伤试验理论荣成果寒区隧道温度场现场测试隧道防冻结构型式防冻隔温层厚度计算公式防冻隔温层施工工艺冻害防治设计方法与施工技术提出围岩的导热系数防冻隔热层的导热系数隧道的当量半径围岩厚度防冻隔热层的厚度

冻害等级评价方法冻害等级划分标准建立攻克在了寒亚区隧携道漏煮水挂犬冰、携溢水锹结冰升和开嚷裂剥卵落等势技术患难题技术旧成果三、协成果快的先脸进性成果拦的先乖进性（1）揭汪示了形喷射恨混凝蚂土抗肚冻耐屠久特斩性引气佣剂的纲掺加需可以棋改善挣喷射击混凝捏土内习部孔京隙及齿气泡酒结构指，提告高喷霜射混催凝土施抗冻详耐久功性。成果杏收录而于“Co稿ns勒tr止uc翠ti奔on晚a袋nd多B挤ui向ld撒in希g延Ma患te询ri序al四s”-S输CI检索揭示菠冻融琴循环骑作用竭下，锈喷射短混凝沿土内圈部孔肥隙结贯构变钻化，喊及相默应的及物理洋特性户变化矩。成果凯收录欠于“Co洽ns可tr没uc领ti行on就a锈nd臣B冈ui争ld刘in方g零Ma堡te侧ri完al敞s”-S贺CI检索（2）提注出寒伍区隧舒道冻晶害防博治原要则以往妹，对螺于寒饭区隧系道的筹研究愁多集事中于茂隧道终冻胀恒机理涌的研蚁究，树如冻梯胀力腾形式汇、计鹊算公尼式推议导等纱，但劈燕未明腿确统棋一，刊且缺彩乏数诞据支挂撑。本项欣成果们提出众了“度防水每是基旺础，肃排水和是核答心，州保温百是关腐键，边三者瓶有机结合恭”的浑隧道姜冻害台防治兄原则郊。本项尼成果预攻克窃了寒舌区隧粥道衬拥砌漏脚水挂唉冰、坚路面穗溢水斯结冰诱和衬服砌剥文落掉仙块等水寒区及隧道幻玉冻害挖技术膜难题鬼，为厨解决本隧道弊冻害捷问题鞋开辟挽了新笑途径疲。成果侧的先档进性（3）提帐出寒呢区隧牲道冻画害等苦级划蛮分标鹊准已有蛮的等厌级评牛定基吩本上次为单俭一指封标，导且以聪定性犯描述玻为主膨，缺萍乏准垒确性钟和科仍学性伙。本项甜目成疏果以气壮温和乘地下嫁水为设指标店，采共用综袍合评逃判的置方法纤，结惑果明确贼、直歇观，泪为新日建隧掩道冻恳害防卸治措兔施选勉取提鹅供依债据。基于显故障塞树理蛋论，闭估算肝隧道拜冻害吨损失世费用嘉，并烟结合樱隧道冻害向形态咳、结耀构稳吓定和鼻行车签安全挽，依萍据科除学、黄可靠勤，为暮既有隧道映冻害厦处治嫂提供搏依据著。成果屋的先钟进性（4）防肌冻隔阀温层周设计御方法洞口税气温桃计算采用Kr客ig极in沟g法，梯插值沟计算壁隧道板洞口绝温度是，有歪效解西决了单隧道杨洞口缺气温咸难获迅取的帐问题衣。围岩鉴导热术系数乖计算基于如围岩啄温度弄实测幅资料或，编汇制了怠隧道乔围岩旦导热莲系数跟反分匆析计胖算程死序，扭结果友更可旁靠。防冻意隔温信层厚愤度计近算采用章等效宋厚度撞法计持算，乒公式敞简单示，易科于理况解，源参数兄选择狼合理芹，结寇果准毫确可订靠。理论揭依据捧明确姜，参螺数选列择合庸理，午结果聋可靠境！成果绪的先略进性（5）防竹冻隔沃温层公施工违方法本项迹成果僵提出党了寒压冷地读区保童温层毅中间步铺设绝法、青表面参铺设坊法和侮表面暖喷涂法的拼施工拜工艺查，在甲实际潮工程惧中进久行了疾成功洞应用隙，其兄效果该得到亦了验鹊证。现场惧测试拐结果载表明搞，防云冻保少温效醋果显梅著，雪有效锄防止乌了隧定道冻送害的发生阵，施翁工方坚法合境理。成果铺有利奥于防银冻隔疯温层峰的推是广，塌为防吵冻隔碌温层佛施工袭提供看参考窄和依据，拿以解远决寒鸭区隧础道冻伏害问肢题。成果写的先窄进性该成码果总郊体达身到国际响先进搜水平20告11年12月30日，呀交通庙部西酬部交哨通建循设科骗技项犯目管椒理中倍心组抹织“菌寒冷奶地区若公路骡隧道侄冻害母雪害绒防治勉技术秆研究瓣”鉴燃定意报见为椒：项定目研灰究总咳体达辛到国际或先进捎水平。20桑12年8月30日，巩陕西梅省科甩学技肆术厅亿组织妄的“璃寒冷遮地区咳隧道攀冻害珠防治乘技术注研究够”鉴妙定意锦见为遭：该虹项目烟研究险总体宰达到国际趁先进众水平，其腥中隧伪道冻矮害程沫度等获级划岛分、杰隧道木防冻短格温烦技术杨达到国际闹领先碎水平。成果卫的先逝进性三、倘成果婆的先赔进性20冻15年中体国公躺路学见会科牙学技网术二再等奖20钓16年交慢通运丘输建颗设科抹技成途果推缎广项怎目目寒录中国油公路违学会腾科学侦技术倚二等宰奖交通煌运输兽建设配科技字成果捐推广踪蝶目录三、兆成果圾的先练进性授权阻发明灯专利2项、催实用流新型2项公路隐隧道鸟冻害抗分析挣方法新型谣隧道曲防冻锄隔温浊层一种贝新型免隧道禁防水泛结构一种范新型回隧道贵防冻距隔温片层三、注成果怎的先宰进性发表