第六章-隧道冻害

第六章隧道冻害隧道冻害隧道冻害——指寒冷地区和严寒地区的隧道内水泥和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、衬砌胀裂等。天山二号隧道新疆的天山二号公路隧道，长1O07m，投资5480多万元，1988年8月底完工时就发生了严重的渗漏现象，进入9月后由于路面结冰、洞顶挂冰，车辆无法通行。多年来，由于反复冻融破坏，该隧道目前已不再通车运营，近乎报废。七道梁公路隧道1989年建成的甘肃七道梁公路隧道，每到冬季，排水沟便冻结，使隧道排水不畅，衬砌背后也产生冻胀现象，导致衬砌混凝土开裂，造成隧道渗漏、路面结冰，严重影响行车安全。1990年冬季，为了确保该隧道通行，管理站不得不组织30多人，冒着严寒反复刨冰，工作条件极其艰苦，劳动强度极高，而工效极低，但无法根除冻害。之后，虽经多次防渗漏、防冻害治理，但仍有问题。2002年12月26日实地考察，目前，该隧道采取了向洞内排水沟供暖的措施使冻害得到大大缓解，但隧道衬砌壁面多处仍有挂冰现象；每逢冬季，仍需组织养护人员清除路面与人行道结冰。寒区隧道冻害类型1．冰柱、冰溜子

渗漏的地下水通过混凝土裂缝逐渐渗出，在渗出点出口处受低温影响积成冰柱，尤其在施工接缝处渗水点多，结晶明显，累积十至几十厘米厚的冰溜子（又称为挂冰）。如不清理，冰溜子越积越大，侵入限界，危及行车安全。拱部渗漏逐渐形成冰柱子（冰葫芦），一般地区仅仅是影响限界。隧道排水沟槽设施，保温不良引起冰冻称冰塞子。水沟地下排水困难，因结冰堵塞，使水沟（管或槽）冻裂破损，地下水不易排走，衬砌周边因水结冰而冻胀，致使隧道内各种冻害接踵而来。

2．衬砌发生冰楔隧道砌筑在围岩良好地段，一旦衬砌壁后有空隙，渗透岩层的地下水，在排水不通畅时水就积在衬砌与壁后围岩间，结冰冻胀产生冰冻压力，传递给衬砌。衬砌施工缝处充水冻胀，衬砌开裂、疏松、剥落。3．围岩冻胀破坏（1）隧道拱部衬砌发生变形与开裂（2）隧道边墙变形严重（3）隧道内线路冻害（4）衬砌材料冻融破坏（5）隧底冻胀和融沉梯子岭隧道秦青公路梯子岭隧道总长1142.72m，纵坡为4.1%的直线隧道。1993年8月开工建设的，1994年12月竣工交付使用。由秦皇岛冶金设计研究院设计，设计标准：净宽7m，侧墙高3.6m，拱高1.75m，净高5.35m，未做路面设计和防排水设计。交付使用后就发生了冻害现象。据1994年和1995年的两个冬季观察，每年11月到第二年4月，隧道洞内形成大面积的冰柱及冰溜，冰柱直径大多在0.5~1.Om之间，大者可达1.5m，高度均在lm左右，小者滴水冻结于洞顶，形成冰溜，倒挂于洞顶或附在侧墙上，最大冰溜直径可达40cm左右，长度2~3m;大部分路面冬季结冰。整个冬季隧道内车辆、行人难以通行，无法安全运营。冻害原因1、自然地理因素隧道渗漏段多为地表地势相对低洼平坦，有一定的汇水面积，无法较好的迁流排泄，造成地面集水大量的长时间的下渗。冬季气温低，年平均气温8.9℃，而年最低气温达一29.2℃。隧道衬砌最大厚度为0.55m，而年冻结深度为.91~1.09m，故冻结深度到了衬砌背后一定范围的围岩。在冬季结冰期，隧道衬砌内外两侧均结冰，环状排水盲沟也难免被冰充填，使其排水不畅或完全堵死。混凝土衬砌几经反复冻融，引起开裂，不仅降低了结构的安全度，而且会引发更严重的渗漏病害，导致病害的恶性循环。2.地质因素隧道穿过距东洞口220~250m和685~710m的两条断层，总长55m，断层破碎带影响宽度约100~132m:两组横向裂隙发育，将隧道围岩切割成碎块状，断层和裂隙相互连通，为地表水的渗流提供了通道和储水空间，使其源源不断地流经隧道衬砌。冻害原因3、设计与施工方面的因素隧道防排水设计措施不完善，未成为防排水系统，是造成渗漏的原因之一。隧道施工质量差，也是造成渗漏的原因之一。冻害原因检测报告显示1．寒冷气温的作用隧道冻害与所在的地区气温（低于0℃或正负交替）有直接关系。2．季节冻结圈的形成沿衬砌周围各最大冻结深度连成一个圈叫做季节冻结圈。隧道的排水设备如埋在冻结圈内，冬季易发生冰塞。在冻结圈范围内的岩土，由于受强烈频繁的冻融破坏，风化破碎程度与日俱增，也是冻害成因之一。3．围岩的岩性对冻胀的影响4．隧道设计和施工的影响冻害成因冻害治理以隔热为主，加热法正在研究中隔热法隔热法是在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间设隔热材料，使围岩的热量在冬季不逸出隧