隧道冻害及其防治方法探讨
寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究
寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究1 引言高寒区的公路铁路隧道因受独特的气候影响，在施建及营运过程中除常规性病害之外还有衬砌开裂、酥碎、剥落、顶部及边墙挂冰，底部滴水、洞门墙开裂及洞口热融滑塌等特殊病害形式。
这些冻害使得隧道衬砌遭受不同程度的损伤与劣化，且出现的挂冰、冻胀侵入建筑限界而危及行车安全，不仅造成较大的安全隐患，也降低了隧道的使用功能。
在我国北方地区由于较大差异的温差现象引起隧道围岩间液体的冻融循环，冻胀变形对围岩及隧道结构产生不可逆的损伤性，并加剧围岩缩胀、损伤、开裂等一系列物理变化及可能的化学，使得围岩失稳及隧道冻害现象显著出来。
2 主要冻害现象分析对高寒区大量隧道冻害实例进行调查分析，可将寒区隧道冻害现象分为五类：①衬砌漏水、挂冰；②衬砌开裂、酥碎、剥落；③洞门墙开裂；④隧道底部冒水、积水、冻胀；⑤隧道洞口处热融滑塌。
（1）衬砌漏水、挂冰在排水系统不通畅的情况下，围岩内的地下水或融冰水由隧道衬砌向内渗漏。
渗漏水量的大小和出水点的位置不固定，随年降水量的变化而变化。
渗漏水量及位置随衬砌后背储蓄蕴含量及衬砌质量有关，一般说来，衬砌后背水量充足衬砌质量越差则渗漏量越多，且主要在施工缝或混凝土含蜂窝及麻面的地方渗漏。
在温度在冰点之下时渗漏水凝固成挂冰，主要集中于拱顶部位。
（2）衬砌开裂、酥碎、剥落衬砌裂缝形态可分为环向、纵向及斜向三种形式。
衬砌产生裂缝的原因除围岩情况、混凝土质量、结构类型和施工影响等因素相关外，由于冻土地区气温的日较差及年较差都很大，衬砌所产生的温度应力与冻胀力是寒区隧道衬砌开裂最主要的原因。
隧道衬砌环向开裂是垂直轴向的衬砌开裂，是寒区隧道出现冻害特性，其环向裂纹的形成及发展与地质关系往往不是很大，主要是集中于施工缝上。
这些裂缝虽然对隧道衬砌结构的受力影响不大，但当其数量增多时为地下水渗漏提供了通道，且也导致衬砌受风化剥蚀作用也更为强烈。
（3）洞门墙开裂隧道洞門墙的开裂，在隧道工程中较为普遍存在，但在寒区出现得具有其特性，隧道洞门墙产生开裂最主要的原因是温度应力的影响。
隧道冻害原因及防治浅析
隧道冻害原因及防治浅析隧道冻害是指寒冷季节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、衬砌胀裂等现象。
我国北方及高海拔地区由于冬季气候寒冷，隧道冻害已经成为一种普遍的病害。
1、冻害的种类1.1冰柱、挂冰、冰塞隧道中渗漏的地下水通过混凝土裂缝渗出，在渗出处受低温影响积成冰柱，其中以施工缝处较多，如不清理，挂冰随时间越积越大，甚至累积十至几十厘米厚，挂冰过大时会侵入限界，危及行车安全。
冰塞子是由于隧道排水设施保温不好引起结冰堵塞排水沟的现象。
隧道排水不畅，结冰堵塞排水管，衬砌积水或围岩中的水结冰而膨胀对它产生破坏。
1.2衬砌发生冰楔硬质围岩衬砌背后积水冻胀或者由于围岩受冻膨胀对衬砌产生推力，产生冰冻压力（称为冰劈作用）。
隧道施工过程中预留的施工缝和变形缝积水后受冷膨胀，经多次冻融循环，裂缝不断扩大，最终使衬砌开裂、酥松、剥落。
1.3围岩冻胀破坏修筑在不良地质地段的围岩及破碎花岗岩、砂岩地段的隧道，若围岩及结构含水量较大时，在寒冷气候下会发生冻胀破坏，主要有：1）衬砌上拱变形与开裂。
衬砌上拱受冻害影响时，受重力和冻胀力作用，拱顶下沉，衬砌开裂，严重时发生错牙，影响稳定。
冻融时又有回复，多次循环可导致衬砌剥落，对结构安全不利。
2）隧道边墙变形严重。
隧道边墙后设有竖向和横向的排水沟，可将墙后的水收集排出，如果排水不畅，积水成冰，产生冻胀压力，作用在边墙上使边墙变形，作用在拱脚使衬砌向建筑界限位移，衬砌变形。
2、冻害的成因2.1寒冷气温的作用隧道所在地区气温低于0℃或正负交替过于频繁，反复冻融加快结构的破坏。
2.2季节冻结圈的形成季节冻结圈是沿衬砌周围最大冻结深度连成一个圈。
衬砌周围超挖，回填时填料透水性差，回填密实度不够，产生积水，容易形成冻结圈。
2.3岩性对冻胀的影响在冻胀性岩层中修建的隧道容易发生冻害。
在冻胀性岩层中修建隧道，围岩会对衬砌产生很大的冻胀附加应力，衬砌拱部与洞墙有较大的压应力，叠加上受到的冻胀作用，拱和边墙的混凝土容易受到破坏。
公路隧道防渗防冻技术探讨
公路隧道防渗防冻技术探讨摘要随着我国公路隧道的快速发展，病害已成为人们越来越关注的话题。
本文将对公路隧道产生渗水、冻害的原因进行分析，并探讨防范技术，以促进公路隧道的工程质量，保障行车安全。
关键词公路隧道；防渗；防冻渗漏及冰冻是长期困扰公路隧道正常运行的主要病害，尤其在寒冷地区，多会产生洞顶吊冰柱、路面结冰、边墙挂冰溜等现象，对行车安全造成影响。
由于水是形成冰冻的主要因素，因此，公路隧道防渗工作是重中之重，通过“防、排、截、堵”相结合的方式，因地制宜的治理，从设计、施工技术等多方面保障排水畅通，避免形成冰冻。
1公路隧道发生渗漏的原因1.1自然因素由于开挖隧道而对地下水产生影响，是公路隧道发生渗漏的客观原因。
开挖隧道后，由于地下水的流动方向发生了变化，隧道周围的地下水集中涌向隧道方向，因此极易造成渗漏。
近年来，地层中存储的地下水都是从高压向低压渗透、排泄及补充，也就是正常的渗流及循环系统。
通过这种正常的循环系统，基本保持地下水的稳定。
开始挖掘隧道后，在原来的地层中间产生了一个空洞，同时破坏了地下水原有的平衡运动状态，形成地下水的低压区，改变地下水的径流方向，向隧道方向汇集。
由于地下水径流方向的改变，造成隧道底的水量增加，形成隧道渗漏的隐患。
1.2人为因素1）特殊地段的处理措施不当。
对于寒冷与严寒地区、侵蚀性地下水等地段，如果处理不当，极易带来渗漏水灾害。
一是混凝土衬砌经过不断侵蚀作用，会产生酥松、起毛以及蜂窝麻面等问题，造成材料强度的下降，衬砌的厚度变薄，造成渗漏现象更严重。
二是在寒冷与严寒地区，极易带来衬砌背后的积水冻结现象，造成衬砌的混凝土产生裂缝逐渐渗水，而衬砌混凝土自身则由于多次冻融的循环而产生开裂，渗漏严重；三是排水沟的结冰不能满足排水的需求量，而基地结冰、积水现象严重，以及线路的不均匀隆起，这些都会带来隧道渗水。
2）公路隧道的排水系统不完善。
一方面，排水管的设置不合理，排水沟深度和宽度等不满足要求，或者由于泥沙、浆液、灰浆等堵住不能正常排水；另一方面，由于混凝土的接缝、结构连接等问题，造成排水不畅。
寒区隧道冻害形式和成因分析与防治措施论文
寒区隧道冻害形式和成因的分析与防治措施的研究【摘要】冻害是寒区隧道中最主要的病害，本文详细探讨了隧道冻害的多种表现形式，并从土中水、负温和边界约束三个方面分析了冻害产生的原因，最后提出了提高隧道结构自身的抗冻能力、防排水能力、保温能力和隧道围岩注浆法等防治措施。
引言我国冻土面积分布非常广泛，有50%以上的国土面积属于寒区，对于位于寒区的隧道来说，存在各种各样的问题。
通过对已运营的寒区隧道调查发现，寒区隧道中有80%以上都存在冻害现象，其中60%的隧道发生渗漏，24%的出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌等问题，每年各地区和相关交通企业对这些冻害隧道的维修养护费用数量惊人，因此，深入研究和解决寒区隧道的冻害的问题势在必行。
1 寒区隧道冻害的主要表现形式（1）衬砌开裂：多年冻土及严寒地区铁路隧道普遍存在衬砌开裂的问题，衬砌开裂分为环向、纵向及斜向三种形式。
衬砌产生的温度应力和冻胀力的作用是寒区隧道产生开裂的主要原因。
（2）隧道洞口段冻胀破坏：处于多年冻土区的隧道，在隧道的进出口处也均处于多年冻土中，隧道开挖后，由于注浆、喷射混凝土、施工放热和模注混凝土而放出大量的水化热使得隧道开挖部分范围内的多年冻土出现融区，水化热释放完毕，隧道洞口部分开始冻结，导致初期支护和二次衬砌最终开裂、变形，从而出现渗水、挂冰等，严重的可使洞口严重变形以至倒塌。
（3）隧道贯堂风的病害：多年冻土区的外部大气常年平均气温基本在0℃以下，隧道内由于通风的作用，使得沿隧道纵向有可能形成一条冻结的柱状带，从而再次改变隧道内衬砌和围岩的应力状态。
（4）冰丘及冰椎：在多年冻土区的河滩、阶地、沼泽地及平缓山坡和山麓地带，常常会看到像坟丘一样的土包，大小不一，有的呈单分布，有的成串成片分布，这些丘状的土包称为冰丘，也称冻胀丘。
当隧道进出口在富水区时，就有可能在进出口的明洞或洞门口或明洞内形成冰丘，直接导致东门开裂和错台，有的甚至破坏洞内衬砌。
当隧道的进口处于低洼富含水地段时，就有可能在条石砌筑的洞门墙下或洞顶边坡坡脚处形成危害性极大的冰椎；当隧道内排水性能不好时，水也会从洞门与路基边坡的坡脚处渗出形成冰椎。
寒冷及严寒地区隧道冻害发生机理及防治-最新文档资料
寒冷及严寒地区隧道冻害发生机理及防治一、寒冷地区隧道的特点分析1.寒区隧道内气温及围岩温度变化比较大对于中短隧道洞中气温与大气温度基本相同年平均气温，在全年各时节沿隧道进程气温均大致呈抛物线型分布，隧道内各时节的气温较差与年平均气温较差是进出处大、中间段小，其差值是随隧道长度增加而减少。
2.寒区隧道洞壁开挖后围岩形成新的冻土层对于开挖过程遇到的多年冻土围岩，围岩表层均要转变为季节性冻融层，季节融化层深度是进出口处大，中间段小。
对于隧道围岩原属融化层，隧道开挖后围岩一般要形成新季节冻结层，其冻深也是进出口处大、中间段小。
对于岛状多年冻土区与大片连续多年冻土区，隧道中融化围岩有可能由融土※季节冻土※多年冻土方向发展，形成新的多年冻土。
3.寒区隧道围岩与衬砌层要遭受反复冻融作用，造成强度损失衬砌层与围岩在反复冻融作用下，将发生明显的强度损失。
混凝土，特别是饱水混凝土衬砌层的强度损失是比较大的。
围岩强度损失也不容忽视，特别是风化围岩，例如片岩、页岩等粘土质围岩强度损失是很大的。
这种地层在寒区尤其是青藏高原的分布是很普遍的。
4.隧道衬砌层将反复遭受冻胀力作用寒区隧道衬砌层后面含水围岩，每年均要发生冻结，产生冻胀，当冻胀受到受到衬砌层与围岩自身的约束就要引发冻胀力。
研究表明，在相似含水条件与冻结条件下，冻胀力随围岩的冻结深度增大而增大；在其它条件相似时冻胀力随围岩与衬砌层的刚度增大而增大。
5.寒区隧道围岩所含水分的温度较低寒区隧道围岩含水层水温普遍较低，据测试，在中季节冻土区围岩含水层水温一般为6～8℃，在深季节冻土区为4～6℃，而在多年冻土分布区一般为0～4℃。
低温为渗入隧道或积于排水沟的水发生冻结提供了条件。
二、隧道冻害现象及其机理在寒冷地区修筑隧道是基础建设中的一项特殊工程。
由于受寒冷气候的影响，极易产生各种各样的冻害现象，如衬砌漏水、挂冰路面隧底冒水、积冰、冻胀衬砌变形、开裂、酥碎、剥落洞门墙开裂等。
隧道工程毕业设计(论文)隧道病害整治方法探讨
毕业设计（论文）题目：隧道病害整治方法探讨毕业设计（论文）评议意见书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：隧道病害整治方法探讨一、毕业设计论文内容通过隧道病害方面的学习，认识到隧道病害的危害、影响，比如滑坡的危害，风沙对隧道的危害，钢轨接头对隧道的危害等等。
基于这些危害提出一些可行的解决方法，施工单位应养成“边施工，边管护”的习惯，完成某一项目施工后随即进行养护处理。
监理人员在现场发挥监督管理作用，发现质量问题立刻指出且要求返工维修。
施工单位所采购的材料要符合建筑行业规定的标准，现场配制混凝土也要严格控制原始材料的比例。
只有材料质量优化改善，正常使用即可起到良好的抗寒抗冻效果，建筑物结构不易受损。
二、基本要求1.加没保温衬层在消除隧道渗、漏水的基础上，隧道衬砌加筑一层保温层，净空富裕地段修建在原衬砌的内侧，改建衬砌段可设在衬砌外侧。
适用于隧道的内衬保温材料有：加气混凝土，膨胀珍珠岩(膨胀蛭石、漂石)混凝土，多孔烧粘土陶粒混凝土。
这些材料可制成预测块砌筑，以便施工和更换、也可喷射混凝土。
2.降低水的冰点向围岩中注入丙二醇、氯化钙、氯化钠，使水的冰点降低，从而降低围岩的起始冻结温度，达到防冻目的。
3.采暖防冻在浅埋侧沟洞口段上下层水沟间铺设暖气管道，冬季每天以锅炉供热汽三次，保持气温+3 ℃～+4 ℃，不发生冰塞，或夏季白天机械送热风融化泄水洞内结冰。
三、重点研究问题1、线路爬行2、钢轨接头病害3、曲线钢轨病害四、主要技术指标1.新建和改建排水设备要求实测隧道内最大冻结深度，合理确定水沟埋深；严寒地区适当把主扩水沟(渗水沟、泄水洞)设在冻结圈以下，并要最大限度地降低冻结圈内围岩的含水量。
适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-15 ℃、当地粘性土冻深在1.5 m～2.5 m、水量小的条件。
防寒泻水洞见图3-5，适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-25 ℃、当地粘性土冻深大干2.5 m、水量较大的条件2.保温水沟寒冷地区当设没埋侧沟时，必须采取可靠的保温防冻措施。
寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术
寒冷地区公路隧道冻害防治技术
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、项目研究背景
冻害问题一直是寒冷地区隧道研究的重点，目前尚未得到完全解决。 各种冻害现象在已建和新建隧道中仍不断出现，不仅威胁行车安全，而 且大大增加了运营养护费用。
（2）采用新奥法修建的隧道，设置了完善的防排水系统，但未设置 保温系统，导致隧道衬砌背部地下水冻结、排水管出水口冻结堵塞，严 重影响隧道正常运营。例如甘肃老七道梁隧道，被迫在隧道内采用暖气 管道进行加热，消除冻害影响。
（3）新建隧道虽然设置了完善的防排水系统和保温系统，但是因施 工质量问题，导致隧道运营不久便发生冻害，影响正常运营。例如大坂 山隧道，最初采用防寒泄水洞和防冻隔热层的措施，但由于隧道施工条 件艰苦，防排水施工质量较差，运营后不久便出现渗漏，产生了冻害。
2001.8.26 2001.10.6 2001.11.6 2001.12.1 2001.12.26 2002.1.21 2002.2.21 2002.3.16
洞外 洞内 衬砌表面 距衬砌表面20cm处 距衬砌表面45cm处 距衬砌表面65cm处 距衬砌表面100cm处 距衬砌表面145cm处
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
隧道冬季施工方法和措施
隧道冬季施工方法和措施引言隧道施工是一项重要而复杂的工程活动，冬季施工面临着特殊的挑战和困难。
本文将介绍隧道冬季施工的方法和措施，以帮助施工方顺利应对冬季施工条件。
方法和措施1. 温控管理- 在隧道施工过程中，需要对温度进行控制，以确保混凝土的凝固和硬化能够顺利进行。
冬季施工时，可以使用保温措施，如加热混凝土、使用保温材料等，保持适宜的施工温度。
同时，还需要注意防止温度过高导致混凝土开裂的问题。
2. 防冻处理- 冬季施工时，需采取适当的防冻措施，以避免冻害对施工造成影响。
可以使用保温措施，如覆盖保温材料，增加地面温度。
另外，还可以采用添加防冻剂等方式，提高混凝土的抗冻性能。
3. 施工设备保护- 冬季气温较低，对施工设备的操作和保护提出了更高的要求。
施工方应合理安排设备的工作时间和休息时间，避免因低温引起的设备故障。
此外，还需进行定期的设备维护和保养，确保设备的正常运行。
4. 工人保护- 冬季施工中，工人需要面对严寒的天气和低温环境。
施工方应加强对工人的保护，提供适宜的工作服装和防寒措施，确保工人的安全和健康。
此外，还需注意施工现场的通风措施，保持空气的流通，防止因封闭施工而引起的空气污染。
5. 施工计划优化- 冬季施工条件复杂，施工时间较短。
为了保证施工进度和质量，施工方应对施工计划进行优化。
可以合理安排施工顺序，充分利用较暖和的天气窗口进行施工，提前做好准备工作，以确保施工的顺利进行。
6. 监测和紧急预案- 在隧道冬季施工过程中，应加强监测和紧急预案的制定。
监测施工过程中的温度、湿度等参数，及时发现异常情况并采取相应措施。
同时，制定完善的紧急预案，对可能出现的问题进行预先规划和准备，保证施工的安全和顺利进行。
结论隧道冬季施工是一项具有挑战性的任务，但通过正确的方法和措施，可以克服冬季施工条件带来的困难。
施工方应根据具体情况制定合理的施工计划，并加强温控管理、防冻处理、设备和工人保护等方面的工作，以确保隧道冬季施工的安全和质量。
浅论高寒山区隧道冻害防治的技术措施
浅论高寒山区隧道冻害防治的技术措施据统计，地球上多年冻土、季节冻土和瞬时冻土区的面积约占陆地面积的50%，主要分布在俄罗斯、加拿大、中国和美国的阿拉斯加及北欧等地，而中国的冻土面积仅次于加拿大和前苏联，排行世界第三位，多年冻土和季节性冻土占据了我国大部分的面积，主要分布在我国东北、西北、西藏、内蒙古和新疆等地区。
自建国以来，我国修建了一些寒区隧道，夏天刚竣工，冬天就出现不同程度的冻害，例如：拱顶出现冰锥，边墙出现冰溜，衬砌开裂、酥碎和剥落，底板冒水结冰等，这些病害大大弱化了隧道的使用功能，严重影响了行车的安全，需要花费大量的人力、物力和财力进行维修和养护，才能勉强通车运营，而有的甚至于被报废，给国家带来巨大的损失和资金浪费。
我国在冻土区上修建的隧道数量越来越多，从对已经运营的寒区公路隧道进行调查时发现，寒区隧道中有80%以上都存在各种各样冻害现象，其中：60%是发生渗漏，约24.5%出现衬砌混凝土剥落、开裂、滑塌、沉降等问题[1-5]。
我国青海某寒区富水隧道2012年6月中旬贯通，2013年3月发现隧道贯通历经一个完整冬季出现严重的冻结、冻胀和挂冰现象。
其中，隧道DK277+376～+576段洞内中心水沟、检查井以及衬砌背后盲沟结冰，仰拱充填冻胀开裂，隧道衬砌出现不同程度的挂冰。
对某寒区富水隧道进行的巡查后发现，隧道冻结、挂冰和冻胀主要集中在隧道出口DK277+455～+540段，挂冰、冻结段长约85m。
其中，DK277+565综合洞室处冻结、DK277+538处环向冻胀挂冰3处、DK277+541处环向4处挂冰、DK277+500处冻胀挂冰严重、DK277+462处左右拱腰处挂冰严重。
根据该隧道的挂冰和冻胀情况，决定对该隧道冻胀段进行拆除后注浆封水重新施做衬砌。
论文就该隧道二次衬砌挂冰冻胀段的爆破拆除重建施工技术进行讨论，编制了相应的施工技术，指导了该工程的施工，取得了良好的效果。
1、工程概况1.1 工程概述我国青海某隧道位于青海门源县的俄博山低山区，平均海拔约2700m，最高海拔约3100m。
隧道冻害—隧道冻害整治
冻害的整治
2 冻害的整治
整治措施分类
2 冻害的整治
2.1综合治水
( 1) 消灭衬砌漏水缺陷，保证衬砌混凝上不再充水 受冻： (2) 加强结构层和接缝防水( 所用防水材料要有一 定的抗冻性) ； (3)对有冻害的段落，保证排水系统畅通，不允许 衬砌背后积水，并防止冻结圈外的地下水向冻结圈 内迁移：
隔热法
2 冻害的整治
2.2隔热措施
隔热法隧道衬砌表面或初期支护与二次衬砌之 问设隔热材料，使围岩的热量在冬季不逸出隧道衬 砌，井保持隔热材料的表面在冰点以上，从而防止 冻害的发生。
2 冻害的整治
1） U 形沟槽法
适用于发生线状漏水、寒冷程度较小的既有隧 道。 在接缝、开裂等渊水处、冻结处挖U 形沟槽，插 入隔热材料或张挂在衬砌表面，防止冻结，形成线 状导水孔道。
2 冻害的整治
2）表面隔热处理法
此法在既有隧道冻害整 治中是最常用的一种方 法。一般是由防止漏水的 导水层、隔热层及防止火 灾的防火层等三层构成。 构成隔热层的隔热材料多 为泡沫聚氮乙烯和泡沫聚 氯苯烯，泡沫尿烷土面上铺设防 水板后，再喷射泡烷等隔 热材料，再修筑二次衬砌 的方法。与表面处理方法 比较，因隔热层没在衬砌 中间，其厚度薄，效果比 较可靠，耐人性也好，放 在冻胀力大、材料易于劣 化的场合采用此法较好。
2 冻害的整治
2.1综合治水
(4)衬砌背后空隙用砂浆回填密实。 (5) 保证排水设施或泄水沟应在任何季节，任何条 件下不冻结。 (6)在严寒地区可采用中心深埋泄水洞。 (7) 更换土壤、增加保温材料防冻、防止融坍、加 强结构等措施。
探究隧道设计的抗寒举措
探究隧道设计的抗寒举措一、高寒地区隧道冻胀机制及冻害的表现形式关于隧道的冻害，很多人会联系到围岩的冻胀压力，而且很多有关寒区隧道冻害问题的资料，也将冻害发生的原因归结于“隧道衬砌混凝土在围岩的冻胀压力作用下开裂破坏”。
但是，笔者却有不同的看法，认为以上结论过于笼统，不太精确。
因为在实践中，围岩的冻胀压力并不是隧道冻害的唯一原因，比如局部存水冻胀破坏、混凝土的冰冻破坏、冻胀性围岩冻胀破坏以及裂缝裂隙水的冻胀破坏等原因。
并且在现实的隧道冻害，不少是两种以上因素的共同作用所致。
二、该隧道工程的基本情况1 工程概况该工程为某地区铁路隧道，位于高海拔、高纬度的严寒区域，设计标高在2010～2150m，寒冷季节的冻土深度可以达到170cm，并且隧道冻害是该工程设计的突出问题，制约着该隧道施工的质量。
隧道施工地区的水文和地质情况复杂，地层以砂砾岩、断层角砾岩以及石灰岩为主，地下水的补给主要是大气降水，并以基岩裂隙水形态为主。
2 气象状况该区域内以温带内陆山地气候为主，季节分明，春夏降水多，秋冬季较少。
冬季漫长，昼夜温差大。
年降水量在200～300mm，最大积雪厚度可以超过150cm。
最低气温甚至达到-36.6 摄氏度，最冷月平均气温在-14 度左右，最热月则为13 度。
3 隧道冻害预测依据该隧道工程的水文、地质状况以及气象环境条件，根据温度分析以及冻土力的计算，可以对隧道冻害做出如下预测：（1）该隧道属于季节性冻土，冻害程度相对中等，冻胀力不高，所以不会对衬砌作用造成严重的破坏。
主要的冻害表现在水漫道床，渗水导致洞内结冰，洞室及水沟出现冰塞，渗漏水导致衬砌局部混凝土冻胀裂开等。
（2）隧道冻害主要集中两端洞口区域，需要重点设防，相关设计方案要考虑隔热、加热以及治水等手段。
有鉴于以上两点关于隧道工程冻害的预测，本次高寒地区隧道设计秉承了“防冻先治水”的原则，并将相应的隧道施工重心放在治水措施和保温措施上。
三、隧道设计的常用方法和处理措施依据高寒地区隧道冻害发生机制以及有关因素的分析，并结合隧道冻害的案例研究。
寒区隧道排水系统冻害分析及防冻措施研究
寒区隧道排水系统冻害分析及防冻措施研究摘要: 隧道地下水防冻(融)和结构抗冻是寒区隧道技术的关键,其中地下水防冻(融)是核心,结构抗冻是重点。
通过结合地理位置以及寒区既有交通隧道的抗防冻技术和出现的冻害情况,提出高纬度寒区和高海拔寒区的设计分区方法;对比分析寒区公路和铁路等隧道相关技术标准的现状及存在的问题,提出寒区隧道抗防冻措施的优化方向;并结合实测运营铁路隧道洞内纵向温度场, 分析寒区隧道抗防冻设计的主导因素。
本文对寒区隧道排水系统冻害分析及防冻措施进行了一定的研究与分析。
关键词：寒区；冻害分析；防冻措施隧道排水系统；1我国寒区的地理分布情况相关研究表明,我国的寒区分布十分广泛。
其中,多年冻土面积约为215. 0×10 4 km 2 ,季节性冻土面积约为514. 0×10 4 km 2 。
具体从地理位置分析,我国寒区主要位于东北三省和内蒙古东北部及华北北部,西北的甘肃、青海、新疆(其中准噶尔盆地、塔里木盆地和河西北部的沙漠地区除外),西南的西藏、川西的阿坝、甘孜、云南的滇北、玉龙山和高黎贡山的北部等地区东北寒区属于低山高纬度寒区,虽然海拔不高,但由于纬度高,受北冰洋寒潮及蒙古高压的影响,寒季盛行西北风,形成半年持续低温、干冷多雪的特征,气温变化剧烈,是我国最寒冷的自然区域;而以青藏高原为主的西部寒区属低纬度高海拔寒区,虽然纬度低,深居内陆,但地势高亢,受高空西风环流控制,在对流层地层并受高原季风影响,冬季高原面上的大气层相对同高度的自由大气是个冷源,形成青藏冷高压,盛行反气旋环流。
2寒区隧道的设计分区随着我国社会经济的快速发展,隧道节能环保的理念日益凸显。
为适应隧道设计时因地制宜的要求, 达到节能环保的目的,寒区隧道应考虑由于不同地区的气候差异产生的不利影响。
随着纬度的增高,严寒程度差别很大,隧道抗防冻需根据严寒程度的不同进行差异化设计, 才能体现设计的针对性,因此采取分区设计是必要的。
关于寒区隧道冻害防治措施的研究
关于寒区隧道冻害防治措施的研究摘要:文章基于国内外已建寒区隧道冻害现象,提出了寒区隧道防治措施,对为以后的工程实践提供了可借鉴的经验。
关键词:冻土;隧道;冻害现象;寒区隧道随着我国经济建设的蓬勃发展及西部大开发政策的进一步落实,交通建设的需求和铁路、公路等交通路网的完善要求交通基础设施延伸至资然条件恶劣、过去人迹罕至的高纬度或高海拔的寒冷地区,因此,大量冻土隧道的修建是不可避免的。
但在寒冷地区修建隧道不可避免的产生了各种各样的病害,直接威胁到隧道耐久性和交通运行的安全。
本文针对寒区隧道的冻害现象,提出防治措施。
1寒区隧道冻害现象高纬度或高海拔寒冷地区的隧道,特别是多年冻土地区的隧道,由于受到寒冷气候的影响,存在一般地区没有的冻害现象。
主要有:隧道衬砌因冻胀而开裂、酥碎、剥落(图1);隧道顶部、边墙挂冰,底部积冰,道床冻胀(图2);隧道洞门墙开裂;隧道底部冒水、积冰、冻胀;隧道洞口处的热融滑塌等。
这些冻害不仅给隧道的运营管理带来了很大的工程隐患,处理起来费工、费时、费财,而且大大弱化了隧道的使用功能,造成了巨大的资源浪费和经济损失。
2寒区隧道冻害的防治措施从上述可知,寒区隧道冻害根源来自于水和含水岩土的反复冻融作用。
因此,冻害防治原则是“防水、排水、防冻胀”,在具体方法上应采用“多道防护、综合治理”。
2.1防水、排水措施寒区隧道工程,特别是多年冻土区隧道工程防水、排水技术措施分洞内与洞外二部分。
①完全多年冻土隧道内设一般排水沟即可,主要功能是承接多年冻土围岩暖季融化渗出的少量孔隙水和裂隙水。
在洞口路堑段应设置天沟防止冰雪融水渗入路堑。
②局部多年冻土隧道通常是进出口段为多年冻土,中间段为非多年冻土。
隧道非冻结段围岩一般含水且有常年性地下水补给,进出口段多年冻土下限深于隧道底板8～10 m。
此类隧道应在非多年冻土段设置集水盲井与纵横向排水盲沟,将围岩渗出水汇入保温(或加热)深埋水沟或泄水洞,从而将地下水引出隧洞外。
铁路桥隧主要病害及整治对策的探讨
铁路桥隧主要病害及整治对策的探讨摘要：随着铁路的大力发展和突飞猛进，建设过程汇总对铁路桥隧工程的建设提出了更高的需求。
桥梁和隧道是铁路线路的重要组成部分。
一旦发生故障，轻者削减运输能力和减载，重者则线路被切断导致交通瘫痪。
因此，及时消除桥梁、隧道病害，保持其健康运行状态具有重要的意义。
笔者介主要分析了引起桥梁和隧道病害的主要原因，最后针对性提出了相应的整治措施，也是与行业同仁的一次深入交流。
关键词：铁路桥隧；主要病害；整治对策1.引言桥梁和隧道是铁路线路的重要组成部分，其发生病害的原因有多种，主要从技术上并分析了引起桥梁和隧道病害的主要原因，最后针对性提出了相应的整治技术措施，也是与行业同仁的一次深入交流，随着国内高铁的在进一步发力发展，对铁路桥隧主要病害及整治对策的探讨也显得十分必要。
1.铁路桥梁和隧道的主要病害2.1铁路桥梁的主要病害（1）载荷引起的裂缝。
随着我国经济的快速发展，铁路货运量明显提升，部分桥梁结构承载能力超标，桥梁结构承载值不符合要求等问题日益突出，从而导致出现裂缝，如果听之任之，任其发展下去则可能会造成更大的损害。
（2）温度引起的裂纹。
铁路桥梁多数是混凝土结构，其的质量很大程度上与混凝土有关，但由于抗拉强度相对较低以及结构内外温差较大等因素导致混凝土变形。
当温度的次生应力超过混凝土承受的最大拉力时，结构就会出现裂缝。
（3）收缩和冷胀引起的裂纹。
这些主要在铁路桥梁施工中，混凝土浇筑后大量水分蒸发，桥梁结构发生塑性收缩。
随着雨水侵蚀裂缝的逐渐扩大，加速了结构破坏，对混凝土结构产生了非常不利的影响。
还有在冬季施工中，隧道注浆时如果不采取有效的保温措施，结构裂缝会冻结开裂，给预应力带来严重的安全隐患。
（4）钢筋锈蚀引起的裂纹。
如果钢筋质量不达标且对钢筋没有采取有效的保护措施，在特别高的应力条件下，铁路桥梁会发生碳化，裂缝扩大速度加快，导致铁路桥梁整体承载力下降。
2.1铁路隧道的主要病害由各种原因引起的隧道病害包括水害、衬砌开裂、衬砌腐蚀、隧道冻害等。
铁路隧道的防冻与防灾方案
铁路隧道的防冻与防灾方案随着铁路交通的快速发展，铁路隧道作为铁路线路中的重要组成部分，承担着承载车流、保障列车行驶安全等重要功能。
然而，在寒冷的冬季以及极端天气条件下，铁路隧道面临着防冻与防灾的挑战。
本文将详细介绍铁路隧道的防冻与防灾方案，以确保铁路交通的平稳运行。
一、保障铁路隧道的排水系统畅通铁路隧道的排水系统是防冻的重要组成部分。
通过合理设计、施工和维护排水系统，可以有效防止水在隧道内积冻、结冰的现象。
首先，需要确保排水系统的管道疏通畅顺，防止堵塞现象的发生。
其次，应选用高质量的排水管材，以提高排水效果和耐低温性能。
此外，在设计隧道时，还应考虑排水系统的合理布置和排水坡度的设置，以确保雨水和融化水能够迅速排出。
二、保持铁路隧道的通风良好铁路隧道内的空气流通是防灾的重要手段之一。
通过保持铁路隧道的通风良好，可以有效防止隧道内积聚有毒有害气体以及烟雾，从而减少事故发生的风险。
为了实现良好的通风效果，可以采用以下措施：安装通风设备，如风机、排烟机等，以促进空气的流通；合理设置进、出口，以实现气流的对流效果；定期检查和维护隧道内的通风设备，确保其正常运行。
三、加强铁路隧道的绝缘保护在冬季寒冷的天气条件下，铁路隧道面临结冰和积雪的风险。
为了防止此类情况的发生，需要加强铁路隧道的绝缘保护措施。
首先，可以采用绝缘材料对铁路隧道的墙壁和顶棚进行改造，以增加隧道内部的温度；其次，在出入隧道口处安装加热设备，以防止结冰和积雪的形成；再次，定期对隧道进行巡视，及时清理和处理积雪，确保列车行驶的安全。
四、加强铁路隧道的监测与预警随着现代化技术的发展，铁路隧道的监测与预警系统日益完善，为防止灾害事故的发生提供了有力支持。
可通过安装温度传感器、湿度传感器等设备，实时监测隧道内部的温度和湿度变化情况，从而预测隧道冻结的风险。
此外，还可以运用现代化的无人机技术，对隧道周边环境进行巡视，确保隧道周边区域的情况得到及时掌握。
总结：铁路隧道的防冻与防灾方案是保障铁路交通安全运行的关键环节。
寒区隧道冻害形成机理与防治对策研究
研究现状
当前寒区隧道冻害形成机理和防治对策的研究主要集中在以下几个方面：
1、隧道结构设计：合理的隧道结构设计可以有效地减少冻害的发生。例如， 设计时可以采用双层结构，合理设置通风口和排水系统等。
2、保温材料的选择：采用有效的保温材料可以减缓隧道内温度的下降速度， 从而减少冻害的发生。例如，可以在隧道墙壁和拱部采用保温涂料或保温板等。
加强实践应用也是非常重要的，可以通过实际应用检验防治对策的有效性，不 断完善和优化对策，为寒区隧道的建设和运营提供更加可靠的保障。
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4、应用智能监控系统：在隧道内安装智能监控系统，实时监测隧道内的环境 参数，及时发现并处理冻害问题。同时，可以利用大数据和人工智能技术对监 测数据进行深入分析，为防治对策的制定提供科学依据。
结论
本次演示对寒区隧道冻害形成机理与防治对策进行了深入探讨，通过分析现有 的研究现状和关键技术，提出了相应的防治对策。虽然已经有很多关于寒区隧 道冻害的研究，但仍存在一些问题和不足之处，需要进一步深入探讨和研究。 例如，进一步深入研究寒区隧道冻害机理、优化保温材料的选择和排水系统的 设计、加强施工工艺的研究等方面都是未来研究的重要方向。
2、加强维护管理：定期对隧道进行检查和维护，保证排水系统的畅通和保温 材料的完好。在冬季来临前，应提前做好防冻措施，如加厚保温层、储备应急 物资等。
3、提高施工工艺：加强施工质量的监督和管理，采用先进的施工工艺和材料， 确保隧道的施工质量符合要求。同时，应注重对施工人员的培训和教育，提高 其防冻意识和技能。
3、排水系统的设计：排水系统的设计直接影响到隧道的防冻效果。合理的排 水系统可以及时排出隧道内的积水，防止结冰。
4、施工工艺的提高：采用先进的施工工艺可以提高隧道的施工质量，减少隧 道冻害的发生。例如，可以在施工中使用抗冻性强的混凝土等。
寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术
防冻隔温层施工方法包括表面喷涂法、表面铺设法和中 间铺设法三种。
表面喷涂法/铺设法
中间铺设法
表面喷法
通过压缩空气将含有保温材料、胶结材料和速凝剂等的混合物料直接喷涂到 隧道衬砌表面，形成防冻隔热层的方法。国内首次在黑龙江省雾凇岭隧道中采用 表面喷涂法进行防冻隔热层的施作，现场发泡喷涂聚氨酯保温层，如图所示。
（3）测点在横断面上的布置 如右图所示，在隧道的拱顶、拱 腰和边墙分别布置测试二次衬砌 混凝土表面和内部、喷射混凝土 表面及围岩内部温度的测点（如 图8 A大样），在隧道路面处布 置测试路面混凝土表面和内部的 测点（如图8 B大样）。
温度(℃)
图2-8 第6测试断面拱顶处温度—时间曲线（2000年10月~2002年4月）
给
水
含水隧道，无补给 渗、涌水
含水隧道，水平补给 持续涌水
含水隧道，水平和垂 常年渗、涌
直补给
水
隧道抗冻设防等级划分
冻害等级划分及防治措施
冻害 等级
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
冻害特征
措施
无
边沟
轻微，不影响交通
中心排水沟、U 型沟槽嵌入隔 热材料法
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
该隧道2007年通车，目前运营情况良好，无冻害发生。
表面铺设法
使用锚固件将事先预制好的保温板固定到隧道初期支护或原有衬砌表面， 形成防冻隔热层的方法。现场施工如图所示。天恒山隧道2009年通车，目前 衬砌结构稳定，洞内干燥，运营情况良好。
① 对于在衬砌表面设置防冻隔温层的情况：
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隧道冻害及其防治方法探讨
隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌涨裂、隧底冰锥、水沟冰塞、线路冻害等，影响到交通运营和建筑物的正常使用的各种病害。
我国幅员辽阔，冻土地区分布广泛（其中多年冻土占整个陆地面积的1/5），现有的铁路、公路隧道相当一部分处于冻土分布地区。
随着铁路和公路交通的进一步发展，在寒冷地区特别是西部地区修建的隧道不断增多，隧道冻害问题会随之增多，在建的青藏铁路格尔木到拉萨段有多座隧道在高原多年冻土区，青藏公路也有多座隧道位于高原多年冻土区。
隧道冻害会导致衬砌冻胀开裂，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。
可见对隧道冻害的成因及冻害的防治进行分析是非常有必要的。
1、隧道冻害的成因分析
1.1寒冷气温作用
隧道冻害与所在地区气温（低于0℃或正负交替）直接相关，温度变化冻融交替是主要原因。
1.2季节冻胀圈的形成
季节性冻害隧道中，衬砌周围冬季冻结、夏季融化范围的围岩，沿衬砌周围各最大冻结深度连成的圈叫季节冻胀圈。
当衬砌周围超挖尺寸不等，超挖回填用料不当及回填密实度不够产生生积水，形成冻结圈。
修筑在多年冻土中的隧道，衬砌周围夏季融化范围的围岩，称为融化圈。
隧道两端冻结段长度不一定相等。
同一座隧道内，季节冻结段的长度恒小于洞内季节负温度段的长度。
隧道的排水设施如埋在冻结圈内，冬季易发生冰塞。
1.3围岩的岩性对冻胀的影响
在隧道的季节冻胀圈内如果是非冻胀性土，不会发生冻胀性病害。
因此，如果季节性冻结圈内是冻胀性土，更换为非冻胀性土是有效的整治措施。
1.4隧道设计和施工的影响
隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。
2、隧道冻害的类型
2.1拱部挂冰、边墙结冰
隧道漏水冻结，在拱部形成挂冰，不断增长变粗；在边墙形成冰柱，多条相近的冰柱连成冰侧墙；如不及时清除，挂冰、冰柱和冰侧墙侵入限界，对行车安全造成严重威胁。
2.2围岩冻胀破坏
围岩冻胀破坏产生的条件：①.Ⅳ～Ⅵ级围岩和风化破碎、裂隙发育的Ⅲ级围岩。
②.在隧道冻结圈范围内含水率达到起始冻胀含水率以上，并具有水分迁移和聚冰作用条件下。
（1）隧道拱部发生变形与开裂
（2）隧道边墙严重开裂
（3）隧道内线路冻结
（4）衬砌材料冻融破坏
（5）隧底冻胀和融沉
3、隧道冻害防治
3.1保温防冻
隔热法是在衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间设置隔热材料，使围岩的热量在冬季不溢出隧道衬砌，并保证隔热材料的表面在冰点以上，从而防治冻害发生。
（1）对于建成隧道常用形式：U型沟槽法、表面隔热法
在接缝、开裂等漏水、冻结处挖U型沟槽，插入隔热材料或张挂在衬砌表面，防止冻结，形成线状导水孔道。
（2）对于在建隧道保暖防冻的措施是加设隔热层
3.2综合治水
隧道冻害的根本原因就是围岩地下水的冻结，如果能将水排除在冻结圈外，杜绝水进入冻结圈，就能达到防止冻害的目的，因此，综合治水是防治冻害的最基本措施。
综合治水的方针：“防、排、堵、截”。
具体措施：①加强接缝防水，防水材料要有一定抗冻性，以消除接缝漏水。
②完善冻害段隧道的防、排水系统，消除衬砌背后积水，并防止冻结圈外的地下水向冻结圈内迁移。
3.3新建和改建排水设备
要求实测隧道内最大冻结深度，合理确定水沟埋深；严寒地区宜把主排水沟设在冻结圈以下，并要最大限度地降低冻结圈内围岩的含水率。
寒区隧道常见的排水方式：深埋渗水沟、防寒泄水洞
①深埋渗水沟。
适用于严寒地区，最冷月平均气温低于-15 ℃、当地黏性土冻深在1.5--2.5M，水量小的条件。
②防寒泄水洞。
适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-25 ℃，当地黏性土冻深大于2.5M、水量较大的条件。
3.4更换或改造土壤
将冻结圈内的围岩更换或改造，将冻胀土变为非冻胀土、渗水性强的粗粒土或保温隔热材料，从而达到防治冻害的目的。
更换土壤一般是将砂黏土、粉砂、细砂更换为碎、卵石或炉渣，换土厚度为多年冻深的0.85-1倍，同时加强排水，防止换土区积水。
改造土壤一般采用压浆固结方法固结冻结圈内岩土，消除冻胀性。
也可以采用在冻结圈注入憎水性填充材料，使之堵塞孔隙，阻止土中水分迁移和聚冰作用。
4、工程案例
4.1工程概况
乌鞘岭隧道位于兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间，为两座單线隧道，隧道长928M，隧道埋深20～60M，隧道高程2926.09 ～2914.5M。
4.2地质水文介绍
一年中冬季长达7个月，山顶积雪终年不化；四季雨水丰沛，地区年平均降水量133.4mm，年降水133.4d。
隧道通过地区岩层破碎，节理裂隙发育；在隧
道进出口附近各有一断层带垂直穿越线路。
特殊的气候，加上破碎、裂隙发育的岩层使得绝大部分降水就地下渗。
4.3病害概述
隧道运营30年来，进口至出口前约800m段普遍渗水。
多在起拱线及边墙渗出并沿壁面流淌，拱顶渗水滴漏于两轨之间。
秋末至次年夏初，渗水冻结成冰布满边墙及钢轨两侧。
而且地下水渗漏地段，机车排放烟气中二氧化碳溶于水，使衬砌受到腐蚀。
壁面普遍鼓胀剥落。
上述病害严重影响了行车安全，长期困扰着运营及维修养护部门。
4.4整治措施
地下水渗漏导致冬季洞内结冰是乌鞘岭隧道的主要病害。
因该地区基岩连通性很差，地下水分布不均，故利用避车洞，在洞外向上打扇状排水，降低地下水位。
整治施工时，在洞身两侧开掘排水洞室，并以扇状形式向上钻探排水孔，每孔长0 ～15M不等，将地下水引入中心排水沟。
竣工后，回访洞顶、边墙渗水点基本消除，保证了列车正常运行。
实践证明，整治地下水病害，必须查清隧道的水文地质条件，特别是查明基岩裂隙水的特征及地下水的分布规律，这对整治方案的确定至关重要。
5、结语
水是寒区隧道发生各种冻害的重要因素，采用“防、排、堵、截”的综合治水方针。
完善防排水体系，设置防寒保温层，设计合理的衬砌形式提高衬砌强度，加强防水堵漏等方面。
同时，应该注意运用最新的科技成果，采用新型保温隔热材料进行隧道冻害防治。
【参考文献】
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