寒冷地区公路隧道冻害防治及维修技术

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
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。
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
寒冷地区公路隧道冻害防治技术
1、工程调研
采用查阅文献和实地考察的方法，对隧道冻害情况、气候水文和治理措施 进行调查和研究，建立了寒区隧道数据库。共统计143座寒区隧道，其中短隧 道8座、中长隧道8座、长隧道39座、特长隧道18座；位于高纬度地区的隧道 47座，高海拔地区的隧道26座；季节性冻土隧道70座，永久性冻土隧道3座。
序 隧道名 隧道位置及修建
百度文库
号称
时间
隧道概 况
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
……
……
……
隧道冻害调查一览表
气候、水文条件
冻害概况
处于高寒地区，结冰期长
达6个月以上，最冷月平 主要由渗漏水冻结所引起的，
均气温为-33℃，极限最 冬季危及形成，每年都会使
低气温达-57℃，最大冻
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
寒冷地区公路隧道冻害防治技术
一、项目研究背景
一、项目研究背景
寒区占中中国国国冻土土面分积布 的75%
多年冻土 占国土面积
7202%
季冻区占国土面积 53%
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。
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0 -22000.10.1 2000.12.1 2001.1.11 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20
2001.2.6
2001.3.1
2001.3.26 2001.4.21 2001.5.16 2001.6.11 2001.7.6 2001.8.1 日期
用大量人力刨冰
结深度为2.8米
……
……
防治措施 采用帘幕防寒
……
备注
…
通过对调查结果的分析，归纳总结寒冷地区隧道冻害现象、冻害防治 措施，提出了寒冷地区隧道修建中存在的问题及启示。
寒区隧道修建存在的问题及启示
（1）早期采用矿山法修建的隧道，采用整体式衬砌（先墙后拱或先拱后
墙），防排水系统不完善，未设置防水层，导致隧道修建后拱墙交接处渗漏水结 冰冻胀。严重影响正常运营。例如新疆天山奎先大坂隧道。在日本也是如此。
（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）
害防治原则是“防水是基础，排水是核心，保温是关键，三者 必须有机结合”，即采用完善的防排水系统与防冻隔热系统结
合的措施防治隧道冻害 。
2、隧道温度场变化规律现场测试及分析
在河北秦皇岛梯子岭隧道、河北承德祥云岭隧道、黑龙江绥满公路雾
松岭隧道、黑龙江哈尔滨绕城高速天恒山隧道进行现场温度场测试，取得
数据上万组。
雾 松 岭 梯隧 子道 岭 隧天 道恒 山 隧 道
以河北省承德市祥云岭隧道为例，介绍隧道温度场的现场测试与分析。
（1）隧道温度场测试项目 包括洞内外的气温、风速和风向，衬砌表面与内 部的温度，衬砌背部围岩的温度，路面及其以下地层的温度。
（2）测试断面沿隧道纵向的布置 在隧道内轴线方向共布置了11个测试横断 面，洞口段测试断面布置较密集，中间段测试断面布置间距较大。在西洞口和 东洞口外50m处测试洞外气温、风速和风向。
河北秦皇岛梯子岭隧道冬季除冰
内蒙兴安岭隧道冬季路面结冰 寒冷地区公路隧道冻害防治技术
寒冷地区公路隧道冻害防治技术
二、主要研究成果
二、主要研究成果
长安大学课题组从1998年开始，在国家自然基金委、交通运输部、
教育部等项目支持下，针对寒冷地区隧道冻害问题开展了研究。
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
总的来讲，采用复合式衬砌（新奥法）以来，有了完善的 防排水系统，特别是如果及时能将衬砌背后围岩中的地下水排 出，寒冷地区隧道发生冻害的问题就可以得到很大缓解。防冻 保温已经得到了广泛的关注和应用，但在解决隧道冻害问题的 认识角度，还存在一定的问题。
为此，我们要开展隧道防冻保温技术的研究，提出隧道冻
（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。