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
2010-2013
国家自然科学基金 面上项目
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
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。
（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）
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
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。
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。
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
…
Hale Waihona Puke 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。
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
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。
序 隧道名 隧道位置及修建
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