寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析

段观测值比较接近正洞贯通后的实际情况。
312 测试成果与分析
31211 测试成果
图 1 测温孔布置 cm
各实验段温度测试成果见表 2～ 4。
表 2 K105+ 088～ K105+ 093 实验段温度测试结果 ℃
硬质聚氨
酯 (发泡) 密度较高, 吸水 喷烧时燃烧 几乎不吸水
1
016
有一定的强度 阻 燃 效 果 好, 隔 温 效 果 良 好, 烧后收缩小, 宜采用
石棉板 易吸水, 较松散 阻燃效果较好
压缩强度差
成型差, 阻燃效果好, 但吸 水后自重大, 易散, 不宜用
硅酸铝
纤维板 成型较好, 吸水 阻燃效果较好 几乎未有变化
在中国的东北、华北、西北和西南高海拔地区修 筑隧道, 由于受寒冷气候的影响, 易产生隧道冻害现 象。冻害现象的产生将严重影响隧道的使用功能。例 如 20 世纪 80 年代初建成的新疆天山二号隧道, 由 于隧道渗漏极为严重, 漏水又在冬季结冰, 无法保证 正常通车, 目前几乎报废。 又如 1989 年建成的甘肃 七道梁隧道, 由于冬季气候寒冷, 排水沟冻结而使隧 道排水不畅, 造成衬砌背后产生冻胀现象, 诱发衬砌 混凝土开裂, 造成隧道渗漏、路面结冰, 影响行车安 全, 针对这种情况, 提出向排水沟供暖加保温材料保 温的方法才使隧道冻害基本得到治理, 但却增加了 后期维护费用。类似以上情况, 铁路隧道也是屡见不 鲜。所以在总结以往经验教训的基础上, 为杜绝冻害 的发生, 提出在隧道的设计和施工中采用防冻隔温
度仅次于南美洲安第斯山隧道, 居亚洲第一。属高海
隧道内的防冻隔温材料, 既要能隔温又能防火,
拔寒冷地区公路隧道。为确保隧道结构安全、耐久的 因此对实验段采用的材料进行了实体防火阻燃性能
使用性能, 预防冻害产生, 该隧道采取了防冻隔温 测试及评定, 其结果见表 1。
表 1 防冻隔温材料防火阻燃性能测试及评定
K105+ 520、K105+ 785、K106+ 050、K106+ 450 断
311 防冻隔温层实验段温度测试 防冻隔温层由硬质聚氨酯泡沫塑料, PEF 聚乙
烯泡沫塑料、硅酸铝纤维板、小锚杆铁皮网、玻璃钢 板材等材料组成。 31111 测温孔布置
分别选取 K105+ 088～ K105+ 093、K105+ 093 ～ K105+ 103 和 K105+ 103～ K105+ 110 三个实验 段, 横断面测温孔布置见图 1。
第 14 卷 第 4 期 2001 年 10 月
中 国 公 路 学 报 Ch ina Jou rnal of H ighw ay and T ran spo rt
V o l114 N o 14 O ct. 2001
文章编号: 100127372 (2001) 0420075205
寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析
无强度
因吸潮, 实验段脱落, 不可 采用
硬质聚氨
酯 (喷涂) 表面不平整 喷烧时燃烧 变形小, 不吸水
014
111
有强度
平整度不易控制, 即厚度质 量控制较难
212 物理指标及热学参数测试 依据表 1 的实测指标及特点, 筛选以下材料进
行了物理指标及热学参数测试, 其测试结果如下: (1) 硬质聚氨酯泡沫塑料 密度 3716 kg m 3; 吸水率 219% ; 压缩性能 168
外表面测温仪测试测点的表面温度。
31114 温度观测内容
在温度观测中, 安排了以下观测项目: 洞外气
温、洞内气温、隧道衬砌表面温度、距衬砌表面 60
cm 和 80 cm 深处围岩的温度。
温度测试过程中正洞未贯通, 影响到测值偏高。
但是防寒洞与正洞在 K105+ 680 处竖井贯通, 使洞
内已形成气流对流, 再加之实验段位于洞口, 故本阶
012% ; 憎水率 9713% ; 有机物 018%。 (4) 玻璃钢 树 酯 含 量 60% ; 固 化 度 86% ; 抗 弯 强 度 152
M Pa; 抗拉强度 146 M Pa; 抗压强度 135 M Pa; 耐腐 性好。
3 防冻隔温层现场实验及效果测试
为了进行比较, 对硬质聚氨酯泡沫塑料、PEF 45 倍泡沫塑料、FB T 保温涂料等 4 种材料进行了各约 10 m 的现场实验施工。 实验情况如下:
1 工程概况
大坂山隧道位于国道 227 线大通县与门源县交 界处的祁连山和昆仑山中干区, 地理坐标为东京 101°23′～ 101°25′、北纬 37°21′～ 37°23′, 区域属内陆 高寒季风气候, 年内冬长而严寒, 夏短而多雨, 属 多年冻土岛状分布区。年平均温度- 311℃, 月平均 最高气温 1518℃, 月平均最低气温- 2516℃, 极端
陈建勋1, 昝勇杰2
(11 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064; 21 青海省交通工程检测试验中心, 青海 西宁 810001)
摘 要: 结合大坂山隧道防冻隔温层的设计, 对选用材料的性能进行了测试, 并通过现场对比实验, 确定了最佳的防冻隔温材料组合和施工。 同时, 对实验段的实测温度数据进行了分析, 提出了今后 对隧道防冻隔温层设计和施工的基本建议。 关键词: 隧道; 防冻隔温层; 现场测试与分析 中图分类号: U 45712 文献标识码: A
F ield test and ana lys is of an tifreez ing therma l-protective layer effect of the h ighway tunnel in cold area
CH EN J ian2xun1, ZAN Yong2jie2
(11Schoo l of H ighw ay, Chang′an U n iversity, X i′an 710064, Ch ina; 21Q ingha i P rovince T raffic Eng ineering T est Cen ter, X in ing 810001, Ch ina)
115
铁皮材 强度高, 成型好, 铁皮阻燃, 烧红 铁皮后的 U P
聚氨酯
但反光
后 U P 着火
在燃烧
0
FBT 稀土 材料
强度低, 吸潮
表面鼓起, 脱落
脱落
饱和 0
有较好的强度 虽 燃 烧 后 吸 水, 但 成 型 较 好, 阻燃, 可用于U P 材内
强度较好
由于退火后铁皮内情况不 详, 铁皮反光, 采用后其效 果不佳
面处理设置了 50 cm 和 100 cm 深度的后期观测测 温管 (内置热敏电阻) ;
(5) 手持式红外扫描仪 (红外线表面测温仪) ; (6) 百叶箱等。 31113 观测时间及频率 气象温度观测指定专人, 并规定每日 2、8、14、 20 时用温度计进行测温; 用双金属温度仪记录每日 的极值温度; 实验段的温度观测规定每 10 d 连续测 试 2 d, 每次读数间隔时间为 2 h; 同时用手持式红
( 1) K105+ 088～ K105+ 093 段, 距进洞口 59 m , 施工工艺采用 PEF 聚乙烯 (45 倍) 泡沫塑料板材 安装, 厚度 10 cm。 并在表面粘接 1 cm 厚玻璃钢防 火层。
第 4 期 陈建勋, 等: 寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试与分析 77
( 2) K105+ 093～ K103+ 103 段, 距进洞口 64 31112 测温仪器
m , 施工工艺采用 PU 材料分层喷涂法, 厚度 6 cm。
在隧道进出口各设一所气象站和一所洞温观测
( 3) K106+ 528～ K106+ 518 段, 距出洞口 17 m , 施工工艺采用 PU 模具发泡沫, 厚度为 6 cm。 并 在 K106+ 518～ K106+ 520 段的 PU 表面粘接了 3 cm 厚 FB T 稀土材料, 于 K106+ 520～ K106+ 518 段的 PU 表面铺挂了铁皮防火保护层。
kPa; 水蒸气透湿系数 613 ng (Pa·m ·s) ; 导热系 数 01020 9 W (m ·k)。
(2) PEF 聚乙烯 (45 倍) 泡沫塑料 密度 3115 kg m 3; 吸水率 110% ; 压缩性能 16 kPa; 水蒸气透湿系数 0135 ng (Pa·m ·s) ; 导热系 数 01035 2 W (m ·k)。 (3) 干法硅酸铝纤维板 密度 188 kg m 3; 导热系数 01036 W (m ·k ) ; 渣 球 含 量 010% ; 纤 维 平 均 直 径 615 Λm ; 含 水 率
7 6 中 国 公 路 学 报 2001 年
最高气温 2215℃, 极端最低气温- 34℃。最大冻结 层。它是由 5 cm 厚聚氨酯保温层, 3 cm 厚硅酸铝防
深度南坡 310 m , 北坡 415 m , 最大积雪深度 200 火保温层及 4 mm 无机玻璃钢保护罩构成的防冻措
Abstract: B a sed on the field test of cho sen m a teria l’s p erfo rm ance of an t ifreezing therm a l2 p ro tect ive layer in D aban m oun ta in tunnel and field con t ra st exp erim en t s, op t im um com b ina t ion and con st ruct ion of an t ifreezing therm a l2p ro tect ive layer m a teria ls a re determ ined. A t the sam e t im e, actua l test ing tem p era tu re da ta in exp erim en ta l sect ion a re ana ly sed. A ll these p rovide and accum u la te exp erience fo r the design and con st ruct ion of an t ifreezing therm a l2p ro tect ive layer in tunnel in the fu tu re. Key words: tunnel; an t ifreezing therm a l2p ro tect ive layer; field test and ana ly sis
(4) K105+ 103～ K105+ 110 段, 距洞口 74 cm , 未设隔温层。
站。 并配置以下仪器: (1) 双金属温度仪 (周记仪) ; (2) 双银 (干球) 温度计; (3) 实验段预埋了 60 cm 和 80 cm 深度的测温
管 (内置干球温度计) ; ( 4) 隧 道 竣 工 后 在 K105 + 070、K105 + 320、
收稿日期: 2000211220 作者简介: 陈建勋 (19692) , 男, 陕西韩城人, 长安大学讲师.
层的措施, 防患于未然, 以免在运营期间长期遭受冻 害的困扰。然而, 隧道防冻隔温层的设计和施工技术 在国内尚是一片空白。为此, 对大坂山隧道防冻隔温 层所选用材料的性能和效果进行了现场实验, 进一 步确定其材料组合和施工工艺, 以便为隧道防冻隔 温层设计和施工积累经验。
cm。
施, 经过 1 年左右的使用, 效果良好。
大坂山隧道在多年冻土的下融区穿过, 隧道全 长为 1 530 m , 进口桩号 K105+ 020, 高程 3 792175
2 防冻隔温层材料性能测试及评定
m , 出口桩号 K106+ 550, 高程 3 749190 m , 海拔高 211 防火阻燃性能测试及评定
测试指标
材料名称
测试前样品 描述
喷烧中情况 描述
喷烧后情况 描述
测前样品 吸水率 %
烧后样品 吸水率 %
烧后样品 简易强度
Baidu Nhomakorabea
综合评定
PEF45 倍 板材
形似海绵
阻燃效果差
变形量大
110
阻燃效果差, 变形大, 不宜 采用
玻璃钢
板材 强度较高, 吸水 阻燃效果好 几乎未有变化
012
011
强度没有变化 强度较高, 易现场成型, 阻 燃效果好, 可采用