高寒地区有水隧道冻害治理措施

施野

天津市起跑线人力资源咨询服务有限公司 天津 300111

1 工程概况

高寒地区新建某铁路工程为国铁Ⅰ级单线铁路，某A隧道属于单线隧道，全长5470m。进口段位于曲线上，其曲线半径2500m，除进口段段落均位于直线上。隧道进口段路堑为1‰上坡，变坡点设置在洞口外30m处，向隧道内变为4.2‰下坡，竖曲线长52m。隧址区是典型的草原牧场，具有地势开阔、地形平坦的特点。在隧道进口洞顶、距隧道洞口245m处，白霍一级重载公路以填方形式通过。公、铁两路斜交角度约为25°，在铁路线路左侧、隧道洞口上游，设有一座1.0-2.0m公路排洪涵。交叉段隧道洞顶最大埋深13.5m，最小埋深10.4m，公路路基填土高度2.5-3.2m[1]。

2 冻害情况

2.1 轨面结冰

某A隧道于2012年9月贯通，随后于10月末冬休。2013年3月初，隧道洞口段地面上近200m范围积冰，冰层最大厚度达到1m左右；2014年3月初，洞口段约220m范围内的道砟面和轨道上大面积结冰，有些地段冰面高度超过标高。2015年3月（铁路未开通），洞口段230m范围内的道砟面和轨道上大面积结冰，线路全部冰封，冰面高度超过水沟电缆槽盖板顶面约20-50cm；洞口段370m长度范围保温水沟内结满了冰，洞外路堑的道床上和路堑水沟平台上也有结冰现象，冰雪厚度约0.8-1.0m。

2.2 衬砌裂缝

2013年3月，隧道进口段衬砌结构受冻，而后发现若干条水平、纵向细微裂纹，之后无明显发展。到2014年3月，DK380+240-+282段双侧边墙出现纵向水平裂缝，并出现错位。经实测，衬砌裂缝最宽约10mm，衬砌表面错台最大约5mm；解冻后，气温升高，裂缝收缩，衬砌表面错台逐渐变小、直至完全消失。完全解冻后，对隧道衬砌裂缝进行了为期2个月的全面观测，右侧边墙1-2#缝最宽7.5mm，较3月时的缝宽值有所减小，缝长和缝宽值均无变化[2]。

3 隧道冻害原因分析

3.1 衬砌裂缝产状分析

衬砌纵向裂缝具有对称性，裂缝多分布在水沟盖板顶上2-4m范围以内，相对隧道高度而言，处于边墙的中间，在开裂严重的段落，裂缝数量通常为3条裂缝。纵向裂缝具有季节性，裂缝发展主要在寒冷的冬季，气温升高，裂缝有一定的收缩性，但是不能够完全恢复到之前的水平。初砌裂缝发展程度具有积累性，在开裂段，裂缝数量、长度、宽度比上一年有进一步发展，符合季节性冻胀开裂的特征[3]。

3.2 冻结圈模拟分析

根据当地气象条件和热力学参数，中铁西南科学研究院有限公司对隧道周边围岩在季节冻融条件下的冻结圈厚度进行了模拟分析，其计算结果显示：最大冻结深度出现在2月，明洞段地表冻结深度为2.56m，隧道轮廓以外的围岩冻结圈厚度为2.58m，底部冻结深度为2.55m；DK380+230-+500暗洞段地表冻结深度为2.48m，隧道轮廓以外的围岩冻结圈厚度为2.16m，底部冻结深度为2.53m。根据现场钻探勘察，计算结果与现场实际基本相符。

3.3 处理渗漏水措施不当

在养护的过程中，发现衬砌局部区域有少量渗漏。由于该工程处于缺陷责任期，经调查研究，认为是隧道局部衬砌混凝土不密实导致渗漏的，于是进行局部打孔注浆，力图解决渗漏问题。事实证明，这种做法适得其反，隧道冻害进一步加剧[4]。

4 冻害整治措施

4.1 衬砌裂缝治理

沿边墙衬砌纵向裂缝，在裂缝上、下侧各打设一排Φ25砂浆锚杆，对局部破损的衬砌结构进行补强。锚杆长5m，纵向间距80cm。锚杆施工完毕后，采用环氧树脂砂浆封口，最后安装锚垫板和螺母。对裂缝缝口进行开槽处理，斜向埋设注浆嘴，将环氧树脂砂浆压入槽内，采用环氧树脂灌缝并用环氧树脂砂浆封口。

4.2 衬砌表面保温层

在DK380+130-+530段400m范围内的拱墙衬砌表面，喷涂可发性聚氨酯泡沫保温层，厚15cm。为使保温层更加牢固，喷涂时在保温层结构中部加入一层钢丝网，其网眼大小为18cm×18cm，同时采用钢膨胀螺栓锚入衬砌混凝土结构中以达到连接固定的目的，锚钉间距1.0m×1.0m。聚氨酯喷涂时加入阻燃剂以改善其防火性能。当聚氨酯保温层喷涂完毕以后，使用抗裂砂浆抹平，压入一层网格布后再抹一层抗裂砂浆饰面，最后均匀喷涂两道防火涂料，使其达到A级防火等级要求[5]。

4.3 辅助措施

（1）在隧道顶部垭口处，设置地表排水设施和蒸发池。

（2）使用专用设备疏通隧道的中央排水口，并在中央排水口中安装电伴热和排抽水装置，以在冬季的白天和晚上保持供电，以防止水冻结，使中央排水管始终保持畅通。

（3）对隧道内带发热电缆的消防管道保温层进行加厚，外部用镀锌铁皮加固。

5 结语

本文以某A隧道为例，通过对隧道实施截、堵水、疏通水、排水、加温等处置措施，该隧道冻害灾情得到缓解，这些方法和措施对其他高寒地区路面冻害的处理也具有重要意义。经过冻害整治后，整治效果良好，满足了铁路运营要求，为铁路正常运营提供了有利的安全保障，也为类似工程的冻害治理和措施优化提供了重要经验依据。