隧道凍害防治處理

1、目 錄CONTENTS12隧道凍害情況簡(jiǎn)介隧道凍害的形式、成因3隧道凍害的防治措施4凍害整治處理技術(shù)5經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及建議隧道凍害情況簡(jiǎn)介11.隧道凍害情況簡(jiǎn)介本文依托吉圖琿客專鐵路項(xiàng)目，從凍害的形式、成因、 防治措施及處理技術(shù)等幾方面進(jìn)行闡述，在以后的工程施 工中提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)。工程概況線路名稱：吉圖琿客運(yùn)專線，設(shè)計(jì)時(shí)速250km/h； 線路情況：全線隧道共計(jì)85座，隧線比43.2% ；氣候環(huán)境：隧址區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)，1月平均氣溫-10.3- 23.4，極端最低氣溫-29.2-42.5 ；土壤最大凍結(jié)深度：167cm192cm。1.隧道凍害情況簡(jiǎn)介隧道凍害的形式、成因22.隧道凍害的形式、成因隧道凍害

2、的主要形式：隧道襯砌因凍脹而開裂、酥碎、剝落；起皮掉塊起皮掉塊(列車高速 進(jìn)出隧道所產(chǎn)生的 正負(fù)壓會(huì)使其產(chǎn)生 掉落隱患）2.隧道凍害的形式、成因拱頂縱向 貫通裂紋拱頂縱向貫通裂紋拱頂“孤島” 裂紋拱頂“孤島” 裂紋2.隧道凍害的形式、成因隧道頂部、邊墻掛冰、底部積冰；邊墻施工縫 滲漏水結(jié)冰拱腰滲漏水 結(jié)冰邊墻滲漏水拱頂滲漏水導(dǎo) 致鋼軌處結(jié)冰拱頂滲漏水結(jié)冰2.隧道凍害的形式、成因2.隧道凍害的形式、成因隧道凍害的成因氣候地質(zhì)施工設(shè)計(jì)氣候因素：冬季時(shí)間長(zhǎng)、氣溫低、土壤凍結(jié)深度大。地質(zhì)因素：隧道區(qū)圍巖裂隙發(fā)育，存在基巖裂隙水，地下水流向交錯(cuò)貫通，出水點(diǎn)較多。施工因素：開挖輪廓不規(guī)則，襯砌 回填不密實(shí)

3、、存在脫空，防水系統(tǒng)不嚴(yán)密、排水系統(tǒng)不暢通，存在積水、滲漏 水。設(shè)計(jì)因素：對(duì)寒區(qū)隧道凍害認(rèn)識(shí)不充分，缺乏針對(duì)性的設(shè)計(jì)。隧道凍害的防治措施33.1.防水（1）圍巖注漿堵水:由于洞口段溫度較低，圍巖較破碎， 裂隙發(fā)育，地下水豐富，因此，根據(jù)不同圍巖和地下水發(fā)育情況，對(duì)洞口500m范圍內(nèi)進(jìn)行徑向注漿，減小圍巖空隙 率 。3.隧道凍害的防治措施（2）加強(qiáng)砼結(jié)構(gòu)及防水：寒區(qū)隧道優(yōu)化設(shè)計(jì)，全隧均采 用雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗?jié)B等級(jí)不低于P10，地下水發(fā)育 地段抗?jié)B等級(jí)不低于P12。3.隧道凍害的防治措施結(jié)構(gòu)自身防水示意圖模筑防水 混凝土3.隧道凍害的防治措施暗洞段防水層結(jié)構(gòu)圖EVA防水板+土工布防水層（3）

4、防水層防水:明洞結(jié)構(gòu)外設(shè)防水層，回填土表面均 鋪設(shè)粘土隔水層。暗洞拱墻初期支護(hù)與二次襯砌間鋪設(shè) EVA防水板加土工布的分離式防水層。黏土隔水層50cm明洞防水結(jié)構(gòu)圖3.隧道凍害的防治措施中埋止水帶（4）施工縫、變形縫防水環(huán)向施工縫：設(shè)置中埋式橡膠止水帶+背貼式橡膠止水帶； 縱向施工縫：設(shè)置鋼邊橡膠止水帶，每側(cè)一條。背貼式止水帶中埋止水帶拱墻環(huán)向防水結(jié)構(gòu)圖仰拱環(huán)向防水結(jié)構(gòu)圖（5）拱頂回填注漿：為 保證初支與二襯密貼，不形成 水囊，對(duì)隧道二次襯砌背后進(jìn) 行回填注漿。預(yù)貼注漿花管采 用20mm的PVC管，并應(yīng)在 管身布設(shè)梅花形溢漿孔，排氣 管不布孔?；靥钭{采用微膨 脹性水泥砂漿、水泥漿或超細(xì) 水泥

5、漿。3.隧道凍害的防治措施空腔20mm注漿管3.2.洞內(nèi)排水設(shè)計(jì)（1）洞內(nèi)水溝：根據(jù)隧 道所處地區(qū)土壤最大凍結(jié)深 度，設(shè)計(jì)不同深度的中心深 埋水溝及保溫側(cè)溝。（2）襯砌背后排水盲管：設(shè)置中心深埋水溝地段，初支與二襯之間設(shè)環(huán)向盲管，3.隧道凍害的防治措施深埋中心水溝全環(huán)100mm盲 管保溫側(cè)溝引入中心水溝，水溝頂部鋪設(shè)泡沫混凝土保溫層；兩側(cè)邊墻 底部初支與二襯之間設(shè)縱向盲管，環(huán)、縱盲管連通。3.3. 洞外排水設(shè)計(jì)洞口里程處設(shè)3座檢查井 分別對(duì)應(yīng)兩側(cè)溝和中心水溝， 檢查井間用橫向保溫管連通， 在洞口橫向一側(cè)地勢(shì)低洼處 設(shè)置深埋排水暗管，且每隔50m設(shè)檢查井和沉淀坑。出水口處設(shè)置保溫出水口。3.隧道

6、凍害的防治措施洞外排水設(shè)計(jì)圖深埋排水暗 管保溫出水口3.4.保溫層設(shè)計(jì)可在洞口1000m范圍（其它部位結(jié)合隧道情況設(shè)置） 設(shè)置保溫層，保溫層材料采用聚氨酯阻燃板。3.隧道凍害的防治措施保溫層設(shè)計(jì)圖保溫層保溫層示意圖50mm厚硬質(zhì) 聚氨酯保溫板3.5.凍害防治措施（1）環(huán)向盲管設(shè)保溫層 考慮高寒地區(qū)部分長(zhǎng)大隧道內(nèi)凍結(jié)長(zhǎng)度達(dá)到2000m， 對(duì)洞口段 2000m 范圍內(nèi)環(huán)向盲管設(shè)置保溫板，向圍巖 側(cè)初支擴(kuò)挖，確保二次襯砌 厚度滿足要求，從而改善在 寒冷氣候下環(huán)向盲管排水順 暢。如圖：3.隧道凍害的防治措施環(huán)向盲管示意圖環(huán)向盲管聚氨酯保溫板（2）增設(shè)支撐滲溝 在隧道凍結(jié)范圍內(nèi)且滲水量較大的部位，增設(shè)

7、支撐滲溝，即在滲水地段 邊墻兩側(cè)加做滲溝（滲溝 尺寸：內(nèi)軌面以上 5.5m、 寬 1m、深1.2m）。如圖：3.隧道凍害的防治措施O支撐滲溝示意圖豎向盲溝（3）增設(shè)可維護(hù)加熱管隧道凍結(jié)范圍內(nèi)且存在滲水的部位，可根據(jù)滲水面積在防水板背后每12m加設(shè)環(huán)向可 維護(hù)加熱管。3.隧道凍害的防治措施可維護(hù)加熱管示意圖保溫板20mm管內(nèi) 穿電熱帶凍害整治處理技術(shù)4施工方案報(bào)審（鐵路局各單位、監(jiān)理單位）4.1.凍害整治流程擬定施工時(shí)間（施工要點(diǎn)計(jì)劃、鐵路局相關(guān)單位）一配合單位接洽（鐵路局各單位、監(jiān)理、檢測(cè)單位） 安全協(xié)議簽認(rèn)（鐵路局各單位）二防護(hù)人員培訓(xùn)取證（鐵路局相關(guān)單位） 施工準(zhǔn)備（工、料、機(jī)、便道、場(chǎng)地

8、等）三現(xiàn)場(chǎng)缺陷整治與驗(yàn)證（建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)、工務(wù)、施 工單位等）四4.凍害整治處理技術(shù)4.凍害整治處理技術(shù)4.2.凍害整治準(zhǔn)備施工前按規(guī)定設(shè)置施工安全防護(hù)員及駐站聯(lián)絡(luò)員。封 鎖施工必須堅(jiān)持“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方 針，必須做到“四到位”即：人員到位、職務(wù)到位、責(zé)任 到位、業(yè)務(wù)水平到位。由于天窗時(shí)間較短，施工機(jī)械、材料須提前到位，待 天窗命令下達(dá)后，迅速組織展開施工。安全協(xié)議需要與鐵路局各單位進(jìn)行簽訂。簽訂流程： 現(xiàn)場(chǎng)簽認(rèn)確認(rèn)單后，與車務(wù)段、高鐵基礎(chǔ)設(shè)施段簽署施工 安全協(xié)議。供電部電務(wù)部建設(shè)單位車務(wù)段基礎(chǔ)設(shè)施段4.凍害整治處理技術(shù)本項(xiàng)目審批流程：施工計(jì)劃審批需要：2個(gè)段、五 個(gè)處、一

9、個(gè)建設(shè)單位在網(wǎng)上集中會(huì)簽。施工辦建設(shè)部工務(wù)部施工方案報(bào)審流程：施 工 監(jiān) 理 建 設(shè) 單 位 單 位 單 位 上 報(bào) 審 核 批 準(zhǔn)4.凍害整治處理技術(shù)人員、材料、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)（便道、柵欄開口）既有設(shè)備防護(hù)（專業(yè)防護(hù)人員配合路局工務(wù)防護(hù)）現(xiàn)場(chǎng)缺陷驗(yàn)證確認(rèn)（建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)、設(shè)備、施工單位）按照整治方案對(duì)病害進(jìn)行整治處理（利用天窗 時(shí)間段施工）驗(yàn)收退場(chǎng)（建設(shè)、監(jiān)理、檢測(cè)、設(shè)備、施工 單位）每個(gè)作業(yè)周期的工作流程：4.凍害整治處理技術(shù)凍害整治工藝縱向裂紋環(huán)向、斜向裂紋板內(nèi)閉合裂紋施工縫處半月型閉合裂紋滲漏水襯砌起皮及小掉塊襯砌背后回填注漿嚴(yán)重缺陷地段綜合整治4.凍害整治處理技術(shù)4.3.1縱向裂紋對(duì)于鋼

10、筋混凝土襯砌裂縫寬度小于0.2mm的不進(jìn)行處理， 大于0.2mm的裂縫，且通過觀測(cè)不再繼續(xù)發(fā)展，采用涂刷封 縫膠處理。對(duì)于素混凝土襯砌裂縫，分以下幾種情況處理：（1）淺表裂縫襯砌表面干縮等原因引起的淺表裂縫，該類裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力無影響，采用注膠封縫處理。（2）表層非貫通性裂縫襯砌表層非貫通性裂縫，無錯(cuò)臺(tái)，且通過觀測(cè)裂縫不再繼續(xù)發(fā)展，采用注膠封縫處理。4.凍害整治處理技術(shù)注膠灌縫采用自動(dòng)低壓灌漿技術(shù)，清理裂縫表面灰塵， 確保干燥牢固，按1520cm間距標(biāo)出注入口，盡量位于 裂縫較寬、開口較通暢部位。采用封縫膠在標(biāo)出的注入口 上粘貼灌漿底座，并沿裂縫表面涂刮封縫膠，厚度5mm， 確保封嚴(yán)。把裝有環(huán)氧

11、樹脂的灌漿 器（如圖所示）旋緊于底座 上，打開開關(guān)進(jìn)行注膠。當(dāng) 環(huán)氧樹脂不足，可反復(fù)補(bǔ)充， 直至灌滿全部裂縫。自動(dòng)低壓灌漿器4.凍害整治處理技術(shù)注漿完畢后立即拆下灌漿 器，用酒精浸泡清洗。待樹脂 固化后敲掉底座及堵頭，必要 時(shí)可用砂輪機(jī)對(duì)表面封縫膠進(jìn) 行打磨，恢復(fù)表面原狀。環(huán)氧 樹脂漿液根據(jù)襯砌裂縫情況及 施工條件現(xiàn)場(chǎng)試配，調(diào)整漿液 濃度。注膠封縫處理4.凍害整治處理技術(shù)（3）貫通性裂縫對(duì)于裂縫深度較深，貫通縱向的裂縫，該類裂縫對(duì)結(jié) 構(gòu)造成一定的破壞，采用注漿嵌縫，錨桿加固，嚴(yán)重地段 并布設(shè)鋼帶進(jìn)行加固處理。貫通性非閉合裂紋采用錨桿加固措施4.凍害整治處理技術(shù)1）打設(shè)錨桿：采用25中空錨桿對(duì)存

12、在深度裂縫的襯砌 進(jìn)行加固，錨桿布置間距1.01.5m，錨桿均設(shè)置墊板，墊板 尺寸15cm15cm，厚度8mm。錨桿成孔后，中空錨桿端部 采用化學(xué)錨栓或樹脂錨固劑固定，錨桿體部位漿充填密實(shí)， 達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)。錨桿布置示意圖（單位：cm）4.凍害整治處理技術(shù)25中空注漿錨桿， 壁厚7mm,長(zhǎng)度3m。中空注漿錨桿和化學(xué)錨栓4.凍害整治處理技術(shù)錨桿進(jìn)行試驗(yàn)張拉，檢驗(yàn) 錨桿質(zhì)量及效果?？拱瘟?不低于8MPa(30KN)錨桿施工的質(zhì)量控制措施4.凍害整治處理技術(shù)4.凍害整治處理技術(shù)2）布設(shè)鋼帶：鋼帶設(shè)置參數(shù)如下：鋼帶采用W型鍍鋅 鋼帶，厚度5mm，寬度30cm。鋼帶長(zhǎng)度及間距結(jié)合錨桿安 裝固

13、定，鋼帶與襯砌表面密貼，采用雙螺母將鋼帶固定于已打設(shè)的錨桿端頭，并將螺母與錨桿焊接牢固，防止松動(dòng)脫落。如下圖：鋼帶尺寸2m0.3m，孔間距1.5m，鋼板厚度5mm，單價(jià)290元/條；錨桿+W鋼帶加固措施4.凍害整治處理技術(shù)4.3.2環(huán)向、斜向裂紋處理（見淺表裂紋的工藝）環(huán)向貫通且縫寬大于0.2mm的裂紋采用封縫膠+注膠 灌縫處理；未貫通環(huán)向、斜向裂紋采用封縫膠處理，同時(shí) 嚴(yán)密觀測(cè)后期裂縫情況。4.3.3板內(nèi)閉合裂紋采用錨桿注漿+鋼帶封閉+裂縫注膠封縫處理。板內(nèi)閉合裂紋錨桿+鋼帶施工圖錨桿+鋼帶布置示意圖4.凍害整治處理技術(shù)4.3.4施工縫處半月型閉合裂紋（1）無鋼筋襯砌段：采用25mm組合中空

14、錨桿對(duì)周 邊混凝土襯砌進(jìn)行加固，梅花形布置，間距1m1m。（2）鋼筋襯砌段：采用封縫膠封縫處理。施工縫處半月型錨桿布置示意圖施工縫處半月型錨桿+鋼帶施工圖4.凍害整治處理技術(shù)吊柱及其周邊裂縫加固示意圖（3）吊柱及其周邊裂縫：當(dāng)裂縫位于接觸網(wǎng)吊柱周邊 且對(duì)結(jié)構(gòu)受力有一定影響時(shí)，對(duì)接觸網(wǎng)吊柱周邊襯砌采用錨 桿加固，在吊柱周邊打設(shè)4根25組合中空錨桿，并加設(shè)鍍 鋅鋼板，通過鍍鋅鋼板與錨桿、吊柱的有效連接，確保吊柱 牢固、穩(wěn)定。4.凍害整治處理技術(shù)4.3.5滲漏水處理施工縫、襯砌裂縫及個(gè)別出水點(diǎn)（面）出現(xiàn)滲漏病害， 水流分散，水量較小，采取襯砌內(nèi)部注漿措施，封閉水流通 道及襯砌裂隙。（1）點(diǎn)漏：中心注

15、漿管應(yīng)對(duì)準(zhǔn)出水點(diǎn)布設(shè)，注漿管應(yīng)緊 抵孔底出水點(diǎn)，用封縫固管材料緊密填塞孔管間隙。點(diǎn)漏注漿管安裝示意圖（單位：cm）4.凍害整治處理技術(shù)（2）面漏：先鑿除表層混凝土，鑿除范圍應(yīng)由漏水范圍 向四周外延0.5m，并針對(duì)漏水點(diǎn)打孔，均勻布孔，孔距一般 為2030cm，打孔完畢后，清洗孔壁，用封縫固管材料緊 密填塞孔管間隙，隨即施做環(huán)氧砂漿防水層。面漏注漿管安裝示意圖（單位：cm）4.凍害整治處理技術(shù)（3）縫漏：首先鉆孔交叉布置在裂縫（施工縫）兩側(cè)， 安裝注漿管時(shí)，應(yīng)清洗孔壁混凝土殘屑，用封縫固管材料緊 密填塞孔管間隙。鉆孔間距宜為2030cm（施工縫鉆孔間 距宜為50100cm）?？p漏注漿管安裝示意圖

16、4.凍害整治處理技術(shù)4.3.6襯砌起皮及小掉塊處理（1）破損深度或?qū)挾龋▎蝹?cè)）不大于20cm時(shí)，徹底 鑿除破損、松動(dòng)的混凝土塊，打磨平整。（2）破損寬度大于20cm且小于50cm時(shí)，采取植筋 處理，鉆孔時(shí)注意不得打穿防水板。鉆孔示意圖4.凍害整治處理技術(shù)4.3.7襯砌背后回填注漿（1）缺陷排查：采取軌道 車登高觀察、敲擊檢查、探孔驗(yàn) 證、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)等方式對(duì)隧道 缺陷進(jìn)行全面排查。地質(zhì)雷達(dá)無損檢測(cè)（隧道左 右起拱線之間，每40cm一條測(cè) 線，共計(jì)31道測(cè)線，起拱線至 電纜槽頂面5m范圍邊墻不檢 測(cè)）。地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)測(cè)線布置圖左右側(cè)各15條， 拱頂1條。4.凍害整治處理技術(shù)（2）回填注漿：為保證初

17、支與二襯密貼，不形成水囊， 對(duì)隧道拱部140范圍二襯背后進(jìn)行系統(tǒng)回填注漿，確保二襯 背后不留空洞。回填注漿分區(qū)段進(jìn)行，總體原則是由低至高 進(jìn)行。每個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度不宜大于3個(gè)襯砌段。注漿孔布置：鉆孔孔徑不宜小于38mm，孔深宜鉆穿襯砌混凝土，并記錄混凝土厚度與空腔尺寸。注漿孔在拱頂每68m布置1組（拱頂1個(gè)，左右拱腰各1個(gè)和排氣孔）。注漿孔注漿孔布置圖4.凍害整治處理技術(shù)4.凍害整治處理技術(shù)4.3.8嚴(yán)重缺陷地段綜合整治針對(duì)二襯凍害嚴(yán)重地段，雖經(jīng)過治理，但仍存在掉塊 風(fēng)險(xiǎn)，主要采用“波紋鋼板套襯+現(xiàn)場(chǎng)澆筑保溫材料”綜 合整治。套襯結(jié)構(gòu)由防水層、保溫層和波紋鋼板組成。（1）防水層：防水層采用聚氨酯防水

18、涂料，涂刷在 既有二次襯砌表面，厚度2mm。涂刷施工前對(duì)襯砌混凝 土表面浮塵進(jìn)行清除。（2）鍍鋅波紋鋼板：防水層施工驗(yàn)收后，安裝波紋 鋼板套襯。波紋鋼板采用冷軋鍍鋅波紋Q345鋼。鋼板由 工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方法進(jìn)行施工，塊間設(shè)置法蘭，采 用M24高強(qiáng)鍍鋅螺栓/螺母連接。4.凍害整治處理技術(shù)（3）保溫層：保溫層設(shè)于波紋鋼板與二襯之間，采 用聚氨酯保溫材料現(xiàn)場(chǎng)灌注發(fā)泡方式進(jìn)行施工。鋼波紋鋼板套襯斷面布置圖M24高強(qiáng)錨栓聚氨酯保溫層4.凍害整治處理技術(shù)套襯施工過程照片4.凍害整治處理技術(shù)既有線凍害處理施工中防護(hù)內(nèi)容軌道及線路防護(hù)電力、通信管路防護(hù)接觸網(wǎng)防護(hù)工程車輛溜車防護(hù)鋼軌覆蓋接觸網(wǎng)包 裹保護(hù)鐵

19、鞋防溜車車輛溜車防護(hù)軌道及線路防護(hù)電力、通信管路、接觸網(wǎng)防護(hù)4.凍害整治處理技術(shù)4.4既有線凍害處理施工防護(hù)措施4.凍害整治處理技術(shù)4.5整治效果評(píng)價(jià)吉圖琿鐵路于2016年3月開始進(jìn)入凍害整治，通過“防水、排水、防凍脹”的綜合治理下，凍害得到一定程度的緩解。對(duì)于凍脹引起的襯砌掉塊風(fēng)險(xiǎn)，通過針對(duì)性的加固措施得到了有效治理。對(duì)于裂紋進(jìn)行封閉加固處理，使裂紋不在縱深發(fā)展，同 時(shí)，日常監(jiān)測(cè)觀察，動(dòng)態(tài)跟蹤處理。對(duì)于滲漏水，查閱歷年排查統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比，滲漏水?dāng)?shù)量 明顯減少，嚴(yán)重漏水段基本消除，但零星滲漏水點(diǎn)隨著季節(jié) 和時(shí)間變化，未能達(dá)到有效根治。4.凍害整治處理技術(shù)今后仍需研究探討的方向1、建立可維護(hù)的防排水系統(tǒng)：防排水系統(tǒng)具有可維護(hù)、 檢修或更換的特點(diǎn)；采用