鐵路隧道檢測(cè)-防水混凝土抗?jié)B性能檢測(cè)

我國(guó)多年凍土區(qū)面積有2150000平方公里，占國(guó)土總面積的22.4%。我國(guó)每年修建在凍土區(qū)上的隧道數(shù)量非常多，對(duì)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的寒區(qū)公路隧道進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，寒區(qū)隧道中有80%以上都存在各種各樣凍害現(xiàn)象，其中60%的發(fā)生滲漏，約24%的出現(xiàn)襯砌混凝土剝落、開裂、滑塌、沉陷等問題。每年各地區(qū)部門和相關(guān)交通企業(yè)對(duì)這些病害隧道維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用數(shù)量驚人。項(xiàng)目研究背景項(xiàng)目研究背景在寒區(qū)修建隧道，除具有隧道工程的一般性外，其技術(shù)性問題要更加復(fù)雜，其中最主要的問題就是隧道工程主體結(jié)構(gòu)尤其是洞口段的結(jié)構(gòu)抗防凍能力、運(yùn)營(yíng)安全性及結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期壽命等。據(jù)調(diào)查，寒區(qū)隧道凍害現(xiàn)象出現(xiàn)頻率如此之高，比重如此之大，主要是對(duì)高寒隧道了解不足或估計(jì)錯(cuò)誤所致。研究?jī)?nèi)容：1高寒地區(qū)隧道氣溫變化特征與圍巖、襯砌溫度場(chǎng)分布規(guī)律研究2345

高寒地區(qū)隧道防凍技術(shù)適應(yīng)性研究

高寒地區(qū)隧道安全施工技術(shù)研究高寒地區(qū)隧道結(jié)構(gòu)受力特征與安全評(píng)價(jià)研究高寒地區(qū)隧道施工安全與監(jiān)控可視化仿真依托工程概況阿拉坦隧道位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市境內(nèi)，是國(guó)道304線圖布信至霍林郭勒段一級(jí)公路改建工程項(xiàng)目的控制工程。該隧道左線全長(zhǎng)775m，右線全長(zhǎng)730m，位于扎魯特旗中北部，距離魯北鎮(zhèn)100多公里，距離霍林郭勒市約50公里。依托工程概況隧址區(qū)位于內(nèi)蒙古東北部，冬季漫長(zhǎng)而寒冷。根據(jù)扎魯特旗氣象站資料，多年平均氣溫5.8℃，最低氣溫-27.4℃。多年平均降水量410mm；多年平均凍結(jié)深度108cm，最大凍結(jié)深度194cm；全年最冷月1月份平均氣溫為－20℃，最大凍結(jié)深度為269cm，極端最低氣溫－37.66℃。地下水類型主要為河谷洼地區(qū)的孔隙潛水、丘陵山區(qū)孔隙裂隙潛水，本區(qū)地下水主要以接受垂向大氣降水補(bǔ)給為主，水位年變幅約1.5m。寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)隧道開挖后，山體內(nèi)部溫度場(chǎng)引起了變化。一般地質(zhì)條件下，隧道開挖影響范圍內(nèi)，外界環(huán)境對(duì)隧道穿越區(qū)的溫度影響最為顯著。根據(jù)溫濕度計(jì)的布設(shè)原則，測(cè)溫元件應(yīng)當(dāng)是按隧道縱向?qū)ΨQ分布，考慮到阿拉坦隧道的實(shí)際情況（隧道長(zhǎng)度較短），所以測(cè)溫元件采取由密到疏的埋設(shè)原則，由左線洞口樁號(hào)開始，用以測(cè)定圍巖內(nèi)部溫度變化情況。圍巖內(nèi)溫度測(cè)試元件的埋設(shè)斷面如圖3-6所示。隧道圍巖內(nèi)溫度值為每天測(cè)一次，每天測(cè)定時(shí)間基本相同。寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

隧道區(qū)及隧道內(nèi)氣溫溫度的監(jiān)測(cè)儀器：本次測(cè)試采用ZJI-2B型溫濕度計(jì)對(duì)大氣溫度連續(xù)自動(dòng)記錄，記錄結(jié)果為米格紙上連續(xù)的溫度濕度曲線，并按要求進(jìn)行溫濕度校正。每周更換一次記錄紙。溫度計(jì)實(shí)物圖及隧道外、隧道布設(shè)橫斷面如圖1、圖2和圖3所示。圖1溫濕度計(jì)及其記錄結(jié)果實(shí)物圖寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)百葉箱室外地面150

溫濕度計(jì)布置斷面圖外界大氣百葉窗布設(shè)圖隧道區(qū)及隧道內(nèi)氣溫溫度的監(jiān)測(cè)儀器：寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

隧道圍巖測(cè)溫元件圍巖內(nèi)測(cè)溫元件埋設(shè)示意圖隧道內(nèi)圍巖溫度元件：寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

溫濕度計(jì)及圍巖測(cè)溫元件沿隧道縱向布設(shè)隧址區(qū)大氣和隧道內(nèi)環(huán)境溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

a）隧道洞口

b）隧道中間處隧道內(nèi)大氣溫度曲線圖（a~b）

從圖7）圖中可知，在隧道的進(jìn)出口段，由于在冬季隧道內(nèi)保持穩(wěn)定風(fēng)向，洞外低溫氣體充分同二次襯砌和圍巖交換熱量，使得二次襯砌和圍巖內(nèi)一定深度均處于負(fù)溫，由于阿拉坦隧道長(zhǎng)度較短，所以在隧道中間處的氣溫曲線最小值要比隧道外大氣氣溫曲線最小值在每年相同時(shí)間上延遲20天。隧址區(qū)大氣和隧道內(nèi)環(huán)境溫度觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

沿隧道縱向溫度變化曲線1）1月與2月兩個(gè)月，沿隧道縱向氣溫曲線基本呈倒V型，隧道中間處溫度高。從隧道外到隧道中間處，月平均氣溫較差最高可達(dá)12℃，最低氣溫出現(xiàn)在隧道出口外，在隧道的進(jìn)出口處向隧道內(nèi)方向溫度都是降低的。2）3月和4月溫度曲線整體大致成“一”字狀，這期間隧道進(jìn)出口洞外氣溫回升較快，而隧道洞口與隧道外大氣溫度相差不多。3）從5月至8月，隧道進(jìn)口至隧道中部溫度曲線基本呈直線下降趨勢(shì)。4）整體來看，隧道中間處溫度值從1月至8月增幅較小，其1月的最低值與7月的最高值均為隧道縱向同期的最小值。隧道圍巖溫度數(shù)據(jù)分析表1隧道洞口段圍巖內(nèi)最低負(fù)溫值

隧道圍巖溫度數(shù)據(jù)分析隧道洞身段

常用保溫材料福利凱（FLOLICFOAM）

保溫材料比選試驗(yàn)研究模型試驗(yàn)的研制

溫度調(diào)節(jié)箱設(shè)計(jì)圖溫度調(diào)節(jié)箱實(shí)物圖

冷浴刻槽圓盤設(shè)計(jì)圖保溫材料比選試驗(yàn)研究模型試驗(yàn)的研制HC-2010型低溫恒溫槽

制冷鋁板實(shí)物圖模型試驗(yàn)的研制保溫材料比選試驗(yàn)研究SWD-809型自動(dòng)打印十六路巡檢控制儀記錄結(jié)果實(shí)物圖保溫材料比選試驗(yàn)研究測(cè)試原件及埋設(shè)WZP-011型Pt100單支鉑熱電阻感應(yīng)元件

測(cè)溫探頭在混凝土板表面布置圖圖混凝土板表面涂抹凡士林保溫材料比選試驗(yàn)研究保溫層內(nèi)置（二次襯砌表面）數(shù)據(jù)采集過程圖試驗(yàn)方案：（1）無保溫層的低溫模擬試驗(yàn)（2）內(nèi)置4cm福利凱板（（FLOLICFOAM））作為保溫層的低溫模擬試驗(yàn)（3）內(nèi)置5cm聚氨酯板（PU）作為保溫層的低溫模擬試驗(yàn)保溫材料比選試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析未鋪設(shè)保溫層

未鋪設(shè)保溫層時(shí)模型內(nèi)溫度變化情況如圖所示，當(dāng)外界溫度較低時(shí)，由二次襯砌至圍巖，溫度差值分布明顯。隨著外界溫度的下降，襯砌及圍巖模擬層內(nèi)部溫度也有著同樣趨勢(shì)的下降，隨著徑向深度的加深，溫度降幅是逐漸減少的，即遠(yuǎn)離隧道斷面，越向圍巖深處的溫度變化越小。模型內(nèi)溫度變化僅僅對(duì)一定范圍內(nèi)的模擬層溫度產(chǎn)生影響，與“隧道凍融圈”理論相符合。無保溫層斷面溫度對(duì)比保溫材料比選試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析A斷面溫度變化曲線B斷面溫度變化曲線C斷面溫度變化曲線D斷面溫度變化曲線保溫材料比選試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析內(nèi)置福利凱（（FLOLICFOAM））保溫層模型在D斷面與冷浴之間鋪設(shè)4.5cm福利凱（（FLOLICFOAM））作為保溫層即內(nèi)置保溫層后模型內(nèi)部溫度變化情況如圖19所示，保溫層使圍巖模擬層A斷面、B斷面和支護(hù)模擬層C斷面、D斷面溫度達(dá)到了0℃以上起到了防止圍巖凍脹的作用。內(nèi)置福利凱（FLOLICFOAM）作保溫層斷面溫度對(duì)比隧道溫度場(chǎng)有限元計(jì)算隧道溫度場(chǎng)有限元模型的建立根據(jù)阿拉坦隧道實(shí)際情況建立1：1計(jì)算模型。由隧道溫度梯度的大小對(duì)隧道內(nèi)不同材料類型進(jìn)行不同的網(wǎng)格劃分，劃分的基本原則是：溫度場(chǎng)內(nèi)溫度梯度大的區(qū)域網(wǎng)格劃分密，溫度梯度小的區(qū)域網(wǎng)格較稀疏。隧道溫度場(chǎng)有限元計(jì)算模型隧道溫度場(chǎng)有限元計(jì)算有限元計(jì)算結(jié)果無保溫層時(shí)隧道溫度云圖內(nèi)置4cm硬質(zhì)福利凱（FLOLICFOAM）時(shí)隧道溫度云圖由圖21可見，當(dāng)無保溫層情況時(shí)，隧道外輪廓錢處于負(fù)溫區(qū)，即襯砌后一定區(qū)域的圍巖均處于負(fù)溫區(qū)，易發(fā)生凍害；由圖22可見，內(nèi)置5cm硬質(zhì)福利凱（PU）作為保溫層情況下，隧道外輪廓錢與圍巖內(nèi)溫度均處于0℃以上，達(dá)到了保溫防止凍害發(fā)生的目的。隧道溫度場(chǎng)有限元計(jì)算

隧道縱向溫度場(chǎng)模擬

a）無保溫層時(shí)加載第1年溫度圖b）無保溫層時(shí)加載第30年溫度圖

從圖23可以看出，沿隧道縱向設(shè)定保溫層后，第1年時(shí)襯砌內(nèi)的負(fù)溫值比該處隧道內(nèi)空氣溫度明顯要高出，襯砌內(nèi)溫度沒有出現(xiàn)低于-6.3℃的，但是隧道襯砌內(nèi)的溫度沿隧道縱向分布的比較均勻；當(dāng)反復(fù)加載30年時(shí)，隧道襯砌內(nèi)襯砌表面的負(fù)溫值會(huì)達(dá)到-8℃，從而說明反復(fù)加載的時(shí)間越長(zhǎng)，隧道圍巖一定范圍內(nèi)的年平均溫度會(huì)下降，溫度最終穩(wěn)定的值同隧道圍巖的初始溫度、隧道內(nèi)氣溫、地區(qū)降水量、圍巖的性質(zhì)等各因素有關(guān)。隧道縱向溫度場(chǎng)模擬隧道溫度場(chǎng)有限元計(jì)算c）有保溫層時(shí)加載第1年溫度圖d）有保溫層時(shí)加載第30年溫度圖

沿隧道縱向溫度模擬云圖（a~d）寒區(qū)隧道防凍設(shè)計(jì)與安裝寒區(qū)隧道防凍設(shè)計(jì)與安裝寒區(qū)隧道防凍設(shè)計(jì)與安裝寒區(qū)隧道安全施工控制技術(shù)研究?jī)?nèi)容

依托國(guó)道304線圖不信—霍林河段阿拉坦隧道，本研究報(bào)告主要完成了以下研究工作：

（1）隧道圍巖特征與施工綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)根據(jù)TSP、地質(zhì)雷達(dá)等隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)獲得的洞周圍巖松動(dòng)范圍的資料，預(yù)測(cè)高寒地區(qū)隧道施工災(zāi)害，針對(duì)具體施工災(zāi)害，提出加固改善隧道圍巖條件的工程措施及其施工技術(shù)和質(zhì)量控制，有效指導(dǎo)施工。

（2）隧道施工安全管理系統(tǒng)通過洞內(nèi)變形收斂量測(cè)來監(jiān)控洞室穩(wěn)定狀態(tài)和評(píng)價(jià)隧道變形特征。并通過對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與回歸分析，找出其內(nèi)在的規(guī)律，對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，優(yōu)化隧道初期支護(hù)設(shè)計(jì)，提高信息化設(shè)計(jì)水平，初步建立隧道施工安全管理系統(tǒng)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

超前預(yù)報(bào)的主要目標(biāo)包括：（1）超前探測(cè)地層巖性、軟弱層的位置、巖體完整程度、斷裂帶位置、寬度、破碎程度、富水性；（2）超前探測(cè)巖溶洞穴、含水體的位置、大小、規(guī)模、充填情況，預(yù)報(bào)突水突泥具體位置及可能帶來的災(zāi)害程度；（3）查明勘察設(shè)計(jì)階段物探資料顯示的異常體的具體位置、規(guī)模，確定其危害程度；（4）隧道底部及周邊巖溶洞穴及含水體的位置、規(guī)模。通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常地質(zhì)現(xiàn)象，預(yù)報(bào)隧道開挖面前方不良地質(zhì)的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性，為正確選擇開挖方式、修正支護(hù)參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供有力依據(jù)，并為預(yù)防隧洞出現(xiàn)塌方、流沙、漏水、突泥、巖溶和采空區(qū)等可能形成的災(zāi)害事故及時(shí)提供信息，以降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而保證施工質(zhì)量。施工監(jiān)控量測(cè)施工監(jiān)控量測(cè)具體目標(biāo)為：（1）通過施工監(jiān)控掌握隧道拱頂沉降、周邊收斂、圍巖內(nèi)部位移，了解圍巖松動(dòng)破壞范圍，對(duì)圍巖穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。（2）掌握隧道圍巖的變形規(guī)律以及與施工工序和爆破振動(dòng)的關(guān)系，用以調(diào)整施工方法和參數(shù)。（3）通過施工監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患并予以排除。通過各種有效的技術(shù)手段，快速取得可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，快速評(píng)價(jià)隧道施工的安全狀態(tài)，及時(shí)指導(dǎo)施工；通過對(duì)圍巖及隧道結(jié)構(gòu)的受力、變形狀況的全面分析，準(zhǔn)確評(píng)定隧道施工工藝、支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為施工優(yōu)化提供指導(dǎo)，最終達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的目的。寒區(qū)淺埋隧道進(jìn)洞安全施工

寒區(qū)淺埋隧道進(jìn)洞安全施工控制（注漿技術(shù)）包括以下幾個(gè)方面：（1）注漿標(biāo)準(zhǔn)通過注漿要求達(dá)到的效果和質(zhì)量指標(biāo)；（2）施工范圍包括注漿程度、長(zhǎng)度和寬度；（3）注漿材料包括漿材種類和漿液配方；（4）漿液影響半徑指漿液在設(shè)計(jì)壓力下所能達(dá)到的有效擴(kuò)散距離；（5）鉆孔布置根據(jù)漿液影響半徑和注漿體設(shè)計(jì)厚度，確定合理的孔距、排距、孔數(shù)和排數(shù)；（6）注漿壓力規(guī)定不同地區(qū)和不同程度的允許最大注漿壓力；（7）注漿效果評(píng)價(jià)用各種方法和手段檢測(cè)注漿效果。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果分析探地雷達(dá)在隧道圍巖判定中的應(yīng)用

阿拉坦隧道圍巖全部為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，因此以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖為例，進(jìn)行典型分析。1.Ⅲ級(jí)圍巖本次雷達(dá)預(yù)報(bào)探測(cè)范圍RK6+898～RK6+933段，從點(diǎn)測(cè)及線測(cè)結(jié)果來看，掌子面前方35m范圍雷達(dá)反射波特征基本相同，波幅及相位變化不大，預(yù)計(jì)本段范圍內(nèi)圍巖特征與掌子面基本相似，巖性為微風(fēng)化凝灰?guī)r，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，整體穩(wěn)定性一般。預(yù)計(jì)該段范圍內(nèi)圍巖特征與掌子面相比基本一致。巖性為微風(fēng)化凝灰?guī)r，巖體較完整，整體上呈塊狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性一般。按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)則判定，圍巖分級(jí)為Ⅲ級(jí)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果分析2.Ⅳ級(jí)圍巖本次雷達(dá)預(yù)報(bào)探測(cè)范圍RK6+793～RK6+828段，從點(diǎn)測(cè)及線測(cè)結(jié)果來看，本測(cè)段范圍內(nèi)雷達(dá)反射波特征基本相同，波幅及相位變化不大，預(yù)計(jì)本段范圍內(nèi)圍巖特征與掌子面基本相似。相比較而言，雷達(dá)波在RK6+812處相位稍微變大，此處圍巖強(qiáng)度可能變低。雷達(dá)波在RK6+821.6波幅變大，此處圍巖破碎，應(yīng)根據(jù)炮孔鉆進(jìn)情況謹(jǐn)慎掘進(jìn)。雷達(dá)波形圖如圖所示。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果分析3.軟弱夾層的探測(cè)

本次雷達(dá)預(yù)報(bào)探測(cè)范圍RK6+828～RK6+863段，從點(diǎn)測(cè)及線測(cè)結(jié)果來看，本測(cè)段范圍內(nèi)雷達(dá)反射波特征基本相同，波幅及相位變化不大，預(yù)計(jì)本段范圍內(nèi)圍巖特征與掌子面基本相似，巖性為中風(fēng)化～微風(fēng)化凝灰?guī)r，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，整體穩(wěn)定性一般。相比較而言，RK6+849～RK6+851段波形顯異常，此處波幅變大，可能為一軟弱夾層，應(yīng)根據(jù)炮孔鉆進(jìn)情況謹(jǐn)慎掘進(jìn)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果分析地震反射波法在隧道圍巖判定中的應(yīng)用

經(jīng)開挖實(shí)際驗(yàn)證，預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際圍巖狀況較為接近。

由于物探方法的間接性和多解性以及目前所采用的各種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段都有一定的缺陷，因此隧道施工期間的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)必須是“以地質(zhì)方法為基礎(chǔ)，集各種預(yù)報(bào)方法所長(zhǎng)”的綜合預(yù)報(bào)。隧道監(jiān)控測(cè)量實(shí)施方案

監(jiān)控量測(cè)的目的與內(nèi)容隧道施工量測(cè)是反饋動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，它關(guān)系到施工安全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及工程造價(jià)等方面。針對(duì)阿拉坦隧道具體情況，本次施工量測(cè)的目的為通過適時(shí)的施工監(jiān)控量測(cè)，得到客觀的符合實(shí)際的量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)支護(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

1.地表沉降對(duì)隧道進(jìn)出洞口位置淺埋段，進(jìn)行地表沉降觀測(cè)；

2.拱頂下沉及其周邊收斂

周邊收斂、拱頂下沉測(cè)點(diǎn)布設(shè)地表沉陷測(cè)點(diǎn)布設(shè)隧道監(jiān)控測(cè)量實(shí)施方案3.寒區(qū)隧道巖體分層沉降

量測(cè)儀器主要采用我校自行研制的多點(diǎn)位移計(jì)，最小讀數(shù)可達(dá)0.02mm，結(jié)構(gòu)見圖。根據(jù)隧道地質(zhì)和洞頂外地表特征，在隧道左線出口淺埋段，樁號(hào)Ｋ7+340和K7+250兩斷面安裝位移計(jì)。巖體監(jiān)測(cè)平面布置圖多點(diǎn)位移計(jì)結(jié)構(gòu)圖隧道監(jiān)控測(cè)量實(shí)施方案K7+340鉆孔斷面（A斷面）隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析A1號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

A2號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

A3號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

A4號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

A5號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

A6號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線

隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析A7號(hào)位移計(jì)豎向觀察曲線巖體變形過程（位移—掌子面位置）圖4.1為A斷面（樁號(hào)K7+340）各點(diǎn)豎向變形觀察曲線，A1~A7號(hào)位移計(jì)各層曲線與地表曲線趨勢(shì)一致，表明對(duì)于周圍巖體中某一坐標(biāo)因隧道開挖而產(chǎn)生的豎向變形與該坐標(biāo)地表豎向變形趨勢(shì)相一致。A1與A7號(hào)位移計(jì)各層曲線重合，且在-10~+10mm之間，表明隧道的開挖的影響范圍在A1與A7之間；A3~A5號(hào)位移計(jì)各層曲線與地表曲線之間有明顯的距離，表明巖層之間有明顯位移，隧道洞徑范圍巖體巖層豎向變形大于地表變形，特別是A3號(hào)位移計(jì)巖體巖層雖然間隔只有1米但豎向變形差異仍然很明顯。隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析

巖層各點(diǎn)隨開挖縱向沉降變化規(guī)律

綜合本隧道其他地表監(jiān)測(cè)結(jié)果，掌子面開挖巖層各點(diǎn)豎向位移與地表基本一致（如圖4.18），同樣可以分為以下四個(gè)區(qū)域：（a）微小鼓起區(qū)域。當(dāng)掌子面在測(cè)點(diǎn)距離相差-2~-0.8范圍時(shí)，巖層有上鼓趨勢(shì)。（b）微小沉降區(qū)域。當(dāng)掌子面與測(cè)點(diǎn)距離相差-0.8~0倍洞徑時(shí)，該段沉降值占總沉降值的10%。（c）沉降劇增區(qū)域。隨著開挖工作面的向前推進(jìn)，在開挖面后距測(cè)點(diǎn)0-1.2倍洞徑范圍，巖層沉降速率急劇增長(zhǎng)，沉降值增大。該段沉降值約占總沉降值50-60%，累計(jì)沉降已經(jīng)超過70%。（d）沉降基本穩(wěn)定區(qū)域。在開挖工作面后距測(cè)點(diǎn)2倍洞徑后，沉降增長(zhǎng)緩慢，沉降曲線區(qū)域平緩。縱向巖層沉降L為開挖工作面距測(cè)點(diǎn)的距離；D為地下工程開挖直徑；u為沉降值；u0為最終沉降值。隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析巖層橫向沉降變形（d）掌子面距測(cè)點(diǎn)斷面2洞徑時(shí)巖層變形曲線（c）掌子面距測(cè)點(diǎn)斷面1洞徑時(shí)巖層變形曲線掌子面距測(cè)點(diǎn)斷面-0.5洞徑時(shí)巖層變形曲線（b）掌子面距測(cè)點(diǎn)斷面-0洞徑時(shí)巖層變形曲線隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析（e）測(cè)點(diǎn)斷面最終巖層變形曲線掌子面距測(cè)點(diǎn)斷面不同距離時(shí)巖層變形從圖4.19中可以看出，巖層橫斷面變形與地表類似，呈漏斗形，近似正態(tài)分布曲線。隧道中心軸附近地表沉降值最大，越向兩邊地表沉降值越小，當(dāng)距隧道中心軸位置12m時(shí)，沉降值不超過5mm。由于地表橫向有坡度，左低右高，導(dǎo)致最大豎向位移點(diǎn)左移，表明埋深是影響巖層豎向位移的重要因素之一。對(duì)圖4.19中曲線采用正態(tài)分布曲線（公式4.13）擬合：式中：為距離隧道中心軸線x處的地表沉降，mm；

為隧道中心線處的地表最大沉降，采用實(shí)測(cè)值，mm；A為擬合時(shí)的常數(shù)。圖4.20為拱頂上部巖體內(nèi)部豎向變形圖，從圖中看隧道開挖松動(dòng)圈已經(jīng)波及地表，拱頂附近變形最大，然后向外擴(kuò)散逐漸減小，橫向遞減比縱向快得多。

巖體豎向變形圖云圖隧道監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析確定適當(dāng)?shù)倪M(jìn)尺長(zhǎng)度當(dāng)掌子面開挖至K7+340，短短的4天內(nèi)，拱頂附近的巖體沉降以接近70mm，最大沉降速率超過10mm/d并且?guī)r體分層明顯，根據(jù)目測(cè)、地質(zhì)調(diào)查等本段巖體破碎，巖體的完整性差，極有可能發(fā)生塌方、冒頂事故，為了確保前方巖體的穩(wěn)定，降低掌子面爆破對(duì)本斷面的擾動(dòng)采取縮短進(jìn)尺來降低爆破強(qiáng)度辦法——由原來的3m減至1m并繼續(xù)監(jiān)測(cè)該斷面，對(duì)K7+325再次進(jìn)行量測(cè)，結(jié)果如下：我們發(fā)現(xiàn)，只改變進(jìn)尺長(zhǎng)度，開挖后5天拱頂附近的巖體沉降不足50mm，最大沉降速率小于10mm/d，此外K7+340也趨于穩(wěn)定。從兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面我們發(fā)現(xiàn)，進(jìn)尺長(zhǎng)度，對(duì)巖體變形十分重要，對(duì)于變形過大一般穩(wěn)定巖體，調(diào)整進(jìn)尺長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體變形的控制。在根據(jù)本段測(cè)試數(shù)據(jù)修改進(jìn)尺長(zhǎng)度時(shí)，周邊收斂才剛剛開始測(cè)試，而地表數(shù)據(jù)雖然與巖體變形趨勢(shì)類似，但是由于巖層的“緩沖”，變形量降低了不少。故對(duì)于淺埋隧道的進(jìn)尺長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)巖體變形來確定較為科學(xué)合理。A3號(hào)位移計(jì)沉降速率觀察曲線B號(hào)位移計(jì)沉降速率觀察曲線寒區(qū)隧道洞口段注漿控制技術(shù)（安全施工）注漿方案：地表注漿孔位平面圖注漿加固圖寒區(qū)隧道洞口段注漿控制技術(shù)評(píng)價(jià)注漿效果分析與評(píng)價(jià)通過對(duì)基本相同地質(zhì)條件下的注漿段與未注漿段地表下沉、拱頂下沉、凈空收斂等監(jiān)測(cè)變形結(jié)果，評(píng)價(jià)圍巖的注漿效果。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件基本相同時(shí)，經(jīng)地表注漿加固后，洞內(nèi)拱頂累計(jì)下沉明顯減小。寒區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析測(cè)試斷面布設(shè)方案

依據(jù)阿拉坦隧道工程特點(diǎn)，在深埋段依據(jù)圍巖級(jí)別分別在Ⅲ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖與Ⅴ級(jí)圍巖段布設(shè)一個(gè)主測(cè)斷面和一個(gè)輔測(cè)斷面。在隧道圍巖Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段，布設(shè)一個(gè)主測(cè)斷面和一個(gè)輔測(cè)斷面。阿拉坦隧道洞口段，由于左、右線凈距較小，為小凈距段，在此處布設(shè)一組測(cè)試斷面，同樣布設(shè)一個(gè)主測(cè)斷面和一個(gè)輔測(cè)斷面。

壓力盒布置圖錨桿鋼筋計(jì)布置圖鋼格柵內(nèi)力鋼筋計(jì)布置或二次襯砌混凝土應(yīng)變計(jì)布置斷面圖

寒區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試內(nèi)容

1.圍巖壓力采用XYJ-3型壓力盒量測(cè)，每個(gè)斷面布設(shè)測(cè)點(diǎn)5個(gè)。判斷圍巖的穩(wěn)定性及圍巖的應(yīng)力分布狀態(tài)，指導(dǎo)安全施工。

2.鋼支撐內(nèi)力及外力采用XJG-2型CD25鋼弦式應(yīng)力計(jì)進(jìn)行量測(cè)，每個(gè)量測(cè)斷面布設(shè)5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布設(shè)2個(gè)應(yīng)力計(jì)，量測(cè)鋼支撐內(nèi)力和外力，推算作用于鋼支撐上的彎矩和軸力的大小。判斷鋼支撐尺寸、間距及參數(shù)等。掌握鋼支撐的實(shí)際工作狀態(tài)，確定鋼支撐的安全性。

3.二次襯砌內(nèi)應(yīng)力用XJH-2型埋入式混凝土應(yīng)變計(jì)，每個(gè)量測(cè)斷面布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)。每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置2只((1對(duì))應(yīng)變計(jì)。通過量測(cè)二次襯砌的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的應(yīng)力和應(yīng)變，推算其軸力和彎矩，判斷二次襯砌的應(yīng)力和應(yīng)變，確保隧道二次襯砌支護(hù)的安全性。

4.錨桿軸力每個(gè)測(cè)試斷面5個(gè)測(cè)試錨桿，依據(jù)錨桿長(zhǎng)度，每根錨桿2~3個(gè)測(cè)點(diǎn)，了解錨桿實(shí)際工作狀態(tài)及軸向力的大小。結(jié)合位移量測(cè)，判斷圍巖發(fā)展趨勢(shì)，分析圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限；修正錨桿設(shè)計(jì)參數(shù)，評(píng)價(jià)錨桿支護(hù)效果。寒區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析Ⅴ級(jí)深埋斷面測(cè)試圍巖壓力時(shí)程曲線

錨桿軸力時(shí)程曲線

表面應(yīng)變計(jì)時(shí)程曲線

混凝土應(yīng)變計(jì)時(shí)程曲線

寒區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析Ⅴ級(jí)小間距淺埋斷面測(cè)試初支壓力時(shí)程曲線

仰拱及邊墻壓力時(shí)程曲線

錨桿軸力時(shí)程曲線

初支型鋼拱架軸力時(shí)程曲線

寒區(qū)隧道應(yīng)力場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析Ⅴ級(jí)小間距淺埋斷面測(cè)試仰拱及邊墻型鋼拱架軸力時(shí)程曲線

二襯壓力時(shí)程曲線

隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究Ⅳ級(jí)圍巖K7+100斷面計(jì)算模型

計(jì)算模型圖計(jì)算模型細(xì)部圖隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究a）

c）

e）

b）

d）

f）

圖：左洞上、下臺(tái)階初支護(hù)彎矩a）、b）；右洞上、下臺(tái)階初支護(hù)彎矩c）、d）；左右洞二次襯砌支護(hù)彎矩e）、f）（單位：N.m）隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究a）

c）

e）

b）

d）

f）

圖：左洞上、下臺(tái)階初支護(hù)軸力a）、b）；右洞上、下臺(tái)階初支護(hù)軸力c）、d）；左右洞二次襯砌支護(hù)軸力e）、f）（單位：N）隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究a）

c）

e）

b）

d）

f）

圖：左洞上、下臺(tái)階初支護(hù)剪力a）、b）；右洞上、下臺(tái)階初支護(hù)剪力c）、d）；左右洞二次襯砌支護(hù)剪力e）、f）（單位：N）隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究a）

c）

b）

d）

圖：左洞上、下臺(tái)階初支護(hù)錨桿軸力a）、b）；右洞上、下臺(tái)階初支護(hù)錨桿軸力c）、d）（單位：N）隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究支護(hù)結(jié)構(gòu)分析小結(jié)1、支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩分析小結(jié)在隧道初支護(hù)和二次襯砌支護(hù)彎矩圖5.26上，分析可知，在初支護(hù)的拱腳和拱腰位置處彎矩較大，彎矩最大值發(fā)生在左隧道的左下拱腳處，彎矩為M=10.949KN.m，相應(yīng)截面初支護(hù)洞外側(cè)上的彎拉應(yīng)力為-8.251MPa，相應(yīng)截面初支護(hù)洞內(nèi)側(cè)上的彎壓應(yīng)力為12.305MPa，即該位置處初支護(hù)的洞內(nèi)外兩側(cè)均不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足C25噴射混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值1.3MPa，也滿足C25噴射混凝土彎曲抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值13.5MPa。在d）右隧道初支護(hù)上最大彎矩發(fā)生在右側(cè)拱腰處，彎矩為M=10.873KN.m，但由于該處受到的軸力較大，相應(yīng)截面初支護(hù)洞內(nèi)側(cè)上的彎壓應(yīng)力為16.015MPa，大于25噴射混凝土彎曲抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值13.5MPa，但小于混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值18.5MPa。由于噴射混凝土內(nèi)配有工字鋼拱架，作為主要的受壓構(gòu)件，可以滿足要求。在隧道二次襯砌支護(hù)彎矩圖上，彎矩最大值發(fā)生在左洞左側(cè)拱腰位置處，為M=53.791KN.m，相應(yīng)截面二襯洞外側(cè)上的彎拉應(yīng)力為1.519MPa，相應(yīng)截面二襯洞內(nèi)側(cè)上的彎壓應(yīng)力為1.251MPa，稍大于C30混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度值1.5MPa，但小于C30混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度值2.2MPa。在實(shí)際工程中，針對(duì)拱腰處的彎矩和軸力較大，在初支護(hù)中采用索腳錨桿和配置工子剛能有效地減小拱腰處的彎矩和軸力，也使二次襯砌支護(hù)中的彎矩和應(yīng)力變小，滿足二次襯砌抗彎拉設(shè)計(jì)要求。2、支護(hù)結(jié)構(gòu)軸力分析小結(jié)在隧道初支護(hù)和二次襯砌支護(hù)軸力圖5.27上，分析可知，在初支護(hù)的拱腰和拱腳位置處軸力較大，最大值發(fā)生在左隧道左側(cè)拱腰處，最大軸力為：Z=-2.78E+06N，即初支護(hù)截面上受到的壓應(yīng)力為：15.440MPa，大于混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13.5MPa，小于混凝土彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值18.5MPa，但是噴射混凝土內(nèi)配有工字鋼拱架，可以承擔(dān)較大部分的軸力，可以滿足要求。在隧道二次襯砌支護(hù)軸力圖上，最大拉力發(fā)生在左洞左側(cè)拱腰位置處，最大壓力發(fā)生在左洞左側(cè)的拱腳位置處，最大拉力為：Z=554.096KN，最大壓力為：Z=-432.5181KN，即相應(yīng)的軸心拉應(yīng)力為1.385MPa，壓應(yīng)力為1.081MPa，小于C30混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.5MPa和抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.2MPa，在設(shè)計(jì)上一般是加大拱腳二次襯砌厚度，做矮邊墻，能有效地抑制拱腳處圍巖的推力，同時(shí)使拱底二次襯砌中的軸力減小。隧道結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真應(yīng)用研究支護(hù)結(jié)構(gòu)分析小結(jié)3、支護(hù)結(jié)構(gòu)剪力分析小結(jié)在隧道初支護(hù)和二次襯砌支護(hù)剪力圖5.28上，分析可知，在拱腰和拱腳位置處剪力變化較大，在拱底和拱頂位置處剪力較小。初支護(hù)中剪力最大值發(fā)生在左洞左側(cè)拱腰處，最大值為36.705KN，相應(yīng)截面上的剪應(yīng)力為0.204MPa。剪應(yīng)力小于《隧規(guī)》中C25噴射混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值1.0MPa，初支護(hù)滿足抗剪要求。在隧道二次襯砌支護(hù)剪力圖上，在拱腰位置處剪力變化較大，且剪力最大值都發(fā)生在隧道右側(cè)拱腰位置處，在拱底和拱頂位置處剪力較小。二次襯砌中最大剪力發(fā)生在右洞右側(cè)拱腰處，剪力最大值為114.843KN，相應(yīng)截面上的剪應(yīng)力為0.287MPa?？芍淼蓝我r砌支護(hù)上受到的剪應(yīng)力小于《隧規(guī)》中C30混凝土剪應(yīng)力容許值1.1MPa，二次襯砌滿足抗剪要求。4、錨桿軸力分析小結(jié)在隧道初支護(hù)錨桿軸力圖5.29上，隧道上臺(tái)階開挖初支護(hù)，在隧道的拱頂和左右兩側(cè)的起拱線位置處錨桿軸力較大，且可以看出左隧道錨桿受到的拉力和壓力均比右洞隧道錨桿受力大。隧道下臺(tái)階開挖初支護(hù)后，上臺(tái)階開挖初支護(hù)中的錨桿軸力重新分布，且軸力增大，在拱頂和拱腰處錨桿軸力較大，錨桿最大軸力發(fā)生在右洞拱腰位置處，最大值為36.861KN，小于二級(jí)鋼筋ф22早強(qiáng)砂漿錨桿的設(shè)計(jì)值50KN要小，滿足工程要求。

公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究

將阿拉坦隧洞施工場(chǎng)地地形等高線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確保每條等高線有高程屬性值；并保證等高線疏密程度適合，若等高線密度太稀，則通過插值進(jìn)行加密。將整理好的等高線數(shù)據(jù)加載入3DSMAX系統(tǒng)，利用MAX系統(tǒng)自帶的地形命令生成TIN格式的三維數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModel，DTM），并消除由于等高線數(shù)據(jù)過于密集或采集信息缺乏所造成的細(xì)小、狹長(zhǎng)三角形，獲得高精度的TIN模型。阿拉坦隧洞施工場(chǎng)地地形如下圖所示。公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究阿拉坦隧洞施工場(chǎng)地地形圖公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究

對(duì)于地下隧洞，隧洞斷面形態(tài)控制隧洞建筑物的幾何形態(tài)，隧洞中心線則控制其空間位置。根據(jù)這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，加上控制坐標(biāo)，利用路徑掃描法實(shí)現(xiàn)洞室三維建模，然后將所有完成的隧洞實(shí)體集合，清除多余的曲線或曲面，合并重復(fù)部分，得到完整的隧洞三維幾何模型。阿拉坦隧洞模型如下圖所示。公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究

阿拉坦隧洞模型圖公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究阿拉坦隧洞施工工程VR模型交互界面設(shè)計(jì)圖

公路隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化研究

阿拉坦隧洞施工過程VR初始界面

阿拉坦公路隧洞施工仿真與成果分析

阿拉坦公路隧洞施工系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真CPM層模型阿拉坦公路隧洞施工仿真與成果分析

經(jīng)過仿真計(jì)算，阿拉坦公路隧道施工工期為512天，約17個(gè)月（1年5個(gè)月）。開始于2007年9月1日施工準(zhǔn)備，結(jié)束于2009年2月1日交工驗(yàn)收。各工序的開始結(jié)束時(shí)間及持續(xù)時(shí)間如下表所示。阿拉坦公路隧洞施工仿真與成果分析

進(jìn)度計(jì)劃?rùn)M道圖

阿拉坦公路隧洞施工仿真與成果分析在仿真計(jì)算中，循環(huán)各參數(shù)如循環(huán)進(jìn)尺大小以及測(cè)量、鉆孔、清底、安檢等各環(huán)節(jié)的時(shí)間是決定每個(gè)循環(huán)時(shí)間的重要因素，進(jìn)行敏感度分析能確定影響工期的主導(dǎo)因素，為提高效率和縮短工期提供重要依據(jù)。從表4-6到4-9可知，測(cè)量、鉆孔、清底、安檢等時(shí)間越長(zhǎng)，工期越長(zhǎng)。其中，由于清底時(shí)間和安檢時(shí)間相等，它們的變化對(duì)工期的影響是一致的。阿拉坦公路隧洞施工仿真與成果分析

阿拉坦隧洞施工過程三維動(dòng)態(tài)可視化分析工具簡(jiǎn)便、直觀地表現(xiàn)了復(fù)雜的隧洞施工過程并提供了一個(gè)明朗、形象的視覺效果，使工程技術(shù)人員和決策人員能夠更加全面掌握隧洞開挖施工過程的信息、提高施工效率和決策水平。整個(gè)施工過程的各個(gè)主要的面貌如下：2007年11月20日面貌

2008年1月9日面貌

2008年3月4日面貌

2008年4月29日面貌

2008年11月19日面貌

2009年2月1日面貌

提綱1、寒區(qū)隧道面臨的問題2、滲漏水的現(xiàn)狀與原因3、寒區(qū)隧道病害防治技術(shù)4、防排水設(shè)計(jì)與施工5、寒區(qū)隧道保溫技術(shù)6、寒區(qū)隧道防凍保暖措施的不足7、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)一、寒區(qū)隧道面臨的問題

新疆的天山二號(hào)公路隧道，長(zhǎng)1007m，投資5480多萬元，1988年8月底完工時(shí)就發(fā)生了嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，進(jìn)入9月后由于路面結(jié)冰、洞頂掛冰，車輛無法通行。多年來，由于反復(fù)凍融破壞，該隧道目前已不再通車運(yùn)營(yíng)，近乎報(bào)廢。

1989年建成的甘肅七道梁公路隧道，每到冬季，排水溝便凍結(jié)，使隧道排水不暢，襯砌背后也產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象，導(dǎo)致襯砌混凝土開裂，造成隧道滲漏、路面結(jié)冰，嚴(yán)重影響行車安全。1990年冬季，為了確保該隧道通行，管理站不得不組織30多人，冒著嚴(yán)寒反復(fù)刨冰，工作條件極其艱苦，勞動(dòng)強(qiáng)度極高，而工效極低，但無法根除凍害。之后，雖經(jīng)多次防滲漏、防凍害治理，但仍有問題。一、寒區(qū)隧道面臨的問題2002年12月26日實(shí)地考察，目前，該隧道采取了向洞內(nèi)排水溝供暖的措施使凍害得到大大緩解，但隧道襯砌壁面多處仍有掛冰現(xiàn)象；每逢冬季，仍需組織養(yǎng)護(hù)人員清除路面與人行道結(jié)冰。秦青公路梯子嶺隧道總長(zhǎng)1142.72m，縱坡為4.1%的直線隧道。1993年8月開工建設(shè)的，1994年12月竣工交付使用。由秦皇島冶金設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：凈寬7m，側(cè)墻高3.6m，拱高1.75m，凈高5.35m，未做路面設(shè)計(jì)和防排水設(shè)計(jì)。交付使用后就發(fā)生了凍害現(xiàn)象。一、寒區(qū)隧道面臨的問題一、寒區(qū)隧道面臨的問題凍害現(xiàn)象嚴(yán)重，所占比例比較高圖1我國(guó)40個(gè)寒區(qū)隧道凍害統(tǒng)計(jì)一、寒區(qū)隧道面臨的問題凍害種類多1、隧道襯砌漏水、掛冰2、隧道襯砌開裂、酥碎、剝落3、隧道底部冒水、積冰、凍脹1.1隧道襯砌漏水、掛冰滲漏的地下水通過混凝土裂縫逐漸滲出，在滲出點(diǎn)出口處受低溫影響積成冰柱，尤其在施工接縫處滲水點(diǎn)多，結(jié)晶明顯，累積十至幾十厘米厚的冰溜子（又稱為掛冰）。如不清理，冰溜子越積越大，侵入限界，危及行車安全。拱部滲漏逐漸形成冰柱子（冰葫蘆），一般地區(qū)僅僅是影響限界。隧道排水溝槽設(shè)施，保溫不良引起冰凍稱冰塞子。水溝地下排水困難，因結(jié)冰堵塞，使水溝（管或槽）凍裂破損，地下水不易排走，襯砌周邊因水結(jié)冰而凍脹，致使隧道內(nèi)各種凍害接踵而來。1.1隧道襯砌漏水、掛冰1.1隧道襯砌漏水、掛冰1.1隧道襯砌漏水、掛冰1.1隧道襯砌漏水、掛冰1.1隧道襯砌漏水、掛冰2、隧道襯砌開裂、酥碎、剝落

隧道砌筑在圍巖良好地段，一旦襯砌壁后有空隙，滲透巖層的地下水，在排水不通暢時(shí)水就積在襯砌與壁后圍巖間，結(jié)冰凍脹產(chǎn)生冰凍壓力，傳遞給襯砌，導(dǎo)致襯砌施工縫處充水凍脹，襯砌開裂、疏松、剝落。（1）隧道拱部襯砌發(fā)生變形與開裂（2）隧道邊墻變形嚴(yán)重（3）隧道內(nèi)線路凍害（4）襯砌材料凍融破壞（5）隧底凍脹和融沉2.1隧道襯砌開裂、酥碎、剝落2.2隧道底部冒水、積冰、凍脹2.2隧道底部冒水、積冰、凍脹一、寒區(qū)隧道主要面臨的問題凍害后果嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，侵占建筑界限影響行車安全隧道不能正常使用治理及維護(hù)費(fèi)用高昂二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因

隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因二、滲漏水的現(xiàn)狀與原因

隧道滲漏水的現(xiàn)狀與原因三、寒區(qū)隧道病害防治技術(shù)凍害防治技術(shù)寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)滲漏水處治技術(shù)寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

新技術(shù)新工藝在寒區(qū)隧道設(shè)計(jì)與施工

中的應(yīng)用四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

防排水基本原則加強(qiáng)防排水，減少隧道結(jié)構(gòu)附近的積水，避免地下水進(jìn)入隧道內(nèi)，是做好寒區(qū)隧道保溫防凍的重要基礎(chǔ)。寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)施工應(yīng)遵循以下原則：1對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入隧道區(qū)域的滲水，采取“以排為主，防排結(jié)合”的原則進(jìn)行處治。2防水和排水應(yīng)緊密結(jié)合，形成完整的防排水體系，為地下水形成有效的排泄網(wǎng)絡(luò)。3鑒于寒區(qū)隧道水害及凍害的嚴(yán)重后果，宜在規(guī)范基礎(chǔ)上，采取措施適當(dāng)提高隧道防排水等級(jí)。4寒區(qū)隧道防水應(yīng)以“復(fù)合防水層+防水混凝土”結(jié)構(gòu)為主，多道設(shè)防。5寒區(qū)隧道應(yīng)采取有效措施，保證凍融交替期間排水系統(tǒng)的通暢。6寒區(qū)隧道防排水施工應(yīng)采取有效措施，減少施工和運(yùn)營(yíng)期間的防水體系的損傷和排水體系的破損和堵塞。4.1防排水基本原則四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.2防水設(shè)計(jì)與施工

寒區(qū)隧道防水體系至少應(yīng)包括以下幾部分：1.以土工布和防水板構(gòu)成的專用防水層；2.以防水混凝土為結(jié)構(gòu)防水層；3.在襯砌循環(huán)縫內(nèi)設(shè)置專門的止水條或止水帶。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.2防水設(shè)計(jì)與施工

專用防水層設(shè)計(jì)要求（1）寒區(qū)隧道防水層設(shè)計(jì)材料除除應(yīng)具有良好的抵抗拉伸、撕裂、頂破性能外，還應(yīng)對(duì)其低溫性能、耐久性和抗搓柔特性進(jìn)行專門測(cè)試。（2）寒區(qū)隧道防水層至少應(yīng)形成對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)半包結(jié)構(gòu)，使地下水通過兩側(cè)拱腳排水管排除，有條件或有特殊需要的隧道，可設(shè)置全斷面包裹的防水層。（3）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)防水卷材的材質(zhì)及施工質(zhì)量指標(biāo)做出專門的要求，并提供檢測(cè)方法。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.2防水設(shè)計(jì)與施工

專用防水層施工要求專用防水層是寒區(qū)隧道防水的核心，應(yīng)采取有效措施保證防水層的完整性和耐久性，專用防水層的施工一般按如下步驟進(jìn)行：（1）安裝基面檢查處理（2）防水層墊層鋪掛（3）防水層鋪掛（4）防水層檢查、保護(hù)當(dāng)采用墊層和防水層復(fù)合卷材時(shí)，步驟（2）和步驟（3）同步完成。在條件允許或水量較大時(shí)，在安裝基面和防水層之間還可設(shè)置透水網(wǎng)格。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.3防水混凝土設(shè)計(jì)與施工

防水層混凝土的種類防水混凝土是指以調(diào)整配合比或摻用外加劑的方法增加混凝土自身抗?jié)B性能的一種混凝土。隧道襯砌常用的防水混凝土包括普通防水混凝土和外加劑防水混凝土兩大類。

普通防水混凝土是指以控制水灰比，適當(dāng)調(diào)整含砂率和水泥用量的方法來提高其密實(shí)性及抗?jié)B性的一種混凝土。

外加劑防水混凝土是指在混凝土中摻入適量的外加劑，如引氣劑、減水劑或密實(shí)劑等，使其到達(dá)防水的要求的混凝土。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.3防水混凝土設(shè)計(jì)與施工

防水層混凝土的種類防水混凝土是指以調(diào)整配合比或摻用劑的方法增加混凝土自身抗?jié)B性能的一種混凝土。隧道襯砌常用的防水混凝土包括普通防水混凝土和外加劑防水混凝土兩大類。

普通防水混凝土是指以控制水灰比，適當(dāng)調(diào)整含砂率和水泥用量的方法來提高其密實(shí)性及抗?jié)B性的一種混凝土。

外加劑防水混凝土是指在混凝土中摻入適量的外加劑，如引氣劑、減水劑或密實(shí)劑等，使其到達(dá)防水的要求的混凝土。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.3防水混凝土設(shè)計(jì)與施工

普通防水混凝土的抗?jié)B性受施工質(zhì)量、材料類型和質(zhì)量影響較大，在施工中需要嚴(yán)格控制。外加劑防水混凝土只要使用得當(dāng)，一般能滿足隧道襯砌的防水要求。因此，為確保二次襯砌防水質(zhì)量，寒區(qū)隧道二次襯砌宜采用外加劑防水混凝土。不管采用何種類型的防水混凝土，都應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水泥、集料、外加劑的配合比試驗(yàn)，以保證防水混凝土能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防滲和防凍等級(jí)，并對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性進(jìn)行評(píng)估。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.3防水混凝土設(shè)計(jì)與施工

防水混凝土的施工

防水混凝土的施工，必須注意每一個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，堵塞一切可能造成滲漏的隱患。特別注意保證縫孔處的施工質(zhì)量。合理地設(shè)計(jì)僅僅是達(dá)到工程防水的前提，而嚴(yán)格掌握施工要求是地下工程防水成敗的關(guān)鍵。其主要環(huán)節(jié)有以下幾個(gè)方面：

1、嚴(yán)禁被水浸泡；

2、原材料必須符合要求；

3、鋼筋固定符合規(guī)范；

4、必需采用機(jī)械攪拌，嚴(yán)格確定攪拌時(shí)間；

5、防水混凝土運(yùn)輸；

6、澆筑、振搗與養(yǎng)生；

7、拆模時(shí)間四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.4止水帶（條）設(shè)計(jì)與施工止水帶（條）設(shè)計(jì)在隧道襯砌澆注過程中，不可避免的留下各種施工縫、變形縫等，這些部位很容易出現(xiàn)滲漏。在隧道工程中多采用止水帶和止水條進(jìn)行堵水。由于寒區(qū)隧道對(duì)防滲的特殊要求，考慮止水條的耐久性，寒區(qū)隧道應(yīng)采用止水帶進(jìn)行施工縫和變形縫的處理，最好采用可排水型止水帶，在堵水的同時(shí)，起到排水作用，實(shí)現(xiàn)無壓堵水?？膳潘畯?fù)合橡膠止水帶是能對(duì)環(huán)向施工縫中的滲水進(jìn)行“先排后堵”的新型止水帶。它由繞道、翼緣、膨脹橡膠條和止?jié){濾水帶組成（圖1），其中繞道和翼緣構(gòu)成止水帶主體，止?jié){濾水帶粘貼在翼緣上并與繞道形成排水通道。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.4止水帶（條）設(shè)計(jì)與施工止水帶（條）設(shè)計(jì)圖1可排水復(fù)合橡膠止水帶四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.4止水帶（條）設(shè)計(jì)與施工可排止水帶施工止水帶在端頭模板上的固定是止水帶安裝的關(guān)鍵。止水帶固定的好壞直接關(guān)系到止水帶在襯砌中能否垂直于工作縫，是否能使排水通道與工作縫相通。具體安裝工藝如下：1）用Φ8鋼筋卡間隔一米固定在止水帶上。

2）用穿板鐵絲固定鋼筋卡與板外鋼筋段（圖2）；

3）將Φ10背托鋼筋穿與止水帶和鋼筋卡之間，并用扎絲綁扎在鋼筋卡上；

4）先澆襯砌段拆模后，先將鋼筋卡外露段扳直，并用其將自然伸直的止水帶外露部分卡緊。圖4-6可排水止水帶在端頭模板上的固定四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.4排水系統(tǒng)寒區(qū)隧道排水體系組成：1、隧道初期支護(hù)過程中逐層敷設(shè)在噴射混凝土中的半圓排水盲管；2、隧道襯砌環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水管；3、隧道兩側(cè)拱腳的縱向排水管；4、連接縱向排水管和中央排水管的橫向排水管；5、埋置于隧道中央路面以下的中央排水管6、中央排水管在洞外的出水口。在經(jīng)濟(jì)條件允許或圍巖滲水較大的隧道，還可在初期支護(hù)與防水層之間增設(shè)排水網(wǎng)格，加強(qiáng)防水板背后的排水性能；有的隧道將中央排水管設(shè)置在路面一側(cè)。四、寒區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)與施工

4.4排水系統(tǒng)寒區(qū)隧道排水體系組成：1、隧道初期支護(hù)過程中逐層敷設(shè)在噴射混凝土中的半圓排水盲管；2、隧道襯砌環(huán)向鋪設(shè)的環(huán)向排水管；3、隧道兩側(cè)拱腳的縱向排水管；4、連接縱向排水管和中央排水管的橫向排水管；5、埋置于隧道中央路面以下的中央排水管6、中央排水管在洞外的出水口。在經(jīng)濟(jì)條件允許或圍巖滲水較大的隧道，還可在初期支護(hù)與防水層之間增設(shè)排水網(wǎng)格，加強(qiáng)防水板背后的排水性能；有的隧道將中央排水管設(shè)置在路面一側(cè)。五、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)

為了達(dá)到保溫防凍的目的，國(guó)內(nèi)外研究了多種保溫防凍技術(shù)措施，不同的技術(shù)措施適用條件不同，保溫防凍效果也不同。被動(dòng)防寒防排水系統(tǒng)隧道防凍保暖措施防寒保溫門隔熱法洞口段供暖保溫水溝加熱主動(dòng)供暖表層隔熱處理法雙層隔熱處理法保溫水溝中心深埋水溝防寒泄水洞直接加熱襯砌加熱洞內(nèi)空氣保溫水溝通暖氣保溫水溝加熱電纜保溫水溝鋪供熱管5.1保溫技術(shù)五、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)

5.2保溫技術(shù)分區(qū)最冷月平均氣溫（℃）最大凍結(jié)深度（m）主排水溝形式寒冷地區(qū)-5～-10≤1.0一般水溝-10～-151.0～1.5保溫水溝嚴(yán)寒地區(qū)-15～-251.5～2.5中心深埋水溝

＜-25

＞2.5防寒泄水洞寒區(qū)隧道排水系統(tǒng)規(guī)定的適用條件：六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.1主動(dòng)供暖技術(shù)主動(dòng)供暖技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀洞口段供暖二襯與保溫隔熱層之間鋪設(shè)供熱管在防水層與襯砌之間設(shè)置電加熱帶隧道內(nèi)通暖氣保溫水溝加熱保溫水溝鋪設(shè)加熱電纜保溫水溝內(nèi)布置供熱管上述主動(dòng)供暖技術(shù)均得到成功應(yīng)用，以避免凍害發(fā)生！六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.1隔熱層法隔熱層法的不足

隔熱法是在襯砌表面或初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)隔熱材料，使圍巖的熱量在冬季不逸出隧道襯砌，并保持隔熱材料的表面在冰點(diǎn)以上，從而防止凍害的發(fā)生。適用于發(fā)生線狀漏水、寒冷程度較小的既有隧道。六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.1隔熱層法隔熱層法的不足六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.1隔熱層法隔熱層法的不足隔熱層本身并不能產(chǎn)生熱量，只能減緩圍巖的凍融速度。單一保溫層并不能阻擋凍結(jié)層的形成。需要與其他防凍措施配合使用，才能達(dá)到良好的防凍保暖效果。

六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.2中心排水溝中心深埋水溝的不足中心深埋水溝對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響

在隧道底部挖深槽勢(shì)必會(huì)威脅整個(gè)襯砌的穩(wěn)定。

中心深埋水溝不能徹底避免凍害。當(dāng)凍結(jié)深度大于水溝埋深時(shí)，依然會(huì)發(fā)生凍害。保溫水溝的不足保溫水溝應(yīng)用范圍有限因保溫水溝埋深淺，只適合應(yīng)用于最冷月平均氣溫高于-15℃，凍深小于1.5m的地區(qū)，所以應(yīng)用范圍有限。六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.3隧道襯砌及保溫水溝加熱的不足利用主動(dòng)加熱防凍保暖技術(shù)可以徹底避免凍害發(fā)生，但給后期運(yùn)營(yíng)及維護(hù)帶來巨大負(fù)擔(dān)。增加了后期的運(yùn)營(yíng)成本。由于寒區(qū)隧道車流量很小，難于收回運(yùn)營(yíng)成本。

六、寒區(qū)隧道防凍保暖技術(shù)的不足6.4防寒泄水洞的不足不能徹底避免凍害，已有工程中存在失敗的案例；防寒泄水洞前期投入高；施工工序復(fù)雜；對(duì)主洞有影響；七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.1概述

被動(dòng)防寒措施只能進(jìn)行被動(dòng)防御，當(dāng)出現(xiàn)極端天氣時(shí)，隧道依然會(huì)產(chǎn)生凍害，不能徹底避免凍害發(fā)生；主動(dòng)供暖方式可以徹底避免隧道凍害的發(fā)生，但存在運(yùn)營(yíng)成本高，管理不方便，環(huán)境污染等問題；急需研制和開發(fā)節(jié)能型主動(dòng)加熱系統(tǒng)，如寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)。七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)

圖2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖工作原理圖

七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.2寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖技術(shù)七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.3雙源供熱型背貼式可排水止水帶七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.3雙源供熱型背貼式可排水止水帶七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.3雙源供熱型背貼式可排水止水帶七、寒區(qū)隧道防凍保暖新技術(shù)7.4寒區(qū)隧道地源熱泵型防凍保暖