寒区隧道冻害机理及冻胀力的研究.docVIP

PAGE \* MERGEFORMAT6 寒区隧道冻害机理及冻胀力的研究 摘要：我国是一个寒区隧道分布较广的国家，开展寒区隧道冻害对策研究有着重要的现实意义。论文在对寒区隧道的冻害现象和抗防冻措施进行调查分析的基础上，对寒区隧道的冻害机理进行了研究，对形成冻害的主要因素进行分析，并总结出寒区隧道可能发生的冻害现象，提出了适合我国寒区隧道的抗防冻对策措施。 关键词：隧道、分类、冻害机理、冻胀力 引言 随着我国交通基础设施建设的发展，公路、铁路隧道大量出现。西部大开发这一重要战略国策的实施使隧道工程已逐渐向自然条件恶劣、人烟稀少的高纬度或者高海拔的寒冷地区延伸。在寒区修建隧道，比在一般地区要面临更多的复杂技术问题，尤其是隧道的冻害问题。国内外大量铁路、公路隧道建设和运营的实践证明，在高纬度或高海拔的寒冷地区，尤其是多年冻土地区，加之地下水比较发育时，隧道常常会发生冻害，直接威胁到隧道结构及运营行车的安全，给养护维修带来极大的困难，造成严重的经济损失[1]。 在国内，东北大、小兴安岭中的林区铁路隧道大多处于多年冻土层中，建设时由于缺乏经验，勘测、设计中没有特殊对策，施工中也没有特殊措施，导致一系列隧道冻害发生，甚至随着隧道边建边发生，造成边建边维修的被动局面，其教训是深刻的，如岭顶隧道、翠岭2号隧道、西罗奇1号隧道和西罗奇2号隧道就是例证。此外，新疆国道217线天山段的玉希莫勒盖隧道甚至没有运营几年就因为冻害在隧道内形成冰塞而报废[2]。因此，如何在寒区隧道的建设中采取行之有效的措施，避免或减轻冻害的发生，是目前隧道工程界急需解决的问题，开展寒区隧道冻害预测与对策研究具有重大的工程实际意义和广阔的应用前景。 寒区隧道的划分与工程特点 1. 寒区隧道分区 (1)寒区划分的原则:是否发生冰冻病害与冻融病害 (2)分区界线的确定 下界的确定:围岩的年最大冻深0.8m，冻结期小于90天。 中界的确定:围岩最大冻深1.8m，有4-5个月冻结期。 上界的确定:多年冻土区和隧道贯通后有形成多年冻土条件的区域。 (3)寒区隧道分区说明 根据隧道???表土体最大冻深和年冻结天数，将隧道分为三个区，如图1所示[3] 图1 寒区隧道分区说明简表 2. 寒区隧道分类 根据相关资料，寒区隧道分别按多年冻土分布划分、水源赋存与补给条件分类和气候参数进行分类[4] (1)按多年冻土分布划分 当隧道位于多年冻土区时，划分标准为多年冻土分布情况，具体划分如图2中所示： 图2 寒区隧道多年冻土分布 (2)按水源赋存与补给条件分类 由隧道区水源赋存和地下水来源的情况，可以将寒区隧道划分为五类，见表1 表1 寒区隧道划分 序号地下水赋存与补给形式主要分布地区地下水渗入隧道情况可能发生冻害分级1含冰围岩隧道大片连续分布中、低温多年冻土区开挖过程有人为影响或暖季促使围岩融化，有少量滴水现象轻2“封闭”、“半封闭”含水围岩冻土隧道大片连续分布中、低温多年冻土区开挖过程有渗漏水现象，随时间而减小直至消失中3开放的深层含水围岩冻融土隧道大片连续分布多年冻土区，岛状分布多年冻土区，中、深季节冻土区施工开挖和运营过程均有大量地下水涌水，水量稳定、持续重4开放的垂直与水平混合补给含水围岩隧道大片连续分布多年冻土区，岛状分布多年冻土区，中、深季节冻土区施工开挖和运营过程均有大量地下水渗、涌入，出水点多，出水量大，一般水温较低，常年性出水，但波动性大严重5干燥围岩隧道在各类冻土分布区均有分布开挖和运营基本不存在渗漏水问题微(3)按气候参数划分亚区 我国的寒区集中分布在东北和西北地区，对于年平均温度较低的地区(小于10.5℃)按气候参数进一步划分为亚区，见图3所示。 图3寒区隧道按气候参数亚区分类 3. 寒区隧道的工程特点 (l)隧道内气温变化规律 寒区隧道中温度沿隧道进深变化，具有一定的规律性，大致呈抛物线型分布。夏季为中间段低;冬季则相反，中间高，进出口段低，也就是俗称的“冬暖夏凉”。但是隧道内不同地段的温度差值受隧道长度制约，隧道愈长则洞外一洞口一洞中的温度差值愈大。这个特点对不同进深围岩的冻融深度有很大的影响。 (2)隧道贯通后围岩将形成新的冻土层 不论是多年冻土围岩还是非冻结围岩，隧道开挖贯通后围岩一般会形成新的冻土层。对于隧道穿越多年冻土层的情况，原围岩表层均要转变为季节性融化层；隧道穿越非冻结围岩的情况，隧道开挖贯通后围岩一般要形成新的季节冻结层，其最大冻结深度表现为进出口段大、中间段小;对于隧道穿越岛状多年冻土区与大片连续多年冻土区的情况，隧道中融化的围岩有可能由融土一季节冻土一多年冻土的方向发展，形成新的多年冻土层。新的季节融化层或季节冻结层对隧道衬砌的稳定性都是不利的因素。 (3)隧道衬