适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法技术方案

本发明专利技术属于寒区隧道冻害防治技术领域，具体涉及适用于寒区既有富水隧道环向施工缝背后排水系统的冻融调控方法，通过在既有隧道内安装保温层实现使既有隧道环向排水系统在冻结期先上后下冻结，在春融期先下后上融化

【技术实现步骤摘要】
适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法


[0001]本专利技术属于寒区隧道冻害防治
，具体涉及适用于寒区既有富水隧道环向施工缝背后排水系统的冻融调控方法
。

技术介绍

[0002]水是困扰隧道工程最常见的不利因素，隧道施工或运营过程中的任何有害扰动造成防排水体系的破损或缺陷，都有可能引起水害发生
。
据统计，
70
％以上的运营隧道存在渗漏水病害，而在衬砌比较薄弱的部位，如环向施工缝发生渗漏占比超过
60
％
。
因此，保持地下水排导系统的畅通，特别是环向施工缝排水系统的畅通，是避免水害的关键
。
[0003]对于寒区隧道，由于冬季洞内温度低，处于负温状态，水害会进一步转化为冻害，出现衬砌冻胀开裂
、
拱部挂冰
、
路面渗水结冰等冻害现象，影响行车安全和结构稳定，而引起这种冻害的主要原因是洞内负温条件下排水系统失效所致
。
因此，解决好寒区隧道冬季排水系统失效问题，是解决寒区隧道冻害的关键所在
。
[0004]目前，针对寒区隧道排水系统失效主要采用增设保温层和加热等方法，进行排水系统保温防冻，防止排水系统冬季出现冻结失效
。
增设保温层法主要适用于公路隧道，由于保温材料的耐久性问题，其铺设方式主要以外贴式为主，使用寿命一般为5‑8年；对于铁路隧道来说，由于列车活塞风问题，会导致外贴式保温板脱落危及行车安全，夹心式即把保温层铺设在初支与二衬之间，由于保温材料本身无法与衬砌结构使用寿命相匹配，很少在工程中使用
。
即使设置了保温层，由于目前保温层都是沿全断面布置的，没有针对性，若厚度稍有不足，就可能出现排水系统因冻结顺序问题导致出现隧道渗水挂冰现象
。
[0005]事实上，我国在寒区修建的隧道越来越多，寒区隧道冻害虽然形式多种多样，但真正由围岩冻胀导致衬砌开裂破损案例很少见，衬砌渗水挂冰，特别是施工缝处渗水挂冰是寒区隧道冻害的主要形式，所以处理施工缝处渗水挂冰是当前主要需要解决的问题，特别是针对铁路隧道，表面铺设保温材料存在防火
、
脱落等风险
。
此外，电加热法，由于严寒地区冻结期持续时间长，有的甚至超过6个月，如果整个冬季持续加热会导致消耗大量电能，大幅提高寒区隧道运维费用
。
[0006]国内外研究中，对寒区隧道的研究方法通常有理论分析
、
数值模拟
、
模型试验以及现场原位测试等，得到了隧道围岩
、
衬砌冻胀特性等相关参数，从而为寒区隧道冻害提供了解决思路
。
然而，根据本申请专利技术人这些年的研究发现，排水系统失效导致衬砌冻胀
、
渗水挂冰更深层次原因是：寒区隧道洞内温度场分布不均布，出现下冷上热现象，当冬季温度降低达到
0℃
以下时，隧道下部分排水系统先冻结，其中的水变成冰，堵塞排水系统，此时，上部地下水无法通过排水系统畅通排放，进而产生两方面后果：一
、
会导致衬砌背后局部积水成冰，产生冻胀甚至使衬砌开裂；另一方面，排水系统堵塞会产生水压力，使得地下水通过衬砌薄弱部位渗出，导致渗漏水现象，由于此时外界温度处于负温，进而出现衬砌渗水挂冰现象，渗到地面会使得路面结冰
。
春融期来临时，外界温度升高，由于隧道内下冷上热现象，会出现隧道上部衬砌背后的冻结地下水先融化，而此时下部排水系统仍然处于冻结状态，
地下水仍无法通过排水系统正常排放，融化后的地下水仍然会通过衬砌薄弱部位渗出，导致渗漏水现象，由于此时外界温度处于正负温交替状态，隧道仍然会出现渗水挂冰现象，只有当温度进一步升时，排水系统全部融化后，排水系统正常工作，渗漏水现象才会停止
。
[0007]由此可见，寒区隧道排水系统的冻融特点，再加上寒区隧道施工缝自身处于薄弱部位的特征，即冻融先后顺序是引起渗水挂冰冻害的主要原因
。
基于此，本专利技术提出了一种适用于寒区既有隧道环向排水系统冻融调控方法，结合寒区隧道排水系统冻结期先下后上冻结，春融期先上后下融化的特征，采用可移动式防火保温构件对排水系统冻结
、
融化顺序进行调控，确保非完全冻结状态下排水系统的畅通，确保施工缝后地下水始终能顺畅排到中心水沟，避免寒区隧道施工缝处出现拱顶吊冰柱
、
边墙挂冰瘤和路面结冰现象，为寒区隧道正常安全运营提供保障
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法
。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法，包括以下步骤：使既有隧道在冻结期先上后下冻结，在春融期先下后上融化
。
[0010]进一步的，通过在既有隧道内安装保温层实现使既有隧道在冻结期先上后下冻结，在春融期先下后上融化
。
[0011]进一步的，当处于冻结期之前
(
非冻结
、
融化期
)
至一年中最冷时刻，所述保温层设置在隧道环向由底部向上延伸至隧道高度的
1/2
‑
2/3
位置处；当处于冻结期中一年中最冷时刻至春融期结束，保温层设置在隧道环向由顶部向下延伸至隧道高度的
1/2
‑
2/3
位置处
。
优选延伸至隧道起拱线位置处
。
[0012]进一步的，所述保温层的安装方法为：当既有隧道所处环境温度开始降低至
0℃
以下之前，在隧道环向排水系统对应位置沿既有隧道环向安装平行轨道，所述平行轨道内置有与之契合的多个保温构件以构成保温层，所述既有隧道在最底部的保温构件下侧位置处设置有固定栓，通过移动保温构件
、
固定栓实现将保温层设置在不同高度处
。
[0013]优选的，通常可选在洞内温度一年中最高的6‑8月份进行安装保温层
。
[0014]进一步的，所述保温层覆盖在隧道施工缝上，且沿施工缝对称布置
。
[0015]进一步的，所述保温构件呈长方体状，此时保温层厚度均一
。
[0016]进一步的，所述保温层厚度范围为5‑
10cm
，优选厚度为根据隧道所处环境条件以排水系统冻结或融化滞后1个月所需保温构件厚度
。
[0017]进一步的，所述平行轨道的宽度为
1.0
‑
1.2m
，平行轨道的材料为轻质铝合金，按隧道断面形状事先预制
。
[0018]进一步的，所述保温构件的材质为密闭空气格
(
四周和两侧为防火材料，中间用同样防火材料隔为空气格，空气格尺寸优先长
20cm
×本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法，其特征在于，包括以下步骤：使既有隧道环向排水系统在冻结期先上后下冻结，在春融期先下后上融化
。2.
根据权利要求1所述的适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法，其特征在于，通过在既有隧道内安装保温层实现使既有隧道环向排水系统在冻结期先上后下冻结，在春融期先下后上融化
。3.
根据权利要求2所述的适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法，其特征在于，当处于冻结期之前至一年中最冷时刻，所述保温层设置在隧道环向由底部向上延伸至隧道高度的
1/2
‑
2/3
位置处；当处于冻结期中一年中最冷时刻至春融期结束，所述保温层设置在隧道环向由顶部向下延伸至隧道高度的
1/2
‑
2/3
位置处
。4.
根据权利要求3所述的适用于寒区既有隧道环向排水系统的冻融调控方法，其特征在于，所述保温层的安装方法为：当既有隧道所处环境温度开始降低至
0℃
以下之前，在隧道环向排水系统对应位置沿既有隧道环向安装平行轨道，所述平行轨道内置有与之契合的多个保温构件以构成保温层，所述既有隧道在最底部的保温构件下侧位置处设置有固定栓，通过移动保温构件
、
固定栓实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑波，袁明，赵京，吴剑，栗勇，赵大昭，李汉军，贾涛，闫大伟，郭瑞，刘杨，杜江，张利锋，张汝溪，李庆海，
申请(专利权)人：中铁投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：