茍勝榮

【摘 要】對(duì)于高寒區(qū)隧道，大多處于高原與高緯度地區(qū)，氣候惡劣，產(chǎn)生了各種病害，對(duì)隧道的美觀與正常運(yùn)營(yíng)造成了巨大的影響。文章探討了高寒區(qū)隧道常見(jiàn)的病害表現(xiàn)形式，諸如混凝土襯砌開(kāi)裂、凍漲、掛冰、熱融沉降等，其中融沉破壞已成為寒區(qū)隧道的主要破壞形式?？偨Y(jié)了工程上常用的寒區(qū)隧道病害防治措施，比如加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)、綜合治水、保溫隔熱防凍、更換土壤、防止融塌等，為已有隧道的病害治理和新建隧道的病害防治提供參考，為隧道的安全運(yùn)營(yíng)提供保障。

【關(guān)鍵詞】寒區(qū)鐵路；隧道；病害；防治措施

1 寒區(qū)鐵路隧道病害表現(xiàn)形式

1.1 襯砌開(kāi)裂

多年凍土及嚴(yán)寒地區(qū)鐵路隧道普遍存在襯砌開(kāi)裂問(wèn)題，襯砌開(kāi)裂分為環(huán)向、縱向及斜向三種形式。開(kāi)裂的原因除了地質(zhì)條件、施工影響和結(jié)構(gòu)類型等因素外，本地區(qū)氣溫的日較差及年較差都很大，因而襯砌產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和凍脹力的作用是寒區(qū)隧道產(chǎn)生開(kāi)裂的主要原因。

1.2 隧道洞口段凍脹破壞

處于多年凍土區(qū)的隧道，在隧道的進(jìn)出口處也均處于多年凍土中，隧道開(kāi)挖后，由于注漿、噴射混凝土、施工放熱及模注混凝土而放出大量的水化熱使得隧道開(kāi)挖部分范圍內(nèi)的多年凍土出現(xiàn)融區(qū)，經(jīng)過(guò)若干年后，水化熱已釋放完畢，隧道洞口部分開(kāi)始凍結(jié)，而沿隧道縱向有可能有補(bǔ)給的水源而使得洞口段襯砌內(nèi)不斷結(jié)冰，導(dǎo)致初期支護(hù)和二次襯砌最終開(kāi)裂、變形，從而出現(xiàn)滲水、掛冰等，嚴(yán)重的可使洞門(mén)嚴(yán)重變形以至倒塌。

1.3 隧道貫堂風(fēng)的病害

多年凍土區(qū)的外部大氣常年平均氣溫基本在0℃以下，隧道內(nèi)由于通風(fēng)的作用，使得沿隧道縱向有可能形成一條凍結(jié)的柱狀帶，從而再次改變隧道內(nèi)襯砌和圍巖的應(yīng)力狀況。當(dāng)對(duì)隧道內(nèi)的保溫措施未能充分考慮時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生意想不到的襯砌破壞和連鎖的其它凍害。

1.4 冰丘及冰椎

在多年凍土區(qū)的河灘、階地、沼澤地及平緩山坡和山麓地帶，常常會(huì)看到象墳丘一樣的土包，大小不一，有的呈單個(gè)分布，有的成串成片分布，這些丘狀的土包稱為冰丘，也稱凍脹丘。根據(jù)它的生成和發(fā)育條件與地下水的類型有密切關(guān)系。首先，以冰丘補(bǔ)給水源的類型作為一級(jí)分類的依據(jù)，可劃分出多年凍土層下承壓水補(bǔ)給的冰丘和多年凍土層上潛水補(bǔ)給的冰丘兩類；再按其形成和存在時(shí)間的長(zhǎng)短又可分為季節(jié)性冰丘和多年冰丘；按組成冰丘的物質(zhì)成分還可為發(fā)育在粘性土地層中的冰丘、發(fā)育在粗顆粒土中的冰丘、泥灰?guī)r冰丘及碎石冰丘。當(dāng)隧道進(jìn)出口在富水區(qū)時(shí)就有可能在進(jìn)出口的明洞或洞門(mén)邊坡或明洞內(nèi)形成冰丘，直接導(dǎo)致洞門(mén)開(kāi)裂和錯(cuò)臺(tái)，有的甚至破壞洞內(nèi)襯砌。

1.5 雪崩

多年凍土地區(qū)冰雪常年覆蓋，而且覆蓋的積雪一般很厚，洞門(mén)后的積雪在外界動(dòng)荷作用下，如地震、附近地區(qū)雪崩、泥石流、雷聲、爆破等，會(huì)發(fā)生雪崩，體積有的高達(dá)幾百立方米，完全堵塞洞門(mén)和路面。

1.6 地下冰

在多年凍土地區(qū)天然上限附近往往存在著一層冰，其厚度不一，由幾厘米至幾米。這種層狀冰多為地表水下滲轉(zhuǎn)移到凍結(jié)鋒面上逐漸形成的。至于埋藏較深的地下冰，其成因在學(xué)術(shù)界有爭(zhēng)議。常見(jiàn)的地下冰有楔形冰和層狀冰兩種楔形冰是由于地溫的不均勻變化導(dǎo)致多年凍土中發(fā)生上大下小的裂隙，裂隙中聚水后凍結(jié)形成楔形冰。而層狀冰是由厚幾厘米至幾米平行地面呈層狀存在的冰層形成的。這種地下冰的存在對(duì)工程影響很大。會(huì)引起多年凍土上限下降，基底下沉、凍脹嚴(yán)重，養(yǎng)護(hù)困難，所以很不安全。對(duì)隧道而言，一般是引起洞門(mén)和擋墻護(hù)坡的下沉。

1.7壁面結(jié)霜和結(jié)露

寒區(qū)隧道在開(kāi)挖期間洞口會(huì)發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，投入運(yùn)行期間5-6月份壁面曾多次發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，這是因?yàn)楦咴吆貐^(qū)，冬季氣溫低，但少雪，空氣相對(duì)濕度低于50%，暖季也是雨季，一般空氣相對(duì)濕度在60%以上，連續(xù)雨雪時(shí)可近于飽和。在隧道嚴(yán)冬期，入侵隧道的空氣溫度遠(yuǎn)低于隧道圍巖的地溫，故壁面溫度高于氣溫不能結(jié)霜。暖季，入侵隧道的氣溫高于此間凍結(jié)壁表面溫度，此間洞內(nèi)溫度已上升，但因氣溫高于零度，故此間經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，使隧道襯砌表面呈濕潤(rùn)狀態(tài)。

1.8 融沉

融沉是多年凍土地區(qū)路基主要病害之一，也是隧道的主要病害之一。融沉一般多發(fā)生在含冰量大的豁性土地段，當(dāng)隧道洞門(mén)的多年凍土上部或路塹邊坡上分布有較厚的地下冰層時(shí)，由于地下冰層埋藏較淺，在施工或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中各人為因素的影響下，多年凍土層局部融化，上覆蓋土層在土體自重和外力作用下產(chǎn)生沉陷，造成洞門(mén)或洞門(mén)墻的嚴(yán)重變形。這種變形表現(xiàn)為洞門(mén)下沉、明洞段下沉、洞門(mén)墻開(kāi)裂甚至倒塌等。

1.9 凍土沼澤

在多年凍土廣泛，降水集中、植被茂密、氣溫很低，地表水不易下滲，因而在溝谷洼地、河流地、洪積階地、緩山坡上以及分水嶺婭口處發(fā)育有許許多多的凍土沼澤。這些沼澤也因所在泥炭厚薄、沼澤底土層性質(zhì)等地質(zhì)條件和沼澤位置的不同而類型不同。

2 寒區(qū)鐵路隧道病害產(chǎn)生的原因

2.1 寒冷氣溫的作用

隧道凍害與所在地區(qū)的氣溫（0℃以下或正負(fù)溫交替）有直接的關(guān)系。

2.2 季節(jié)凍結(jié)圈的形成

沿襯砌周圍各最大凍結(jié)深度連成一個(gè)圈叫季節(jié)性凍結(jié)圈。隧道的排水設(shè)備如埋藏在凍結(jié)圈內(nèi)，冬季易發(fā)生冰塞。在凍結(jié)圈范圍內(nèi)的巖土，由于受強(qiáng)烈頻繁的凍融作業(yè)，導(dǎo)致隧道發(fā)生病害。

2.3 隧道周圍巖性的影響

在圍巖不良地段，當(dāng)圍巖內(nèi)部含水量較大時(shí)，在凍脹壓力作用下拱部襯砌就會(huì)出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂，邊墻墻中出現(xiàn)內(nèi)鼓，墻頂出現(xiàn)內(nèi)移，混凝土內(nèi)部由于滲水作用而出現(xiàn)受凍結(jié)冰， 圍巖出現(xiàn)膨脹產(chǎn)生凍脹壓力， 從而導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱向和環(huán)向裂紋。

2.4 隧道設(shè)計(jì)和施工的影響

目前我國(guó)凍土區(qū)含水量巖段襯砌層設(shè)計(jì)計(jì)算通常不考慮凍脹力影響，因此設(shè)計(jì)得到的襯砌厚度、強(qiáng)度普遍偏小。施工縫、伸縮縫的基礎(chǔ)受到防水水平的影響而不斷擴(kuò)展刑場(chǎng)破壞裂縫。受限于現(xiàn)場(chǎng)條件和施工單位水平，施工質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，超挖圍巖段特別是坍塌嚴(yán)重圍巖段沒(méi)有回填密實(shí)，存在人為空洞。

3 寒區(qū)鐵路隧道病害防治措施

寒區(qū)隧道常見(jiàn)凍害的防治措施主要包括： 加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)、綜合治水、保溫隔熱防凍、更換土壤、防止融塌等。

3.1 加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)

對(duì)滲漏水裂縫的封堵和對(duì)襯砌的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)：首先采用“封”的措施：對(duì)襯砌滲漏水部位進(jìn)行壓注化學(xué)漿液充填；對(duì)襯砌裂縫系統(tǒng)采用化學(xué)漿液灌縫，襯砌裂縫做全面封堵并對(duì)襯砌整體做結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，提高襯砌結(jié)構(gòu)的整體性和水平向抗變形能力。

3.2 綜合治水

圍巖地下水凍結(jié)是導(dǎo)致寒區(qū)隧道出現(xiàn)凍害的根本原因，綜合治水就是通過(guò)防排水措施、填充襯砌背后空隙等方法將水排除在凍結(jié)圈外，不允許隧道襯砌背后積水，防止地下水凍結(jié)，是防治凍害的最基本措施。

4 結(jié)論

在高寒地區(qū)修建的隧道，除了普通地區(qū)隧道常見(jiàn)的病害之外，還必須考慮凍害問(wèn)題。但是由于認(rèn)識(shí)不足等各種原因，寒區(qū)隧道在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了各種各樣的病害，諸如襯砌開(kāi)裂、剝落、掛冰和路面冒水、結(jié)冰以及洞口處的熱融滑塌，給隧道的安全運(yùn)營(yíng)和后期的維修養(yǎng)護(hù)帶來(lái)困難。針對(duì)以上常見(jiàn)病害，工程上可以以病害產(chǎn)生的原因?yàn)橥黄瓶冢捎眉訌?qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)、綜合治水、保溫隔熱防凍、更換土壤、防止融塌等措施，為已有隧道的病害治理和新建隧道的病害防治提供參考，為隧道的安全運(yùn)營(yíng)提供保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]覃荷瑛，趙艷林，邢心魁.某寒區(qū)隧道裂縫成因與防治[J].混凝土.2010（4）：128-129+144.