高沛沛

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)公路交通事業(yè)飛速發(fā)展，在西部地區(qū)寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的工程數(shù)量也越來(lái)越多。由于特殊的地理氣候條件，使得高海拔嚴(yán)寒地區(qū)公路隧道工程的特殊性不斷凸顯，尤其是在氣溫急劇變化的地區(qū)更為迫切。解決這方面的問(wèn)題，對(duì)于公路交通工程的安全性和耐久性，有著極其重要的意義文章就公路隧道凍害的發(fā)生及其處治措施進(jìn)行了分析，并結(jié)合隔熱保溫層的保溫原理對(duì)敷設(shè)隔熱保溫材料的方式進(jìn)行了比較，提出應(yīng)優(yōu)先將隔熱保溫層敷設(shè)在二次襯砌混凝土表面。

關(guān)鍵詞：公路隧道凍害；隔熱保溫層；保溫原理

1 隧道凍害含義及防凍措施

隧道凍害是指影響行車安全與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的冰凍現(xiàn)象。凡位于有季節(jié)性冰凍區(qū)域的隧道都有可能發(fā)生凍害，所以，我國(guó)受凍害影響的隧道分布廣，數(shù)量多。為了給寒冷地區(qū)隧道的凍害處治提供行之有效的方法，有必要對(duì)寒區(qū)隧道凍害的處治措施進(jìn)行研究。

凍脹要發(fā)生，必須具備兩個(gè)條件，一是在一定范圍內(nèi)隧道襯砌結(jié)構(gòu)或圍巖含水，二是在此范圍內(nèi)的溫度低于零度，能夠結(jié)冰。由于圍巖的外開(kāi)放性及冰凍過(guò)程的漸進(jìn)性，不論是堅(jiān)硬、中硬還是軟弱圍巖，發(fā)生在有限范圍內(nèi)的凍、融過(guò)程，均不會(huì)在圍巖內(nèi)產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，寒區(qū)隧道的凍害主要是因滲、漏水而引起的襯砌凍融，所以襯砌結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)閲鷰r的凍脹而產(chǎn)生巨大壓力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不必為圍巖的反復(fù)凍融而擔(dān)心，設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)對(duì)滲、漏水進(jìn)行嚴(yán)密設(shè)防。另外，隧道襯砌壁外雖有可能出現(xiàn)大體積結(jié)冰，但結(jié)冰不會(huì)對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)施加強(qiáng)大的荷載，因此寒區(qū)隧道設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮宏觀凍脹的影響。也就是說(shuō)，如果防排水系統(tǒng)運(yùn)行狀況很好，沒(méi)有水進(jìn)入二襯范圍，那么無(wú)論溫度有多低，二襯都不會(huì)發(fā)生凍害。對(duì)于新建隧道，應(yīng)嚴(yán)格做好防排水系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況可采取一定的防凍措施。對(duì)于已建隧道，如果隧道滲漏水量不大，凍害不嚴(yán)重時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可將水徹底堵到襯砌外時(shí)，應(yīng)主要采取堵排水的措施使地下水不進(jìn)入襯砌范圍，然后再采取適當(dāng)?shù)谋兀ɑ蚣訜幔┐胧?；?dāng)滲漏水量較大，凍害比較嚴(yán)重時(shí)，這種情況下防水系統(tǒng)往往已經(jīng)嚴(yán)重受損，要想將水完全堵于襯砌結(jié)構(gòu)之外比較困難，因此應(yīng)當(dāng)在對(duì)滲漏水做適當(dāng)?shù)亩屡盘幚砗?，主要采取保溫（或加熱）的措施，并在隔熱保溫層與襯砌間設(shè)置防水板，以保證隔熱保溫層不受滲、漏水浸泡。

目前普遍使用的隧道防凍措施主要有以下 3種，即供熱法、防寒門(mén)法和敷設(shè)隔熱保溫材料法。如采用供熱法，則往往因?yàn)楣釙r(shí)間長(zhǎng)，供熱范圍大，使得運(yùn)營(yíng)成本大幅度增加；如使用防寒門(mén)法，雖然其耗能低，但是對(duì)于交通量較大的隧道，會(huì)對(duì)行車造成較大的干擾，并且由于防寒門(mén)的頻繁開(kāi)啟而使得保溫效果降低，因此供熱法和防寒門(mén)法均不是理想的防凍方法。

就敷設(shè)隔熱保溫層而言，因隔熱保溫材料本身并不能產(chǎn)生熱量，從長(zhǎng)期來(lái)看，在多年凍土地區(qū)，當(dāng)年積算冷度的絕對(duì)值大于年積算熱度時(shí)，單一隔熱保溫層很難阻擋多年凍結(jié)層的形成。但是設(shè)置隔熱保溫層可以減弱隧道襯砌及圍巖在寒冷季節(jié)的凍結(jié)及暖季的融化，從而減弱凍融循環(huán)作用，使隧道凍害程度大大降低甚至不會(huì)發(fā)生。同樣，在季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道，通過(guò)敷設(shè)隔熱保溫材料可以防止隧道襯砌及圍巖在寒冷季節(jié)的凍結(jié)，從而達(dá)到防治凍害的目的。

敷設(shè)隔熱保溫材料的方式有2種：1 種是敷設(shè)在初期支護(hù)與二次襯砌之間，叫做雙層襯砌隔熱保溫處理法；另 1 種是直接敷設(shè)在二次襯砌混凝土表。

2 隔熱保溫原理及應(yīng)注意事項(xiàng)

隔熱保溫層之所以能夠保溫，是因?yàn)槠鋳A帶了很多不易流動(dòng)的空氣，而空氣如果不流動(dòng)的話，導(dǎo)熱性是很差的，這樣就使得熱量很難通過(guò)其來(lái)傳導(dǎo)。從其隔熱保溫原理我們可以知道，要保證隔熱保溫層的隔熱保溫效果，就必須要保證隔熱保溫層的厚度和保溫材料的性能，在隧道保溫的實(shí)際應(yīng)用中，我們就要保證隔熱保溫層不因受壓力而使得厚度變小，不因吸水而使得導(dǎo)熱性改變。對(duì)于寒區(qū)的新建隧道，在設(shè)置其隔熱保溫層時(shí)除了要隔絕地下水外，還應(yīng)注意到盡量不要將隔熱保溫層設(shè)置在初支與二襯中間，一方面，如果隔熱保溫層設(shè)在初支與二襯中間，由于防水系統(tǒng)的施工質(zhì)量及耐久性不能保證隔熱保溫層在隧道壽命內(nèi)一直保持干燥，一旦隔熱保溫層被水浸濕，將會(huì)嚴(yán)重影響其保溫性能，并且很難對(duì)其進(jìn)行處治；另一方面，也是最重要的原因，因?yàn)槌踔侨嵝灾ёo(hù)，在荷載作用下會(huì)不斷地變形發(fā)生位移，如果隔熱保溫層設(shè)在初支與二襯中間，則會(huì)被初支壓迫而變薄，繼而影響隔熱保溫效果，但如果根據(jù)實(shí)際情況確實(shí)需要將隔熱保溫層設(shè)置于初支與二襯中間時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用吸水率小、抗壓強(qiáng)度大的材料，并采取措施使其與水隔離。對(duì)于既有的凍害比較嚴(yán)重的隧道，在對(duì)其進(jìn)行保溫處理時(shí)必須保證隔熱保溫層所處的環(huán)境干燥，所以在治理發(fā)生凍害的隧道時(shí)，需要首先對(duì)滲、漏水采取處治措施，可根據(jù)實(shí)際情況或堵或排，如果滲水情況較為嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)處治仍然難以保證二襯表面無(wú)滲、漏水，則需在隔熱保溫層與二襯間設(shè)置防排水系統(tǒng)，可在襯砌表面敷設(shè)一層防水板，如果施工縫處滲、漏水嚴(yán)重，應(yīng)在施工縫處再施做一道排水型的止水帶，然后再敷設(shè)隔熱保溫層，以保證其保溫性能，另外，如果隧道內(nèi)空氣比較潮濕，還應(yīng)在隔熱保溫層表面采取防潮措施。

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