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淺析隧道治水和融冰
論文關(guān)鍵詞：隧道治水；危害
論文摘要：隨著國民的高速發(fā)展，我公司煤炭運(yùn)量的大幅增加，列車速度、密度、載重、長度等逐年提高，舊有設(shè)備病害與運(yùn)量增加的矛盾日益突出。隧道漏水和冬季結(jié)冰直接威脅行車安全，徹底整治隧道結(jié)冰成為急待解決的問題之一。
1問題的產(chǎn)生原因及危害
當(dāng)隧道穿越含水層、巖熔裂隙發(fā)育地段及地下豐富且埋深較淺時(shí)，就形成了隧道漏水。根據(jù)漏水位置及大小，分為滲、淌、漏、冒幾類。冬季隧道內(nèi)氣溫下降至0℃左右時(shí)，漏水地段多發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。有的結(jié)冰后封住了漏水眼，結(jié)冰繼續(xù)發(fā)展，侵入限界影響行車。嚴(yán)重的會(huì)造成接觸網(wǎng)連電，冰漫鋼軌，損壞鋼軌及配件，側(cè)壁侵限，給行車安全帶來重大危害。
中國已有鐵路隧道約50000座，其中運(yùn)營中出現(xiàn)不同程度的涌水、漏水、冒水、滴水、滲水、濕水等現(xiàn)象的約占全路隧道總座數(shù)的1/3左右。由于水的作用，還會(huì)發(fā)生和發(fā)展其他類型的病害。這些病害還與隧道所處的、水文地質(zhì)（即隧道的長度、埋深，當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷孛矖l件，地表水及地下水的狀態(tài)，巖石條件及地質(zhì)構(gòu)造等)，以及施工養(yǎng)護(hù)中防排水系統(tǒng)是否完善等因素有關(guān)。
隧道漏水的危害及原因 隧道漏水，按其發(fā)生的部位和流量分為：拱部有滲水、滴水、漏水成線和成股射流四種；邊墻有滲水、淌水兩種；少數(shù)隧道有涌水病害。按水源補(bǔ)給情況分為：地下水（流量四季變化不大）補(bǔ)給；地表水（流量隨四季變化）補(bǔ)給。隧道漏水惡化洞內(nèi)養(yǎng)路環(huán)境，影響一些技術(shù)設(shè)備的正常使用。
危害 ①在牽引區(qū)段，拱部漏水，會(huì)造成接觸網(wǎng)跳閘、放電漏電，影響安全運(yùn)營，造成人身傷害。②在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，隧道漏水會(huì)造成邊墻結(jié)冰、拱部掛冰，侵入限界，影響隧道正常使用。還會(huì)造成襯砌凍脹裂損和洞內(nèi)線路凍脹起伏不平等病害。③在洞內(nèi)線路排水不良地段，造成土質(zhì)和軟巖地基的基床翻漿冒泥，整體道床下沉裂損病害，導(dǎo)致過床不穩(wěn)固線路軌距水平變形超限，影響及安全，增加養(yǎng)護(hù)維修工作量。④洞內(nèi)漏水潮濕，降低輪軌黏著力，加速鋼軌扣件和管線的銹蝕，加速木枕和膠墊腐朽，縮短線路設(shè)備使用壽命。⑤一些隧道，環(huán)境水中含有侵蝕性介質(zhì)，造成襯砌混凝土和砂漿腐蝕損壞，降低襯砌的支承能力，增加大維修費(fèi)用。⑥少數(shù)隧道暴雨后隧道襯砌或鋪底破損涌水，淹沒軌道，沖空道床，危害更嚴(yán)重。
漏水的原因 ①除地下水豐富外，主要是隧道設(shè)計(jì)與施工不當(dāng)造成的。如設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)襯砌周圍地下水的水源、水量、水質(zhì)分析不足，對(duì)防排水考慮不周，對(duì)結(jié)構(gòu)防蝕、耐凍、抗?jié)B也未作專項(xiàng)設(shè)計(jì)。隧道修建后，將成為所穿過山體附近地下水集聚的通道。當(dāng)隧道圍巖與含水層連通，而襯砌的防排水設(shè)備不完善時(shí)，必然發(fā)生隧道漏水病害。②隧道穿過含水的地層。如穿過砂類土和漂卵石類土含水地層；斷層帶節(jié)理及裂隙發(fā)育，含裂隙水的巖層；石灰?guī)r、白云巖等可溶性巖層，有充水的溶洞或暗河等與隧道相連通時(shí)；淺埋隧道地段，地表水沿覆蓋層的裂縫滲到隧道內(nèi)。③隧道襯砌綜合治水設(shè)施不完善或年久失效。如原建隧道襯砌防排水設(shè)備不全，隧道襯砌背后存在積水或承壓水；混凝土襯砌施工質(zhì)量差，孔隙裂縫多，自身防水能力差；防水層（內(nèi)貼式、外貼式或中間夾層）施工質(zhì)量不良，或材質(zhì)耐久性差；混凝土的工作縫、伸縮縫、沉降縫等接縫處理不當(dāng)，或未做好防水處理；襯砌變形、腐蝕后產(chǎn)生的裂縫滲漏水；既有排水設(shè)備，如襯砌背后的暗溝、盲溝，無襯砌的輔助坑道，排水孔等，年久失修阻塞。
2國內(nèi)外隧道漏水和結(jié)冰整治情況
隧道結(jié)冰在世界上也是一個(gè)共性問題，國內(nèi)外有幾鐘治理辦法：
美國熱氣幕裝置：利用形成的熱氣幕，將結(jié)冰區(qū)內(nèi)外的空氣隔離開，使結(jié)冰區(qū)的溫度始終保持在零上某一溫度，防止結(jié)冰。
日本紅外線加熱裝置：在漏水結(jié)冰地段，設(shè)置紅外線發(fā)射器，發(fā)熱融冰，防止結(jié)冰。
排水保溫堵漏：從漏水結(jié)冰的地方開挖，找到水眼，在水眼下面的側(cè)壁上鑿出一條通向排水溝的導(dǎo)水槽，外面加蓋保溫，形成一個(gè)空腔來排除漏水。
人工刨冰：多年來我局鐵路隊(duì)到冬季派專人刨冰，單軌車抬筐運(yùn)冰耗費(fèi)了大量的物力。
發(fā)熱板融冰：采用發(fā)熱板融冰熱量損失少，受熱面積大，占用隧道空間小，可控制，耗能較少，易于，壽命長。
以上幾種方法中1、2、3類大，工期長，效果好，但與我國國情不大相符，4類投資少，效果一般。
3隧道漏水的防治
防水原則 隧道防排水應(yīng)采取"防、截、排、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理"的原則，達(dá)到防水可靠、合理的目的。
防治要求 對(duì)地表水和地下水做妥善處理，洞內(nèi)外應(yīng)有完整的防排水設(shè)施，以保證設(shè)備的正常使用和行車安全。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003一2001）及工務(wù)有關(guān)規(guī)則的要求做到：①拱部不滴水，邊墻不淌水，安裝設(shè)備之孔眼不滲水；②隧底不涌水，道床不積水；③在有凍害地段的隧道，拱部和邊墻基本上不滲水，襯砌背后不積水；④碎石道床無翻漿冒泥，整體道床基床穩(wěn)定；⑤消除侵蝕性水對(duì)襯砌的腐蝕。
防水標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB108一87）中，對(duì)地下工程的防水等級(jí)制定了定量的標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)電氣化鐵路隧道、寒冷地區(qū)鐵路隧道防水要求達(dá)到二級(jí)，非電氣鐵路隧道要求達(dá)到三級(jí)。
4隧道結(jié)冰的整治
4．1結(jié)冰整治過程中需要明確的幾個(gè)關(guān)系
導(dǎo)致結(jié)冰的因素有漏水流量、隧道內(nèi)氣溫、隧道外氣溫、隧道長度、風(fēng)速、時(shí)間、行車密度、速度、長度等。
隧道內(nèi)不同位置與其溫度的變化。
內(nèi)燃機(jī)車通過比機(jī)車通過時(shí)溫度高。行車速度、密度、長度對(duì)結(jié)冰的影響為正影響，即速度越高、密度越大、長度越長，帶進(jìn)隧道的冷量越多，結(jié)冰越厲害。
冬季西北風(fēng)量大，對(duì)結(jié)冰也有影響。
4．2隧道凍害 中國凍土地帶分布在高緯度的東北大小興安嶺、高海拔的青藏高原及新疆天山地區(qū)。修建于凍土地區(qū)的隧道，由于氣候嚴(yán)寒，易造成隧道凍害。隧道凍害是寒冷地區(qū)（最冷月平均氣溫-50℃~-150℃）和嚴(yán)寒地區(qū)（- I5℃以下）的隧道內(nèi)水流和圍巖積水凍結(jié)，引起隧道拱部掛冰、邊墻結(jié)冰、洞內(nèi)網(wǎng)線設(shè)備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、隧底冰錐、線路凍起等，影響安全運(yùn)營和物的正常使用。通常在隧道洞口附近較為嚴(yán)重。
4．3防凍措施 要點(diǎn)是將水排除在凍結(jié)圈之外，以防發(fā)生凍害。①完善隧道防排水設(shè)施；②在嚴(yán)寒地區(qū)應(yīng)設(shè)置深埋滲水溝、防寒泄水洞，在寒冷地區(qū)應(yīng)設(shè)置淺埋保溫側(cè)溝；③加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)，如采用防水混凝土曲墻加仰拱襯砌、防水鋼筋混凝土襯砌、網(wǎng)噴混凝土加固，應(yīng)加設(shè)抗凍脹錨桿增大襯砌抵抗側(cè)壓力的能力；④改良土壤，壓漿固結(jié)巖石土（消除凍脹性），細(xì)粒土更換為粗粒土或保溫隔熱層（換土厚為凍深1.0 倍以上）；⑤保溫防凍解凍，如在襯砌與圍巖間加設(shè)保溫層（加氣混凝土等），洞口設(shè)防寒簾幕（可用厚帆布縫成簾幕，與信號(hào)機(jī)聯(lián)鎖，自動(dòng)開閉，為安全計(jì)備有手動(dòng)開閉，以保持長隧道中部氣溫有效果），排水溝采暖防凍（在洞口段上下層水溝間鋪設(shè)暖氣管道冬季供熱），泄水洞夏季通熱風(fēng)解凍（送熱風(fēng)融化泄水洞內(nèi)結(jié)冰）；⑥其他防冰措施（作為臨時(shí)緊急處理：采用電熱防凍，紅外線融冰，向側(cè)溝注投氯化鈉、氯化鈣等降低水的冰點(diǎn)防凍），牙林線嶺頂隧道是中國第一座穿越多年凍土層的隧道。該隧道地處北緯510大興安嶺地區(qū)，全長937m，該地區(qū)最低氣溫達(dá)-50℃，年平均氣溫為-6.7℃（1966年），1961年建成，當(dāng)年就發(fā)現(xiàn)隧道嚴(yán)重凍害。其原因主要是隧道未設(shè)防寒排水系統(tǒng)。后采取在隧道下方修建泄水洞的整治方案（泄水洞斷面2 m×2 m，全長720m，隧底至泄水洞底為5.5m)，同時(shí)還采取了其他防冰凍措施，根治了該隧道凍害。在最北的漠河地區(qū)，嫩林線羅奇2號(hào)隧道，全長1160 m，1970年交付運(yùn)營，在隧道底板下5.85m處設(shè)防寒縱向中心泄水洞，雖泄水洞常年不凍，但由于襯砌背后的豎向盲溝（不保溫防凍）等與泄水洞的聯(lián)系通道沒做好，致使襯砌背后及隧道底板下的積水不能流入泄水洞，以致積水冬季結(jié)冰造成道床凍脹，襯砌開裂、錯(cuò)牙、掉塊日趨嚴(yán)重，運(yùn)營數(shù)年終因襯砌潰塌，造成大塌方中斷行車16天的嚴(yán)重災(zāi)害。但該隧道凍害的整治工作，歷經(jīng)10年艱辛，終獲得成功。
4．4根據(jù)我公司實(shí)際情況，通過隧道的以內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車為主，自然風(fēng)速大，行車速度、密度、長度加大后帶進(jìn)隧道內(nèi)冷量多，造成隧道內(nèi)氣溫下降，導(dǎo)致結(jié)冰。鑒于此，熱空氣幕和紅外線加熱大，不適合我公司采用。排水保溫堵漏的辦法試用后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水槽也會(huì)凍冰，致使整治效果不理想。我公司現(xiàn)主要采用人工刨冰，給職工配備絕緣刨冰工具，每天定時(shí)刨冰。此辦法成本少，工作量大，刨冰時(shí)人身安全得不到保證。
鑒于實(shí)際使用中面臨的問題，將隧道堵漏和結(jié)冰整治相結(jié)合進(jìn)行，鑿排水槽，發(fā)熱板覆蓋，空腔排水，既改善了作業(yè)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，又對(duì)隧道結(jié)冰進(jìn)行安全、經(jīng)濟(jì)、有效地治理，除冰效果好，能夠保證行車安全暢通。
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