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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(zhù)國民的高速發(fā)展，我公司煤炭運量的大幅增加，列車(chē)速度、密度、載重、長(cháng)度等逐年提高，舊有設備病害與運量增加的矛盾日益突出。隧道漏水和冬季結冰直接威脅行車(chē)安全，徹底整治隧道結冰成為急待解決的問(wèn)題之一。
1問(wèn)題的產(chǎn)生原因及危害
當隧道穿越含水層、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。根據漏水位置及大小，分為滲、淌、漏、冒幾類(lèi)。冬季隧道內氣溫下降至0℃左右時(shí)，漏水地段多發(fā)生結冰現象。有的結冰后封住了漏水眼，結冰繼續發(fā)展，侵入限界影響行車(chē)。嚴重的會(huì )造成接觸網(wǎng)連電，冰漫鋼軌，損壞鋼軌及配件，側壁侵限，給行車(chē)安全帶來(lái)重大危害。
中國已有鐵路隧道約50000座，其中運營(yíng)中出現不同程度的涌水、漏水、冒水、滴水、滲水、濕水等現象的約占全路隧道總座數的1/3左右。由于水的作用，還會(huì )發(fā)生和發(fā)展其他類(lèi)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(cháng)度、埋深，當地的氣候和地貌條件，地表水及地下水的狀態(tài)，巖石條件及地質(zhì)構造等)，以及施工養護中防排水系統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(xiàn)和成股射流四種；邊墻有滲水、淌水兩種；少數隧道有涌水病害。按水源補給情況分為：地下水（流量四季變化不大）補給；地表水（流量隨四季變化）補給。隧道漏水惡化洞內養路環(huán)境，影響一些技術(shù)設備的正常使用。
危害 ①在牽引區段，拱部漏水，會(huì )造成接觸網(wǎng)跳閘、放電漏電，影響安全運營(yíng)，造成人身傷害。②在寒冷和嚴寒地區，隧道漏水會(huì )造成邊墻結冰、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線(xiàn)路凍脹起伏不平等病害。③在洞內線(xiàn)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，導致過(guò)床不穩固線(xiàn)路軌距水平變形超限，影響及安全，增加養護維修工作量。④洞內漏水潮濕，降低輪軌黏著(zhù)力，加速鋼軌扣件和管線(xiàn)的銹蝕，加速木枕和膠墊腐朽，縮短線(xiàn)路設備使用壽命。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，增加大維修費用。⑥少數隧道暴雨后隧道襯砌或鋪底破損涌水，淹沒(méi)軌道，沖空道床，危害更嚴重。
漏水的原因 ①除地下水豐富外，主要是隧道設計與施工不當造成的。如設計時(shí)對襯砌周?chē)叵滤乃�、水量、水質(zhì)分析不足，對防排水考慮不周，對結構防蝕、耐凍、抗滲也未作專(zhuān)項設計。隧道修建后，將成為所穿過(guò)山體附近地下水集聚的通道。當隧道圍巖與含水層連通，而襯砌的防排水設備不完善時(shí)，必然發(fā)生隧道漏水病害。②隧道穿過(guò)含水的地層。如穿過(guò)砂類(lèi)土和漂卵石類(lèi)土含水地層；斷層帶節理及裂隙發(fā)育，含裂隙水的巖層；石灰巖、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。③隧道襯砌綜合治水設施不完善或年久失效。如原建隧道襯砌防排水設備不全，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，或未做好防水處理；襯砌變形、腐蝕后產(chǎn)生的裂縫滲漏水；既有排水設備，如襯砌背后的暗溝、盲溝，無(wú)襯砌的輔助坑道，排水孔等，年久失修阻塞。
2國內外隧道漏水和結冰整治情況
隧道結冰在世界上也是一個(gè)共性問(wèn)題，國內外有幾鐘治理辦法：
美國熱氣幕裝置：利用形成的熱氣幕，將結冰區內外的空氣隔離開(kāi)，使結冰區的溫度始終保持在零上某一溫度，防止結冰。
日本紅外線(xiàn)加熱裝置：在漏水結冰地段，設置紅外線(xiàn)發(fā)射器，發(fā)熱融冰，防止結冰。
排水保溫堵漏：從漏水結冰的地方開(kāi)挖，找到水眼，在水眼下面的側壁上鑿出一條通向排水溝的導水槽，外面加蓋保溫，形成一個(gè)空腔來(lái)排除漏水。
人工刨冰：多年來(lái)我局鐵路隊到冬季派專(zhuān)人刨冰，單軌車(chē)抬筐運冰耗費了大量的物力。
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(cháng)。
以上幾種方法中1、2、3類(lèi)大，工期長(cháng)，效果好，但與我國國情不大相符，4類(lèi)投資少，效果一般。
3隧道漏水的防治
防水原則 隧道防排水應采取"防、截、排、堵結合，因地制宜，綜合治理"的原則，達到防水可靠、合理的目的。
防治要求 對地表水和地下水做妥善處理，洞內外應有完整的防排水設施，以保證設備的正常使用和行車(chē)安全。根據《鐵路隧道設計規范》（TB 10003一2001）及工務(wù)有關(guān)規則的要求做到：①拱部不滴水，邊墻不淌水，安裝設備之孔眼不滲水；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(wú)翻漿冒泥，整體道床基床穩定；⑤消除侵蝕性水對襯砌的腐蝕。
防水標準 根據中國國家標準《地下工程防水技術(shù)規范》（GB108一87）中，對地下工程的防水等級制定了定量的標準，其中對電氣化鐵路隧道、寒冷地區鐵路隧道防水要求達到二級，非電氣鐵路隧道要求達到三級。
4隧道結冰的整治
4．1結冰整治過(guò)程中需要明確的幾個(gè)關(guān)系
導致結冰的因素有漏水流量、隧道內氣溫、隧道外氣溫、隧道長(cháng)度、風(fēng)速、時(shí)間、行車(chē)密度、速度、長(cháng)度等。
隧道內不同位置與其溫度的變化。
內燃機車(chē)通過(guò)比機車(chē)通過(guò)時(shí)溫度高。行車(chē)速度、密度、長(cháng)度對結冰的影響為正影響，即速度越高、密度越大、長(cháng)度越長(cháng)，帶進(jìn)隧道的冷量越多，結冰越厲害。
冬季西北風(fēng)量大，對結冰也有影響。
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。修建于凍土地區的隧道，由于氣候嚴寒，易造成隧道凍害。隧道凍害是寒冷地區（最冷月平均氣溫-50℃~-150℃）和嚴寒地區（- I5℃以下）的隧道內水流和圍巖積水凍結，引起隧道拱部掛冰、邊墻結冰、洞內網(wǎng)線(xiàn)設備掛冰、圍巖凍脹、襯砌脹裂、隧底冰錐、線(xiàn)路凍起等，影響安全運營(yíng)和物的正常使用。通常在隧道洞口附近較為嚴重。
4．3防凍措施 要點(diǎn)是將水排除在凍結圈之外，以防發(fā)生凍害。①完善隧道防排水設施；②在嚴寒地區應設置深埋滲水溝、防寒泄水洞，在寒冷地區應設置淺埋保溫側溝；③加強襯砌結構，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，應加設抗凍脹錨桿增大襯砌抵抗側壓力的能力；④改良土壤，壓漿固結巖石土（消除凍脹性），細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保溫層（加氣混凝土等），洞口設防寒簾幕（可用厚帆布縫成簾幕，與信號機聯(lián)鎖，自動(dòng)開(kāi)閉，為安全計備有手動(dòng)開(kāi)閉，以保持長(cháng)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)融化泄水洞內結冰）；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(xiàn)融冰，向側溝注投氯化鈉、氯化鈣等降低水的冰點(diǎn)防凍），牙林線(xiàn)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，全長(cháng)937m，該地區最低氣溫達-50℃，年平均氣溫為-6.7℃（1966年），1961年建成，當年就發(fā)現隧道嚴重凍害。其原因主要是隧道未設防寒排水系統。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(cháng)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，嫩林線(xiàn)羅奇2號隧道，全長(cháng)1160 m，1970年交付運營(yíng)，在隧道底板下5.85m處設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(méi)做好，致使襯砌背后及隧道底板下的積水不能流入泄水洞，以致積水冬季結冰造成道床凍脹，襯砌開(kāi)裂、錯牙、掉塊日趨嚴重，運營(yíng)數年終因襯砌潰塌，造成大塌方中斷行車(chē)16天的嚴重災害。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根據我公司實(shí)際情況，通過(guò)隧道的以?xún)热紮C車(chē)和電力機車(chē)為主，自然風(fēng)速大，行車(chē)速度、密度、長(cháng)度加大后帶進(jìn)隧道內冷量多，造成隧道內氣溫下降，導致結冰。鑒于此，熱空氣幕和紅外線(xiàn)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)現導水槽也會(huì )凍冰，致使整治效果不理想。我公司現主要采用人工刨冰，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(wèn)題，將隧道堵漏和結冰整治相結合進(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)強度，又對隧道結冰進(jìn)行安全、經(jīng)濟、有效地治理，除冰效果好，能夠保證行車(chē)安全暢通。
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