高海拔寒區(qū)隧道保溫措施分析

高沛沛

摘 要：近年來，我國公路交通事業(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。解決這方面的問題，對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。由于圍巖的外開放性及冰凍過程的漸進(jìn)性，不論是堅硬、中硬還是軟弱圍巖，發(fā)生在有限范圍內(nèi)的凍、融過程，均不會在圍巖內(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)不會因為圍巖的凍脹而產(chǎn)生巨大壓力，結(jié)構(gòu)設(shè)計時不必為圍巖的反復(fù)凍融而擔(dān)心，設(shè)計施工時應(yīng)重點對滲、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)冰不會對襯砌結(jié)構(gòu)施加強大的荷載，因此寒區(qū)隧道設(shè)計時不必考慮宏觀凍脹的影響。也就是說，如果防排水系統(tǒng)運行狀況很好，沒有水進(jìn)入二襯范圍，那么無論溫度有多低，二襯都不會發(fā)生凍害。對于新建隧道，應(yīng)嚴(yán)格做好防排水系統(tǒng)，并根據(jù)實際情況可采取一定的防凍措施。對于已建隧道，如果隧道滲漏水量不大，凍害不嚴(yán)重時，根據(jù)經(jīng)驗可將水徹底堵到襯砌外時，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，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)在對滲漏水做適當(dāng)?shù)亩屡盘幚砗螅饕扇”兀ɑ蚣訜幔┑拇胧?，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、防寒門法和敷設(shè)隔熱保溫材料法。如采用供熱法，則往往因為供熱時間長，供熱范圍大，使得運營成本大幅度增加；如使用防寒門法，雖然其耗能低，但是對于交通量較大的隧道，會對行車造成較大的干擾，并且由于防寒門的頻繁開啟而使得保溫效果降低，因此供熱法和防寒門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，從長期來看，在多年凍土地區(qū)，當(dāng)年積算冷度的絕對值大于年積算熱度時，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發(fā)生。同樣，在季節(jié)性凍土地區(qū)的隧道，通過敷設(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

隔熱保溫層之所以能夠保溫，是因為其夾帶了很多不易流動的空氣，而空氣如果不流動的話，導(dǎo)熱性是很差的，這樣就使得熱量很難通過其來傳導(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。對于寒區(qū)的新建隧道，在設(shè)置其隔熱保溫層時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，將會嚴(yán)重影響其保溫性能，并且很難對其進(jìn)行處治；另一方面，也是最重要的原因，因為初支是柔性支護(hù)，在荷載作用下會不斷地變形發(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)實際情況確實需要將隔熱保溫層設(shè)置于初支與二襯中間時，應(yīng)優(yōu)先選用吸水率小、抗壓強度大的材料，并采取措施使其與水隔離。對于既有的凍害比較嚴(yán)重的隧道，在對其進(jìn)行保溫處理時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，需要首先對滲、漏水采取處治措施，可根據(jù)實際情況或堵或排，如果滲水情況較為嚴(yán)重，經(jīng)過處治仍然難以保證二襯表面無滲、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。

參考文獻(xiàn)

[1] 張亞興.嘎隆拉隧道抗防凍及防排水技術(shù)的研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2009.

[2] 葉秀璽.寒區(qū)隧道凍害防治技術(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[3] 趙吉明，郭興等.大坂山隧道洞內(nèi)保溫性能分析[J].公路隧道，2007.3：57～58.

[4] 賴遠(yuǎn)明等.寒區(qū)隧道保溫效果的現(xiàn)場觀察研究[D].鐵道學(xué)報，2003.2：81～86.8

[5] 張耀，賴遠(yuǎn)明，張學(xué)富.寒區(qū)隧道隔熱層設(shè)計參數(shù)的實用計算方法[J].中國鐵道科學(xué)，2009.

[6] 晏啟祥，何川，曾東洋.寒區(qū)隧道溫度場及保溫隔熱層研究[D].四川大學(xué)學(xué)報：工程科學(xué)版，2005.

[7] 宓榮三.寒區(qū)特長公路隧道的抗防凍技術(shù)[D].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006，5（3）：68-72.