寒區及嚴寒地區隧道工程防排水技術研究
研究設計
作者：俞尚宇
摘要：近年來，我國鐵路工程的建設規模不斷擴大，其中在寒區及嚴寒地區修建的鐵路隧道工程特別是高速鐵路隧道工程的數量和長度也在隨之急劇增加，鐵路隧道防排水係統的防寒設計和施工是該地區隧道工程修建過程中麵臨的重點和難點。文章以我國寒區及嚴寒地區大量的既有線和擬建鐵路隧道工程為研究對象，通過對其廣泛存在的多種凍害情況進行認真的對比、分析和研究，將寒區及嚴寒地區隧道工程防排水技術的成果予以歸納和總結，同時也為今後這一類型課題的進一步深入研究提出合理化建議。
關鍵詞：寒區及嚴寒地區；隧道工程；防排水
中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1009—2374（2012）25—0029—03
隨著隧道工程技術的進步，寒區及嚴寒地區隧道防排水技術水平也在不斷提升，我們以大量總結我國寒區及嚴寒地區隧道防寒工程經驗為基礎，結合工程實踐，不斷改進與完善新建隧道特別是高速鐵路隧道防排水的研究思路。本文重點從氣象條件、溫度變化梯度、地層加固、結構的防排水係統等方麵進行分析和研究。
1 寒區及嚴寒地區既有鐵路隧道工程防排水狀況
統計資料顯示，在我國寒區及嚴寒地區20世紀50年代之前（建國前）修建的鐵路隧道工程中，由於這些隧道修建時間較長，絕大多數均存在凍害情況。其中在我國東北地區就有約45%的鐵路隧道存在凍害，約占這一區域隧道總長度的40%。
上述類型區域多屬於季節性凍土，冬季凍結，夏季融化，多年凍土較少遇見。在這種環境狀況下出現的常見隧道凍害現象主要有掛冰、冰椎、冰塞、冰楔、圍岩凍脹、襯砌混凝土凍融破壞、襯砌冷縮開裂等，除混凝土凍融引起劣化外，還有因襯砌背後圍岩凍結引起的隧道變異，這是隧道凍害的基本特征，也是一個十分重要的問題。
隧道漏水或結冰，造成襯砌混凝土劣化和變異，降低通信信號、電力等設備和鋼軌及扣件等的耐久性。漏水會使襯砌背後的土砂流失，而在襯砌背後形成空洞，並進一步產生偏壓、路基下陷等。而在寒冷地區，結冰更加劇了對列車運行安全的威脅，對線路維修人員的行走和作業都造成一定的困難。同時，襯砌背後圍岩的凍結會造成襯砌的
破壞。
2 寒區及嚴寒地區鐵路隧道工程防排水技術的研究方向
2.1 氣象條件
氣溫、風向、氣壓等氣候參數直接影響隧道防排水防凍措施，在工程設計中，隧道設計所依據的氣象資料是根據有氣象記載的氣象站資料，與實際工程所處點的工程條件可能有一定差異，比如東北地區某隧道，氣象資料最冷月平均氣溫為
—12.69℃，極端最低氣溫為—33℃，施工過程中，施工單位觀測的最低氣溫遠低於—33℃。
因此，設計中需要考慮到這種差異，建議在勘察階段對隧道洞口的風向、氣溫等氣象資料進行個別收集或者根據附近氣象點資料進行氣象資料取值的專門研究。
2.2 溫度變化梯度研究
運營隧道內溫度變化梯度目前沒有規範性指導意見，《鐵路工程設計技術手冊（隧道）》中認為采取保溫措施的水溝可僅在兩端洞口150～400m範圍采用保溫措施。
《寒冷地區鐵路隧道防止凍害的基本措施》（作者：關寶樹）中指出，隧道內結冰發生區域（距洞口）為1800m。
根據哈爾濱鐵路局鐵路隧道冬季凍結情況來看，工務部門認為，隧道內發生凍結現象的範圍在距離洞口1～2km內，濱綏線杜草隧道3.9km（雙洞單線）和濱洲線興安嶺隧道3.1km（雙洞單線），全隧道冬節都有掛冰現象，全隧道均修建了中心深埋水溝。
同時，隨著隧道斷麵不斷增大，隧道內通過的列車速度不斷提高，隧道內外空氣熱交換進一步加
劇，隧道內溫度梯度變化情況研究也是十分必要的。
2.3 地層加固研究
隧道襯砌結構背後存水後，如果不能及時排出洞外，冬季結冰是難以避免的，岩石隧道本身幾乎無凍脹性的，有凍脹性的地層一般是黏性土和細顆粒土，而且其凍脹性隨含水量的增大而增強。隧道洞口地層往往是各類土層或岩石經嚴重風化形成的土層，本身具有一定的凍脹性。