浅析隧道治水和融冰

时间：2023-03-05 21:21:31 交通物流毕业论文我要投稿

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浅析隧道治水和融冰

　　论文关键词：隧道治水；危害

　　论文摘要：随着国民的高速发展，我公司煤炭运量的大幅增加，列车速度、密度、载重、长度等逐年提高，旧有设备病害与运量增加的矛盾日益突出。隧道漏水和冬季结冰直接威胁行车安全，彻底整治隧道结冰成为急待解决的问题之一。
　　　　
　　1问题的产生原因及危害
　　
　　当隧道穿越含水层、岩熔裂隙发育地段及地下丰富且埋深较浅时，就形成了隧道漏水。根据漏水位置及大小，分为渗、淌、漏、冒几类。冬季隧道内气温下降至0℃左右时，漏水地段多发生结冰现象。有的结冰后封住了漏水眼，结冰继续发展，侵入限界影响行车。严重的会造成接触网连电，冰漫钢轨，损坏钢轨及配件，侧壁侵限，给行车安全带来重大危害。
　　中国已有铁路隧道约50000座，其中运营中出现不同程度的涌水、漏水、冒水、滴水、渗水、湿水等现象的约占全路隧道总座数的1/3左右。由于水的作用，还会发生和发展其他类型的病害。这些病害还与隧道所处的、水文地质（即隧道的长度、埋深，当地的气候和地貌条件，地表水及地下水的状态，岩石条件及地质构造等)，以及施工养护中防排水系统是否完善等因素有关。
　　隧道漏水的危害及原因隧道漏水，按其发生的部位和流量分为：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种；边墙有渗水、淌水两种；少数隧道有涌水病害。按水源补给情况分为：地下水（流量四季变化不大）补给；地表水（流量随四季变化）补给。隧道漏水恶化洞内养路环境，影响一些技术设备的正常使用。
　　危害 ①在牵引区段，拱部漏水，会造成接触网跳闸、放电漏电，影响安全运营，造成人身伤害。②在寒冷和严寒地区，隧道漏水会造成边墙结冰、拱部挂冰，侵入限界，影响隧道正常使用。还会造成衬砌冻胀裂损和洞内线路冻胀起伏不平等病害。③在洞内线路排水不良地段，造成土质和软岩地基的基床翻浆冒泥，整体道床下沉裂损病害，导致过床不稳固线路轨距水平变形超限，影响及安全，增加养护维修工作量。④洞内漏水潮湿，降低轮轨黏着力，加速钢轨扣件和管线的锈蚀，加速木枕和胶垫腐朽，缩短线路设备使用寿命。⑤一些隧道，环境水中含有侵蚀性介质，造成衬砌混凝土和砂浆腐蚀损坏，降低衬砌的支承能力，增加大维修费用。⑥少数隧道暴雨后隧道衬砌或铺底破损涌水，淹没轨道，冲空道床，危害更严重。
　　漏水的原因 ①除地下水丰富外，主要是隧道设计与施工不当造成的。如设计时对衬砌周围地下水的水源、水量、水质分析不足，对防排水考虑不周，对结构防蚀、耐冻、抗渗也未作专项设计。隧道修建后，将成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水层连通，而衬砌的防排水设备不完善时，必然发生隧道漏水病害。②隧道穿过含水的地层。如穿过砂类土和漂卵石类土含水地层；断层带节理及裂隙发育，含裂隙水的岩层；石灰岩、白云岩等可溶性岩层，有充水的溶洞或暗河等与隧道相连通时；浅埋隧道地段，地表水沿覆盖层的裂缝渗到隧道内。③隧道衬砌综合治水设施不完善或年久失效。如原建隧道衬砌防排水设备不全，隧道衬砌背后存在积水或承压水；混凝土衬砌施工质量差，孔隙裂缝多，自身防水能力差；防水层（内贴式、外贴式或中间夹层）施工质量不良，或材质耐久性差；混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等接缝处理不当，或未做好防水处理；衬砌变形、腐蚀后产生的裂缝渗漏水；既有排水设备，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道，排水孔等，年久失修阻塞。
　　
　　2国内外隧道漏水和结冰整治情况
　　
　　隧道结冰在世界上也是一个共性问题，国内外有几钟治理办法：
　　美国热气幕装置：利用形成的热气幕，将结冰区内外的空气隔离开，使结冰区的温度始终保持在零上某一温度，防止结冰。
　　日本红外线加热装置：在漏水结冰地段，设置红外线发射器，发热融冰，防止结冰。
　　排水保温堵漏：从漏水结冰的地方开挖，找到水眼，在水眼下面的侧壁上凿出一条通向排水沟的导水槽，外面加盖保温，形成一个空腔来排除漏水。
　　人工刨冰：多年来我局铁路队到冬季派专人刨冰，单轨车抬筐运冰耗费了大量的物力。
　　发热板融冰：采用发热板融冰热量损失少，受热面积大，占用隧道空间小，可控制，耗能较少，易于，寿命长。
　　以上几种方法中1、2、3类大，工期长，效果好，但与我国国情不大相符，4类投资少，效果一般。
　　
　　3隧道漏水的防治
　　
　　防水原则隧道防排水应采取"防、截、排、堵结合，因地制宜，综合治理"的原则，达到防水可靠、合理的目的。
　　防治要求对地表水和地下水做妥善处理，洞内外应有完整的防排水设施，以保证设备的正常使用和行车安全。根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003一2001）及工务有关规则的要求做到：①拱部不滴水，边墙不淌水，安装设备之孔眼不渗水；②隧底不涌水，道床不积水；③在有冻害地段的隧道，拱部和边墙基本上不渗水，衬砌背后不积水；④碎石道床无翻浆冒泥，整体道床基床稳定；⑤消除侵蚀性水对衬砌的腐蚀。
　　防水标准根据中国国家标准《地下工程防水技术规范》（GB108一87）中，对地下工程的防水等级制定了定量的标准，其中对电气化铁路隧道、寒冷地区铁路隧道防水要求达到二级，非电气铁路隧道要求达到三级。
　　
　　4隧道结冰的整治
　　
　　4．1结冰整治过程中需要明确的几个关系
　　导致结冰的因素有漏水流量、隧道内气温、隧道外气温、隧道长度、风速、时间、行车密度、速度、长度等。
　　隧道内不同位置与其温度的变化。
　　内燃机车通过比机车通过时温度高。行车速度、密度、长度对结冰的影响为正影响，即速度越高、密度越大、长度越长，带进隧道的冷量越多，结冰越厉害。
　　冬季西北风量大，对结冰也有影响。
　　4．2隧道冻害中国冻土地带分布在高纬度的东北大小兴安岭、高海拔的青藏高原及新疆天山地区。修建于冻土地区的隧道，由于气候严寒，易造成隧道冻害。隧道冻害是寒冷地区（最冷月平均气温-50℃~-150℃）和严寒地区（- I5℃以下）的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰锥、线路冻起等，影响安全运营和物的正常使用。通常在隧道洞口附近较为严重。
　　4．3防冻措施要点是将水排除在冻结圈之外，以防发生冻害。①完善隧道防排水设施；②在严寒地区应设置深埋渗水沟、防寒泄水洞，在寒冷地区应设置浅埋保温侧沟；③加强衬砌结构，如采用防水混凝土曲墙加仰拱衬砌、防水钢筋混凝土衬砌、网喷混凝土加固，应加设抗冻胀锚杆增大衬砌抵抗侧压力的能力；④改良土壤，压浆固结岩石土（消除冻胀性），细粒土更换为粗粒土或保温隔热层（换土厚为冻深1.0 倍以上）；⑤保温防冻解冻，如在衬砌与围岩间加设保温层（加气混凝土等），洞口设防寒帘幕（可用厚帆布缝成帘幕，与信号机联锁，自动开闭，为安全计备有手动开闭，以保持长隧道中部气温有效果），排水沟采暖防冻（在洞口段上下层水沟间铺设暖气管道冬季供热），泄水洞夏季通热风解冻（送热风融化泄水洞内结冰）；⑥其他防冰措施（作为临时紧急处理：采用电热防冻，红外线融冰，向侧沟注投氯化钠、氯化钙等降低水的冰点防冻），牙林线岭顶隧道是中国第一座穿越多年冻土层的隧道。该隧道地处北纬510大兴安岭地区，全长937m，该地区最低气温达-50℃，年平均气温为-6.7℃（1966年），1961年建成，当年就发现隧道严重冻害。其原因主要是隧道未设防寒排水系统。后采取在隧道下方修建泄水洞的整治方案（泄水洞断面2 m×2 m，全长720m，隧底至泄水洞底为5.5m)，同时还采取了其他防冰冻措施，根治了该隧道冻害。在最北的漠河地区，嫩林线罗奇2号隧道，全长1160 m，1970年交付运营，在隧道底板下5.85m处设防寒纵向中心泄水洞，虽泄水洞常年不冻，但由于衬砌背后的竖向盲沟（不保温防冻）等与泄水洞的联系通道没做好，致使衬砌背后及隧道底板下的积水不能流入泄水洞，以致积水冬季结冰造成道床冻胀，衬砌开裂、错牙、掉块日趋严重，运营数年终因衬砌溃塌，造成大塌方中断行车16天的严重灾害。但该隧道冻害的整治工作，历经10年艰辛，终获得成功。
　　4．4根据我公司实际情况，通过隧道的以内燃机车和电力机车为主，自然风速大，行车速度、密度、长度加大后带进隧道内冷量多，造成隧道内气温下降，导致结冰。鉴于此，热空气幕和红外线加热大，不适合我公司采用。排水保温堵漏的办法试用后发现导水槽也会冻冰，致使整治效果不理想。我公司现主要采用人工刨冰，给职工配备绝缘刨冰工具，每天定时刨冰。此办法成本少，工作量大，刨冰时人身安全得不到保证。
　　鉴于实际使用中面临的问题，将隧道堵漏和结冰整治相结合进行，凿排水槽，发热板覆盖，空腔排水，既改善了作业，减轻了劳动强度，又对隧道结冰进行安全、经济、有效地治理，除冰效果好，能够保证行车安全畅通。

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