寒冷地区隧道渗漏水的主要原因及预防措施

本文阐述隧道渗漏与冻胀两个方面，其中渗漏具有普遍性，而冻胀具有特殊性；发生渗漏的隧道不一定发生冻胀，而发生冰胀的隧道则一定发生渗漏，渗漏是隧道的必要条件，但不是充分条件，所以分析了渗漏水的主要原因及与冻胀的关系。     

寒区隧道冻胀力计算方法研究进展与思考

近年来，随着中国西部及青藏高原地区交通网的建设，修建了越来越多的寒区隧道，然而寒区隧道冻害也频繁发生。隧道冻胀力计算是寒区隧道防抗冻设计亟待解决的难题之一。首先将现有的冻胀力计算方法分为基于含水风化层冻胀模型、衬砌背后积水冻胀模型、冻融圈整体冻胀模型3类。含水风化层冻胀模型利用侧压力代替冻胀力作用，衬砌背后积水冻胀模型将冻胀力归结于衬砌与围岩之间的局部积水冻结膨胀，冻融圈整体冻胀模型则认为冻胀力系冻融圈围岩含水冻结后整体膨胀所致。然后对这些方法及其基于的假定与适用性进行了系统的分析和总结。最后重点分析了基于冻融圈整体冻胀模型的冻胀力计算方法，并归纳出3种考虑冻融圈冻胀变形的方式：①假定冻结圈冻胀位移模式；②假定冻结圈围岩各向均匀冻胀；③考虑冻结圈围岩非各向均匀冻胀。剖析了不同冻融圈冻胀变形处理方法的区别和联系，并通过工程案例对比分析了不同冻融圈冻胀变形处理方法对冻胀力计算结果的影响，分析了考虑围岩非各向均匀冻胀时冻胀力解的适用性。研究结论可为寒区隧道工程设计提供借鉴。     

温度对寒区隧道渗漏的影响分析

在隧道围岩温度测试的基础上，分析了隧道在春融期发生渗漏的原因。根据隧道横断面上冻结线与防水层的相对位置，将春隔期分为三个阶段，寒区隧道的渗漏主要发生在冻结线位于防水层上的时段。针对目前设计与施工中存在的问题，探讨了预防隧道春融期渗漏的措施。     

不同冻胀模式下冻结隧道施工引起的地表竖向位移时空解

为了更加科学地预测水平冻结法隧道施工引起的地表竖向位移，从冻结管周围土体与地层冻胀相互作用机理和试验现象出发，提出了冻结管周围冻结土体在地层约束作用下的2种不同冻胀模式；基于热传导理论得到了冻结锋面随时间变化的移动规律，进一步联合镜像法和叠加原理，推导了均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式下水平冻结法隧道施工时多个冻结管共同引起的地表竖向位移时空预测计算公式，并依托MATLAB软件编制了求解程序。结合工程实例，将理论解与实测数据进行了对比，此外，还针对隧道埋深、冻结壁厚度、不均匀冻胀性进行了参数影响分析。研究结果表明：不同冻胀模式计算得到的位移分布规律与实测值在整体趋势上基本相似，且实测值介于均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式所得理论值之间，证明了所提理论模型的合理性；均匀冻胀模式与非均匀冻胀模式计算得到的地表最大竖向位移均出现在隧道中心正上方地表位置处，但不同冻胀模式下的隧道中心正上方地表竖向位移峰值有明显差异；当其他参数相同时，隧道埋深越浅，地表冻胀位移分布越窄而高，土体冻胀模式对地表位移分布影响越大；冻结壁越厚，地表竖向位移越大；不均匀冻胀程度常数越大，地表竖向最大位移也越大。建议根据工程具体情况，选用所提出的不同冻胀模式来预测水平冻结隧道施工引起的地表变形，以确保工程安全稳定。     

寒区隧道冻胀力影响因素相关程度分析

采用弹性力学的方法，根据冻融圈整体冻胀力学模型，推导了寒区隧道冻胀力的解析式。以回头沟隧道工程实例，计算了隧道在不同冻胀率、不同冻胀深度及不同衬砌厚度影响下的冻胀力，采用控制变量法得出:冻胀力随着冻胀率、冻胀深度、衬砌厚度的增大而有不同程度的增大，其中冻胀率对冻胀力的影响最大，冻胀深度其次，衬砌厚度最小。     

盾构隧道管片密封垫防水失效模式及改善研究

为探究盾构隧道防水失效形态、接缝密封垫失效模式及密封垫防水能力改善方法，首先基于统计资料，分析在建盾构隧道渗漏的宏观形态； 其次利用ABAQUS软件建立二维模型，采用平均接触压力作为评价指标，分析盾构隧道管片接缝处于不利工况下的失效模式； 最后结合橡胶硬度参数、密封垫孔洞参数调整，研究密封垫防水性能改善方法。主要得到如下结论： 1）错缝拼装盾构隧道渗漏的主要形态是管片接缝渗漏，且多发生在T字缝。2）对密封垫防水危害最大的是管片接缝张开和外张角，且渗漏均发生在密封垫与密封垫接触面。3）密封垫垫间平均接触压力与橡胶硬度呈线性正相关； 从密封垫垫间平均接触压力的保持效果来看，调整闭合孔的效果最好。     

寒区隧道冻害成因与若干防治新技术

对寒区隧道冻害进行了分类并探讨了其成因,特别是对衬砌结构因冻损伤的原因进行分析,并将其分为衬砌结构因壁外冻胀损伤和因壁内冻胀损伤两种类型。分析表明,前者对结构的影响较小,后者对结构的威胁较大。针对寒区隧道衬砌结构容易发生裂缝的现象,提出了减少温变过程中的不利约束,预防衬砌出现较大温度应力,进而预防衬砌裂缝发生发展的工程措施。在寒区采用背贴式止水带预防衬砌施工缝渗漏的方法存在不足,宜以中埋式可排水止水带取代。环向排水管应直通中央排水管,在围岩富水且衬砌壁后中、下段环向排水管易冻的隧道区段,沿环向排水管宜设置条带状局部保温层。在隧道潜在冻害威胁较大的区段,通过在衬砌壁后设置电热带穿线管,可提供电热融冰的隧道防冻预案。试验工程表明,可排水止水带、直通中央排水管的环向排水管、电加热融冰等技术在寒区隧道中应用效果良好。     

公路连拱隧道冻胀结构力学分析与防冻措施

针对目前我国中原以北地区公路连拱隧道在运行中越来越突出的衬砌冻胀破坏问题,文中根据隧道在冻胀条件下温度和结构的相应作用,初步探讨了冻胀力的计算方法并运用ANSYS有限元分析,模拟在冰冻环境温度作用下隧道的冻胀过程及持续低温和冻胀作用对隧道衬砌结构的影响,最后在分析公路连拱隧道特点的基础上提出了抗、防冻措施。     

高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估方法研究

隧道工程在高寒高海拔地区施工时，受海拔、温度、冻土等影响，施工人员、机械的工作效率大幅降低，冻融、冻胀等灾害发生概率增长，隧道洞口施工的安全风险增大。但目前已有的隧道洞口失稳风险评估方法未引入高寒高海拔地区特有的因素，缺乏一定的针对性。因此，为了更好地判断高寒高海拔地区隧道洞口的施工状态，降低事故的发生，通过分析高寒高海拔地区地质、海拔、温度、冻土等特殊条件对施工安全的影响，构建了具有针对性、可操作性、完整性的高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估体系，并以久马高速公路海子山1号隧道为例，采用层次分析法计算其洞口失稳的风险等级及可能性，通过与已有专项评估结果以及实际情况进行对比分析，验证本文提出的隧道洞口失稳风险评估方法的可行性。     

考虑衬砌渗透性的盾构下穿既有隧道纵向结构错台变形研究

目前针对盾构开挖下穿既有隧道的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,且未考虑既有隧道衬砌渗透特性,常常忽视地基剪切变形和既有隧道渗漏水的影响。基于体现土体剪切特性的Pasternak地基模型,首先计算了既有隧道渗漏水影响下盾构开挖在既有隧道轴线处产生的附加荷载。在此基础上,通过能量变分法建立由抗拉弹簧及剪切弹簧共同连接相邻管片环的既有隧道变形模型,获取隧道纵向结构剪切错台响应规律。选取多个工程实例,将理论解析结果与现场实测数据进行对比后发现,考虑地基剪切变形及既有隧道渗漏影响的理论解析结果更加贴近实测数据。此外,针对既有隧道异常渗漏区间渗漏程度、异常渗漏范围、异常渗漏位置进行了影响因素分析,并依据环间错台量及环间转角对既有隧道进行安全等级评估。通过参数分析发现：随着异常渗漏区间衬砌渗漏程度的增大,既有隧道纵向结构变形显著增大,当异常渗漏区间衬砌-土体相对渗透系数为0.1时,已有小范围环间错台量及转角被纳入安全评估等级Ⅲ;随着异常渗漏范围的扩大,既有隧道纵向结构变形增大,更大范围的环间错台量及转角达到安全评估等级Ⅲ;异常渗漏位置向远离新建隧道中心轴线方向发生偏移,既有隧道纵向变形逐渐减小,纵向结构变形峰值沿异常渗漏位置偏移方向发生偏移。     

拱北隧道管幕冷冻施工中的冻胀控制技术研究

以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道为工程实例,研究管幕冷冻法工艺中地层的冻胀控制原理和技术。基于热力耦合原理,采用有限元预测人工冷冻过程中的土体温度变化及地表冻胀位移,比较和分析管幕周围土体预注浆和采用限位管模式对地表冻胀的控制效果。结果表明： 管幕周围土体的预注浆降低了土体的渗透系数及冻胀率,抑制了土中水分迁移,是冻胀控制技术的主体;限位管有效地降低了冻土的发展速率,加强了冻胀控制效果,是冻胀控制技术的有效补充。通过对现场地表冻胀实测数据与有限元模拟结果的比较分析,从地层温度和地表位移分布规律说明了冻胀控制技术的工作原理。研究结果为拱北隧道的顺利实施提供了技术保障,提高了我国复杂条件下超大断面隧道建造的总体技术,还可为类似人工冷冻法隧道施工提供技术参考。     

乌鞘岭高海拔地区隧道冻胀机理及防冻措施研究

研究了围岩、混凝土的冻胀特性以及地下水对寒冷地区隧道的危害程度,揭示了隧道冻害发生的机理;以G30连霍高速公路永登至古浪段乌鞘岭隧道为依托,提出了防止隧道冻害的措施,并介绍了隧道加热新技术。     

高速公路联拱隧道防渗漏施工质量控制

在工程地质、水文地质条件复杂的山区高速公路隧道施工中，要做好隧道的防渗漏工作，除了要有完善的防排水设计外，还必须有周密的防渗漏施工质量控制措施。文中结合三公箐隧道施工中隧道渗漏情况，提出防渗漏的原则及施工质量控制对策。     

换填法在处置高寒沟谷区软基中的应用

为了研究换填法在高寒沟谷区的防冻胀效果,通过数值模拟,给出了软土路基合理的换填处理深度,并在宕昌~迭部二级公路K18+100~K18+400段设置了3种不同换填深度的试验段,对温度及路面变形数据进行了监测。结果表明:采用隧道弃渣换填处理1m后的最大季节冻结深度为1.86m,大于未换填路基下的季节冻结深度1.68m。在冷季期间,经过换填处理的路基下部土体较早开始冻结。换填2m的路面变形具有较小波幅的波动,未见明显的冻胀发生;未换填的路面变形则以冻胀变形为主。利用隧道弃渣换填原天然地基的方法在高寒沟谷区软基处置中具有良好的防冻胀效果,可为后续的施工提供参考。     

寒区冻融环境下隧道衬砌结构耐久性分析

寒区冻融环境下,隧道衬砌普遍存在开裂、剥落、挂冰以及路面冒水、结冰等冻害,严重危及隧道的运营安全.结合大坂山隧道的实际工程情况,从隧道的冻害成因和冻胀机理出发,分析了围岩的冻胀膨压力对衬砌结构的作用特性和规律,以及衬砌混凝土在冻融作用下的损伤情况,得出主要结论有:围岩冻胀膨压力是影响隧道衬砌耐久性的主要因素;拱脚在断面内最先达到最不利状态,混凝土自身的特性直接影响其抗冻融破坏能力.并据此提出可行、有效的技术对策,对提高寒区冻融环境下隧道衬砌耐久性具有参考意义.     

多年冻土区隧道衬砌混凝土冻融循环试验研究

多年冻土区隧道衬砌混凝土容易受到冻融循环作用而发生冻胀破坏,威胁隧道结构安全和使用寿命。针对依托工程衬砌混凝土配合比进行了冻融循环试验,得到混凝土质量、相对动弹模量、劈裂抗拉强度和抗压强度随冻融循环次数的变化规律,并拟合了函数关系;分析了混凝土力学性能变化规律和内在原因;为提高多年冻土区隧道衬砌混凝土抗冻耐久性提出了建议。     

隧道衬砌循环缝渗漏析因及预防

隧道衬砌循环缝是衬砌逐段向前推进时的垂直施工缝，沉降缝和伸缩缝的通称，是隧道渗漏发生的主要部位，针对循环缝渗漏产生的原因，提出了一套完整的预防方法，其中包括可排水复合橡胶止水带，止水带无中间接头埋设工艺和循环缝下部排水构造等。     

橡化沥青非固化材料在沉管隧道堵漏中的应用

由于沉管隧道不同于盾构隧道，因此采用常用隧道结构渗漏封堵材料封堵沉管隧道的渗漏，效果并不是很理想。为提高沉管隧道养护施工堵漏的质量，通过外环线沉管隧道采用橡化沥青非固化防水材料试验应用，介绍了该材料的施工工序和应用效果，以供同行参考。     

地铁隧道结构裂缝产生的原因及渗漏的整治措施

地铁是人类利用地下空间的一种有效形式。地铁隧道结构裂缝是地铁运营及养护过程中常见的病害之一。结合武汉地铁既有线路的渗漏情况,系统分析了城市地铁隧道结构裂缝产生的原因,并对渗漏提出了相应的整治措施,有效控制了地铁隧道结构裂缝的发生和发展。解决隧道渗漏问题,确保结构安全运行,渗漏的整治方法将会得到更充分、更广泛的发展和应用,以期给其他相关工程提供参考和借鉴。     

阳山隧道分区防水施工技术及质量控制

针对隧道渗漏主要发生在各种接缝上,提出隧道分区防水的新技术：通过在阳山隧道的应用,取得良好的效果：