寒冷地区铁路隧道防排水设施冻害浅析.pdf

2 0 1 1年第 7期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 63 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 6 3 - 0 4 寒冷地 区铁路 隧道 防排水设施冻 害浅析 宋顺 德 ( 沈阳铁路局 工程 管理中心 ， 沈 阳1 1 0 0 0 1 ) 摘要 ： 分析新建东北东部铁路通道 白河至和龙段隧道防排水设施发生冻害的机理 ， 指 出应根据局部 气候 条件 确定 防排 水设 施 防冻 害标 准 ， 部 分防排 水设 施 宜采 用较 高一级 的构 造措施 ， 施 工 中特别 注意 防冻措 施 细节 处理 ， 尽 量 减 少冷桥 。 关键 词 ： 寒 冷地 区 隧道 防排 水 冻 害 中 图分 类 号 ： U 4 5 3 6 ； U 4 5 7 5 文献标 识码 ： B 新建东北东部铁路通道 白河至和龙段工程是沈阳 铁路局在东北东部严寒山区组织建设的第一条集长隧 道、 高桥 、 高路堤 、 深路堑为一体 的山区铁路。该工程 于 2 0 0 6年 4月 2 8日开 工建 设 ， 2 0 0 8年 1 2月 2 0日开 通运营 ， 运营 2年来有部分隧道防排水设施发生冻害， 分析隧道冻害发生机理 ， 及时采取治理措施 ， 保证列车 安全运营 ， 同时， 为严寒山区新建隧道设计和施工提供 参 考 。 l 东北东部铁 路通道隧道概况 新建东北东部铁路通道 白河至和龙段铁路位于吉 林省延边朝鲜族 自治州境 内， 全长 1 0 3 2 6 9 k m， 新建 隧道 7座 ， 隧道延 长 l 8 4 2 k m， 其 中南 山隧道 全长 7 5 6 6 m， 是东北地区目前最长的铁路单线隧道。沿线 隧道分布情况见表 1 。 表 1隧道情况表 全线隧道大部分表覆地层为第 四系地层 ， 洞身穿 越 区多为片麻岩或花岗岩、 砾岩、 砂岩 ， 沿线河流众多 ， 西 部属 松 花江水 系 ， 东部 属 图们 江水 系 ， 地下 水类 型分 为第四系孑 L 隙潜水 、 基岩裂隙水 、 构造裂隙水 3种。 沿线 属 于 中温带 湿 润 大 陆 性 季风 气 候 区 、 冬 季 漫 长 而严寒 多雪 ， 夏 季 凉 爽 并低 温 多 雨 ， 雨 季在 6月 一7 月 。沿线 最冷 月 平均 气 温 一1 2 1 0 一l 2 6 9 ， 按 对铁路工程影响的气候区间属寒冷地区。根据历年气 象和调查资料 ， 沿线土壤最大冻结深度 1 5 01 8 6 m。 隧道衬砌均采用复合式衬砌 ， 、 级围岩采用带 底板的曲墙复合式衬砌 ， 、 V级采用仰拱曲墙复合式 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 3 1 5 ； 修 回日期 ： 2 0 1 1 0 4 2 0 作者简介 ： 宋顺德 ( 1 9 6 4 一) ， 男 ， 吉林省吉林市人 ， 高 级工程 师。 衬砌。隧道二次衬砌采用 防水混凝土 ， 抗渗等级不低 于 P 8 ； 复合防水板厚度不小于 1 2 m m； 隧道 内设双侧 保温排水沟， 采用双层盖板新型聚胺脂泡沫保温 ； 保温 水沟高洞 口端 4 0 0 m， 低洞 口端 4 5 0 m， 洞外用暗管( 内 径不小于 5 0( 3 13 1 混凝土圆管) 排水， 出水 口保温。隧道 二次衬砌背后设置纵 、 环向排水盲沟 ， 盲沟采用透水式 软 管盲 沟 ； 拱 墙施 工缝 处 采 用 外 贴止 水 带 和 遇 水膨 胀 止水条复合防水措施 ； 拱墙变形缝采用 中埋式止水 带 与遇水膨胀橡胶条 、 嵌缝材料复合防水构造。 2 冻害原 因分析 2 1冻害发 生情 况 荒沟等 4座隧道无冻害 ， 与荒沟隧道相邻 的南 山 隧道 ， 2 0 0 9年 1月 高洞 1： 3 端 ( 进 口) 保 温 水 沟冻 结 铁道建筑 1 9 0 0 m， 少量施工缝渗漏水 ， 当年采取 了加强保 温措 施 ， 推迟至 2 0 1 0年 2月高洞 口( 进 口) 端保温水 沟冻 结 6 0 0 m， 少量施工缝渗漏水 。青 山里隧道 ， 2 0 0 9年 1 月低洞 口( 出 口) 端保温水沟冻结 3 0 m， 2 0 1 0年 1月 到 2月冻结逐渐发展至 1 4 0 Il l 。松月 1号隧道 ， 2 0 1 0 年 1月到 2月低洞 口( 出 口) 端保温水沟冻结 逐渐发 展 至 8 0 m。 根据 铁 路 隧 道 防排 水 技 术 规 范( T B I O 1 1 9 2 0 0 0 J 7 2 -2 0 0 1 )中 7 4 2规 定 最 冷 月 平 均 气 温 在 一 1 0 以下地 区 ， 按表 2选 用排水 形 式 。 表 2隧道 排水形式 白河 至 和龙段 隧 道 群 地处 和龙 地 区 ， 最 冷 月 平 均 温度 一1 2 6 9 ， 最大冻深 1 5 m。按 表 2用保 温水 沟 ， 理论上不应 出现冻害。另外 ， 荒沟隧道与南山隧道 紧连 ， 荒沟隧道无冻害， 南山隧道土层冻结深度浅、 高 程低 ， 却发 生严重冻 害， 保温水 沟冻结长 达1 9 0 0 m。 青 山里、 松月 1号隧道与南山隧道走向相同， 防寒结构 也相同 ， 南山低洞 口端无冻 害， 青 山里 、 松月 1号 隧道 却在 低洞 口端发生 冻 害 ， 荒 沟 、 南 山 、 青 山里 、 松月 1号 隧道 冻 害位 置示 意见 图 1 。 图 1 荒沟 、 南山 、 青 山里、 松月 1号隧道冻害位置示意 2 2 1 冻 害形 成过 程 经 过近 两年 的观测 和分 析 ， 冻害 形成 过程 见 图 2 。 图 2冻 害形 成 过程 2 2 2保 温水 沟 冻害机 理分 析 和龙市气象局提供的部分 2 0 0 8 、 2 0 0 9 、 2 0 1 0冬季 气温及风向资料见表 3 ， 2 0 0 9年 l 2月 1 9日至 2 0 1 0年 2月 2 3日， 和龙 市与南 山隧道进 口端、 隧道 内温度对 比见 图 3 。 1 ) 经测试南山隧道进 口端洞内最低温度分布为 ， 距洞口 5 0 0 m范围内温度低于 一1 5 o C； 5 0 0 9 0 0 1 T I ， 温 度低 于 一1 O o C； 9 0 0 I n以远 ， 温度 低 于 一 5 。南 山 隧道进 口端 5 0 0 i n范 围 内， 寒 冷 月 平 均 气 温 低 于 一 1 5， 宜归属于 一1 5区， 应采用中心深埋排水 沟形式 ， 而实际采用的保温水沟的形式 ， 就有可能发生 冻害 ， 这说明在设计隧道排水形式时， 应考虑隧道 内的 2 2冻 害过程 及机 理分 析 局 部气 候条 件 。 表 3和龙市气 象局提供的部分 2 0 0 8年 、 2 0 0 9年 和 2 0 1 0年 冬季气温 及风向资料 注 ： S为南 风， w 为西 风， N为北风。 2 0 1 1 年第 7期 寒冷地区铁路隧道防排水设施冻害浅析 6 5 越 赠 2 0 2 5 30 3 5 n 0 0 0 0 一 0 - _ 一 一 - q t q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o t q t q 日期 ( 年一 月一 日) 图 3 和龙市与南 山隧道进 口端 、 隧道内温度对 比 2 ) 图 4为南 山隧道走 向与冬 季寒 冷月主导风 向 关系示意图。分析可知 ， 南 山隧道 2 0 0 9年冬 ， 寒冷月 1 2月主导风 向与隧道走 向垂直 ， 不 易形成持续低 温； 2 0 1 0年冬 ， 寒冷 月 1月 3月 连续 三 个 月 主导 风 向与 隧道几乎平 行， 持 续时 间长， 且 线路坡 度 为 9 5 。 下 坡 ， 进 口端对流频繁 ， 降温快、 易形成持续低温， 虽当年 加强了保温措施 ， 但仍形成冻害。 北N l 2 月风 向 西W J f l 2 、3 月风 向 1 月风 向 图 4 南 山隧道走 向与 2 0 0 9年 1 2月至 2 0 1 0年 3月主导风向关系示意 东 E 3 ) 图 5为荒沟隧道走 向与冬季寒冷月主导风 向 关 系示意 图。从 图 上分 析 可 知 ： 荒 沟 隧 道 2 0 0 9年冬 ， 寒冷月 l 2月 主导风 向与隧道走 向平行 ， 但持续 时间 短 ， 且线 路坡 度 为 3 5 。 上 坡 ， 不 易形 成持 续低 温 ； 2 0 1 0年冬 ， 寒 冷 月 13月 连 续 三个 月 主 导 风 向 与 隧 道走向垂直 ， 持续 时间长 ， 不易形成持续低 温， 不易形 成冻害。 4 ) 经过二年观测、 分析 ， 隧道有地 下水是判断冻 害隐患的必要条件 ， 高洞端冬季寒冷月迎风 ， 持续时间 长 ， 对流频繁 ， 易形成持续低温 ， 有地下水 ， 无论大小 ， l 2月 西W ： 1 隧道走向，和 350 o上 2 、3 月风向 1 日 矗 向 图 5 荒沟隧道走 向与 2 0 0 9年 1 2月 至 2 0 1 0年 3月主导风向关系示意 均易发生冻害。 5 ) 青山里、 松月 1 号 隧道 2 0 1 0年 13月在低洞 口端发生冻害， 二座 隧道海拔 5 0 06 0 0 m， 气 温条件 与和龙市内基本相同， 经观测 、 分析是洞 口至洞外保暖 水沟检查井间排水沟保温措施不足 ， 冻结后 ， 致使洞内 排 水梗 阻 ， 水 溢 出排 水沟 发生 冻害 。 2 3 施工缝 冬 季渗漏 水 结冰机 理 2 0 0 9年、 2 0 1 0年隧道施工缝渗漏水均发生在冬季 1 3月 ， 其它时间无渗漏现象， 分析原 因是 ： 隧道二 侧排水沟冻死后 ， 排水沟梗阻 ， 泄水孔、 盲管排水受阻， 原无压 、 有序排水变为有压 、 无序排水 ， 地下水排水受 阻 ， 承压后在防水薄弱部位施工缝处渗漏 ， 持续低 温而结冰。拱顶未实施二衬回填注浆 ， 起拱线至拱 顶二衬顶面是水平面 ( 塌落度大 ) ， 上拱是 曲面 ， 纵 向 是坡面 ， 且 山岭隧道纵坡都较大 ， 因此存在施工空洞是 必然的 ， 富水洞必存有水囊 ， 是形成渗漏的多发部位 ， 故必须回填注浆堵死 ， 才能消除隐患。 66 铁道建筑 Ra i l w a y En g i n e e r i n g J u l y ， 2 0 1 1 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 6 6 0 4 杭州地铁 1号线盾构选型探讨 沈林冲 ， 张金 荣 ， 秦建设 ， 黄先锋 ， 郭 爱 国 ， 王 勇 ( 1 杭州市地铁集 团有 限责任公 司 ， 杭州 3 1 0 0 2 0 ；2 中国科学院 武汉岩土力学研究所 岩 土力学 与工程国家重点实验室 ， 武汉 4 3 0 0 7 1 ) 摘要 ： 盾 构 法隧道 的施 工 已广 泛应 用 于城 市地铁 建 设 中。 由 于城 市地 下 空 间的 工程 地 质和 水 文 地 质条 件复杂、 地层的工程性质差异大、 环境和施工条件 恶劣， 盾构机的选型正确与否 ， 在很大程度上决定了工 程施 Y - 的成 败 。针 对 杭 州地铁 1号 线所 遇 的特殊 复 杂 工程 条件 ， 结合 盾构 选型 的原 则与 方法 ， 提 出适 用 于 地铁 隧道 施 工用 的盾构 机机 型及 其 配置 的特 殊技 术要 求 ， 从 选 型 的 角度探 讨适 合 本 工程 的施 工 盾构 机 。 关键 词 ： 地铁 隧道 盾构机 盾构 选型 不利 因素 中图分 类号 ： U 4 5 5 4 3 文献标 识 码 ： B l 工程概 况 杭 州市 地铁 l号线 为 连 接 中心 城 核 心 区与 江南 、 临平 、 下 沙 副城 中 心 区 的骨 干 线 路 。线 路 南 起 萧 山湘 湖杭州乐园， 到达九堡公 路客运 中心 站， 线路在 此向 东 、 向北分成下沙段 、 临平段。下沙段线路沿九沙大道 向东， 止于杭州经济技术开发区东部居住区； 临平段线 路沿 0 1省道 向北， 过临平 山， 终止于余杭经济开发区。 1号线线路全长 6 1 6 7 k m， 其 中地 下线 4 5 0 5 k m， 地 面线 0 3 0 k m， 高架线 1 5 4 3 k m， 地上地下过渡段 0 8 9 k m。设车站 3 7座 ， 其中： 2 9座地下站、 8座高架站。 本工程隧道结构采用 预制钢筋混凝土管片 ， 管片 外 径 6 2 IT I 、 内径 5 5 m、 厚度 0 3 5 i n 、 环 宽 1 2 m， 每 环管片数为 ( 5+1 ) 块 ， 中心孔 吊装 ， 错缝 拼接。线路 收稿日期： 2 0 1 0 1 2 - 2 0； 修回 日期 ： 2 0 1 1 0 4 2 0 作者简 介 ： 沈林冲( 1 9 5 9 一) ， 男 ， 浙江慈溪人 ， 高级工程师 ， 硕士。 最小曲线半径 4 0 0 m， 最大纵坡为 2 8 0 ， 隧道覆盖层最 深 约 2 8 1 m， 最 浅约 5 0 m。 2工程及水文地质概况 杭州地铁 l号线穿过的区域基本都属于第四系冲 海积 、 海相及河流相沉积地层 ， 大致可分为两个地貌区 域 。临平 艮山门站及湖滨站 萧山区间为钱塘江河 口冲海积平原地貌 ， 素填土下一般分布有 1 0 2 0 m的 钱塘江冲积沉积相砂质粉土 、 粉砂层 ， 该层之下分布有 厚 层 淤泥 质 黏 土 和 淤 泥 质 粉 质 黏 土 。对 地 铁 施 工 而 言， 此种地质条件易导致坍塌变形 ； 地下水作用下易出 现流 砂 ； 下卧 软土层 对地 下 车站 围护墙 变形 较 为不利 ， 区间隧道易产生工后沉降。艮山门站 湖滨站区间为 滨海相沉积平原地貌 ， 上部或无砂质粉土、 粉砂层， 或 很薄， 硬壳层下为深厚的饱和滨海相淤泥质软土层 ， 工 程性 能差 ， 系地铁 车 站 和盾 构 区间 开挖 和掘 进 的主 要 土层 。 3结论与建议 1 ) 冻害地 区隧道防排水设计施工 ， 不能笼统以区 域气象资料为依据 ， 应搜集隧道所在位置的气象资料 ， 明确局部气候条件后 ， 确定 防排水设施防冻害标准。 2 ) 充分考虑隧道海拔高度 、 隧道走 向与寒冷季节 主导风向的关系 、 线路坡度等因素， 条件不利时， 经充 分论证后 ， 部分防排水设施 宜采用较高一级 的构造措 施 。 3 ) 施工过程 中做好气温 、 风 向、 地下水观测 ， 取得 第一手资料 ， 特别注意防冻措施细节处理 ， 尽量减少冷 桥 ， 为优化防排水防冻措施 及冻害整治提供基础数据 与资料 。 参 考 文 献 1 中华人民共和国铁道部 T B 1 0 1 1 9 2 0 0 0 J 7 2 2 0 O 1 铁路 隧道 防排 水技 术规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 1 2 刘 春和 铁路 隧道 防排水 工程 病害整治 J 铁 道建筑 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 6 9 7 1 ( 责任审编 王红)