[发明专利]季节冻土区隧道冻害预防的一种方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程领域、冻土工程领域和防护工程领域的一种有效用于季节冻土区隧道冻害预防的方法。

技术背景

我国是一个冻土大国，在世界四大冻土国中位居第三，多年冻土与季节冻土累计分布面积达7.29×10⁶km²，其中季节冻土面积达5.14×10⁶km²(占国土面积54％)、冻深超过0.5m且对工程有重要影响的季节冻土面积达4.46×10⁶km²、冻深超过1.5m且对工程有严重影响的深季节冻土面积达3.67×10⁶km²。近年，我国日益加快高等级公路、高速公路、重载铁路、高速铁路、快速客运专线等建设，而这些重大交通基础设施足有2/3-1/2均位于季节冻土区。由于我国多山地、多丘陵，致使很多分布于季节冻土区公路或铁路沿线均存在不少隧道，运行中的隧道经常发生冻融病害与病害致灾。然而，迄今国内外一致缺乏季节冻土区隧道冻害预防的经济节减的有效方法，其中一些来自多年冻土区工程防冻害经验的冻害预防方法不符合季节冻土的“冻、融”实际。目前，由于任何保温材料在长达3个月-6个月的寒冷冬季势必在隧道近洞围岩-衬砌-洞内空气-洞外空气形成平衡的统一负温场，季节冻土区隧道冻害预防较多采用“保温”措施收效很小，且防冻费用增加显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效用于季节冻土区隧道止水防冻的方法，它可以作为季节冻土区隧道施工期冻害预防与工程处理的有效技术途径，有效地用于指导季节冻土区隧道的冻害预防工程的设计与施工。

与多年冻土区隧道采用保温措施显著不同，本发明方法针对季节冻土区的冻胀与融沉的基本规律，采用物理方法消除隧道中土体的水分，从根本上避免隧道的冻害问题，形成一套止水防冻综合技术。

本发明方法包括：充分利用高度密实的生石灰层的止水性能，封堵围岩中地下水向衬砌(二衬)渗流的通道，从而大幅度减轻或避免隧道发生冻融破坏；在生石灰层之外铺设一层防水板，目的在于增加一个止水层，进一步提高止水的可靠度；在防水板之外设置一层苯板，一方面起止水作用，而更重要的是消减因生石灰层反应体积微膨胀而对二衬产生的膨胀压力。当围岩中水渗入生石灰层时，水便与生石灰、二氧化碳发生化学反应而生成微溶性且强度较高、密实度较大的碳酸氢钙，碳酸氢钙进一步分解(脱水)而形成难溶性且强度更高、密实度更大的碳酸钙，由于所生成的碳酸氢钙与碳酸钙的体积微大于生石灰的体积，并且碳酸氢钙、碳酸钙的密实度也大于生石灰，因此不仅显著密实了生石灰层，而且大大提高了生石灰层的强度与稳定性、耐久性，从而达到隧道长期止水防冻的目的。

本发明具有以下有益效果：

本发明的工程应用能够解决长期困扰冻土工程界的隧道冻融病害与病害致灾控制的棘手难题，可有效地指导季节冻土区隧道冻害预防的设计与施工，并可以用于隧道冻害综合防治的设计优化和施工方案合理确定，保证植被护坡用于强降雨条件下边坡加固的科学性与合理性。并且具有理念先进、原理科学、技术可靠、设计简单、施工快捷、经济节减等诸多优势。本发明在国内外均拥有极其广泛的推广应用前景。

附图说明

图1是本发明中涉及到的季节冻土区隧道止水防冻综合技术示意图。

具体实施方式

本发明还给出了季节冻土区隧道止水防冻方法的实施步骤，如下。

(1)隧道开挖之后，按照设计要求，及时施做一衬，以控制围岩变形与破坏。

(2)在一衬之外，支填筑生石灰层的模(净宽20cm-30cm，即生石灰层的厚度)。

(3)向生石灰层的模中分层填筑生石灰。填筑要求：每一层生石灰的虚厚度30cm-35cm，振捣密实至厚度18cm-23cm。

(4)生石灰层填筑完成之后，妥善拆除模板。拆模要求：小心动作，避免破坏生石灰层。

(5)生石灰层之外，铺一层防水板。

(6)在防水板之外，黏贴一层10cm厚的苯板。

(7)在苯板之外，及时施做二衬。