新建东北东部铁路通道白河至和龙段工程

1. 新建东北东部铁路通道白河至和龙段工程 隧道防排水设施冻害整治总结汇报

2. 汇 报 共 分 四 部 分 一、工程及隧道概况 二、冻害问题发现及整治 三、冻害原因及机理分析 四、几点思考和建议

3. 汇 报 共 分 四 部 分 一、工程及隧道概况

4. 一、工程及隧道概况 (一) 工程概况 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103.269公里。其中路基77.18km，路基土石方1538.61万立方米；新建特大桥8座，大桥16座，中桥1座，小桥11座，桥梁长度12.04km；隧道7座，隧道长度18.42km，桥梁隧道占线路长度的28.3%；涵洞182座；公路桥13座；铺轨129.376公里；新建房屋18518平方米；电力贯通线117.34公里。工程总工期为36个月。工程清理概算为21.7623亿元。

5. 一、工程及隧道概况 (二) 隧道设计概况 1.沿线隧道分布情况 隧道表 表1

6. 一、工程及隧道概况 2．隧道 设计情况 （1）工程地质及水文地质 全线隧道大部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，大致以南岗山脉为分水岭，西部属松花江水系，东部属图们江水系。 沿线地下水类型分为第四系孔隙潜水，基岩裂隙水，构造裂隙水三种。

7. 一、工程及隧道概况 （2）设计调查区域气象特征 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6～7月份。沿线最冷月平均气温－12.1～ -12.69℃,按对铁路工程影响的气候区间属寒冷地区.沿线松江镇、和龙市主要气象要素如下(1995～2004年)。见表2

8. 一、工程及隧道概况 松江镇、和龙市主要气象要素 表2

9. 一、工程及隧道概况 根据历年气象和调查资料,沿线土壤最大冻结深度: 浑白线K216+700～DK60+000 1.86m DK60+000～和龙线K47+900 1.5m （3）衬砌支护类型 本线隧道衬砌均采用复合式衬砌，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用带底板的曲墙复合式衬砌，Ⅳ、Ⅴ级采用仰拱曲墙复合式衬砌。

10. 一、工程及隧道概况 （4）防水及排水 a. 隧道二次衬砌采用防水混凝土，抗渗等级不低于P8。复合防水板厚度不小于1.2mm。 b.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；保温水沟位置及长度：高洞口端400m，低洞口端450m设置。洞外用暗管（内径不小于50cm混凝土圆管）排水，出水口保温。 c.隧道二次衬砌背后设置纵、环向排水盲管，盲管采用透水式软管盲管。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，见图1。

11. 一、工程及隧道概况

12. 一、工程及隧道概况 新建东北东部铁路通道白河至和龙段铁路是沈阳铁路局建局以来，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。工程作业条件艰苦，技术复杂，点多、线长，有效施工期短，建设管理跨度大、难度大。南山隧道全长7566m ,是东北地区当时最长的铁路单线隧道。 工程于2006年4月28日开工建设，2008年12月20日通过初步验收，并开通运营。

13. 汇 报 共 分 四 部 分 二、冻害问题发现及整治

14. 二、冻害问题发现及整治 • 2008年至2009年冬季冻害情况 • 2009年至2010年整治 • 2010年至2011年整治

15. 二、冻害问题发现及整治 （一）2008年至2009年冬季冻害情况 隧道在施工完成至初验及全线2008年12月20日开通运营时均未发现防排水设施冻害及渗漏水问题。 2009年1月9日，建设指挥部、监理站、中铁十二局及图门工务段组织进行例行检查中，发现南山隧道、青山里隧道、松月一号隧道，少量施工缝位置均出现不同程度的渗漏水现象，发现此问题后各单位高度重视，初步进行了原因分析，采取了处理措施，由中铁十二局组织人员对现场进行清理，主要是清除积水结冰，确保行车安全。

16. 二、冻害问题发现及整治 2009年2月20日，南山隧道入口端至洞内1.9km双侧排水沟结冰冻死，冒水严重，失去了排水作用。对此路局高度重视，及时组织建设指挥部、设计、监理、施工及设备管理单位进行原因分析并研究整治方案，现场由中铁十二局组织人员监护，清除积水水结冰，确保行车安全。 冻害见下图

17. 二、冻害问题发现及整治

18. 二、冻害问题发现及整治

19. 二、冻害问题发现及整治 （二）2009年至2010年整治 　 　 针对南山隧道冻害，指挥部请路局有关专家，会同设计、施工单位一道现场分析、调研后，由吉林铁道勘察设计院完成了隧道冻害整治方案，2009年8月至11月由中铁十二局施工，对渗漏水和隧道排水沟冻害进行了治理，并对南山隧道洞口及洞外温度进行了人工观测。

20. 二、冻害问题发现及整治 1．南山隧道排水沟冻害整治： （1）南山隧道进口双侧保温水沟长度由原设计的400m增加至1400m。 （2）隧道纵向距进口800m范围内，双侧保温水沟和电缆槽顶部增设保温板，保温板单侧横向长80cm，厚度8cm，长度800m，其上铺设7cm厚的钢筋混凝土盖板。 （3）进口5m范围的电缆槽用保温材料填塞密实。

21. 二、冻害问题发现及整治 （4）整体道床沿隧道纵向距隧道进口(高洞口端)800m范围内，横向电缆槽外侧0.5m范围内增设保温层，支撑块位置不铺设保温层，厚度5cm，下设液体胶粘结于道床，上设3cm厚砂浆抹面保护层，保护层中间设热镀锌钢丝网，钢丝网采用￠3钢丝，间距10mm×10mm，钢丝网搭接长度光边不应少于50mm,毛边应不少于80mm，钢丝的抗拉强度不得低于450MPa。具体设计见下图

22. 二、冻害问题发现及整治

23. 二、冻害问题发现及整治 2．施工缝位置渗漏水治理 南山隧道、青山里隧道、松月一号隧道衬砌施工缝渗漏水处理，沿施工缝钻孔，孔深约10cm，间距20～30cm,向孔内压注堵漏剂浆液，堵漏剂浆液必须连续充满施工缝，起到封堵作用，压浆完成后对施工缝表面进行修补，确保表面平整光滑。

24. 二、冻害问题发现及整治 3. 整治效果及冻害情况 （1）排水沟整治后，在2009-2010年冬季气温异常偏低情况下(根据和龙气象局提拱的气温资料，比去年低3℃)，进口端冻结长度由2009年的1900m减少至600m； （2）施工缝堵漏后，进口端500m范围内个别施工缝须重新处理。

25. 二、冻害问题发现及整治 （3）南山隧道冻害 2010年2月5日发现距进洞口100～230米段侧沟开始冒水结冻，侧沟结冰逐渐向洞内延长，2010年3月19日距洞口370～430米侧沟冒水结冰。 经凿开侧沟检查发现：距进洞口100米处、270米处、400米处、430米处保温层下排水沟整个断面结冰堵塞；距洞口490米处、550米处保温层下侧沟有少量结冰，未见水流；距洞口620米处侧沟未结冰，未见水流。 双侧保温水沟结冻长度约620米。冻害见下图

26. 二、冻害问题发现及整治

27. 二、冻害问题发现及整治 （4）青山里隧道冻害 2010年1月6日发现出口端侧沟开始结冻冒水，至2月23日结冻长度140米，结冻长度未继续发展。 部分衬砌施工缝位置渗水。 （5）松月一号隧道冻害 2010年1月25日出口端侧沟结冻冒水，至2月23日结冻长度达到80米。结冻长度未继续发展。 部分衬砌施工缝位置渗水。冻害见下图

28. 二、冻害问题发现及整治

29. 二、冻害问题发现及整治 （6）南山隧道进口端温度人工观测 2009年12月19日开始对南山隧道进口端进行人工温度观测，至2010年2月23日结束。洞外最低温度-31℃。具体见表3

30. 二、冻害问题发现及整治

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33. 二、冻害问题发现及整治

34. 二、冻害问题发现及整治

35. 二、冻害问题发现及整治 （三）2010年至2011年整治 2010年4月29日铁道部工程设计鉴定中心在沈阳铁路局组织召开了“严寒地区隧道防冻害技术专家研讨会”。会议认为“鉴于目前既有寒区隧道冻害及拟建寒区隧道的数量增加较多，而我国铁路隧道防冻害技术体系有待进一步完善，有必要设立科研专项加以研究，以期攻克此项难题。” 根据会议精神，在部鉴定中心关心指导下， 2010年6月，沈阳铁路局组织局工程管理所、局科研所共同确立了路局科研课题《隧道防排水设施防冻害的研究》。

36. 二、冻害问题发现及整治 1．隧道防排水冻害整治研究关键技术 （1）由双层保温水沟和在保温水沟及电缆槽顶部增设保温板组成的基础保温设施实现排水沟内温度变化幅度衰减，相位延迟，距洞口700米以外排水沟不冻结的基础保温功能。 　（2）研制用电加热装置辅助防治隧道冻害，形成包括温度自动采集模块、视频录像模块、智能仪表温控模块以及排水加温电缆等部分组成的辅助保温系统，实现南山隧道洞口至700米范围内排水沟自动加温功能；实现南山隧道洞口至720米范围内排水沟和隧道空间温度自动采集功能；实现300米处左右排水沟内视频监视功能。 （3）根据东北东部铁路通道白河至和龙段工程南山等隧道发生冻害的调查分析，通过对隧道内外、排水沟内外等局部气候条件监测数据的积累，找出温度变化关系，并对保温措施、冻害防治实际效果进行跟踪，分析冻害产生过程和发生机理，进而为隧道防排水设施防冻设计、施工提供技术依据和注意事项。

37. 二、冻害问题发现及整治 2. 电加热辅助保温设施简介 整个系统分为排水加温装置、温度自动采集装置、视频管理装置及管理软件系统等四大部分。各个装置的功能相对独立，都可以单独使用。见下图

38. 二、冻害问题发现及整治 使用的控制和监视设备

39. 二、冻害问题发现及整治 实时监控排水沟冻害

40. 二、冻害问题发现及整治 自动温度监控设备

41. 二、冻害问题发现及整治 3. 整治效果 2010年至2011年冬季，南山隧道高洞口端保温水沟没有冻结现象，排水沟安装有加温电缆的700米范围内施工缝没有渗漏水现象，无冻害发生。

42. 4. 辅助保温设施维护及相关问题、建议 （1）电加热辅助保温设施开通使用以来，已经过2010年至2011年、2011年至2012年两个冬季的使用，隧道无冻害发生，平均每个冬季电费在5万元左右，能够做到高效、节能。 （2）2012年9月进行设备巡检，发现电加热辅助保温设施存在部分加热电缆、控制仪表失效。分析原因主要是隧道内环境恶劣造成，电加热辅助保温设施需要每年定期维护和检修。

43. 汇 报 共 分 四 部 分 三、冻害过程及机理分析

44. 三、冻害过程及机理分析 • 初期认识分析 • 改进基础保温措施后，认识分析 • 采用电加热辅助保温措施后，认识分析 • 温度梯度分析 • 机理分析

45. 三、冻害过程及机理分析 （一）初期认识分析 1．隧道施工缝渗漏水 2009、2010年隧道施工缝渗漏水均发生在冬季1-4月，其它时间无渗漏现象。初步分析原因是: （1）隧道二侧排水沟冻死后，使得原排水方式为无压排水变成有压排水，有序排水变成无序排水，而施工缝防排水设施最薄弱，水位上升压力过大造成水流从施工缝部位渗漏； （2）起拱线至拱顶未实施二衬回填注浆。

46. 三、冻害过程及机理分析 2．隧道二侧排水沟冻结 2008年至2009年冬季，南山隧道（k68+928—k76+494）进口端（高洞口端）出现二侧排水沟结冻，距洞口1.9km范围内双侧排水沟结冰冻死。青山里隧道（k80+718—k81+980）出口端（低洞口端）右侧排水沟冻结30m,未形成冻害。其他隧道排水沟未出现结冻和冻害。 分析原因是： （1）保温水沟设置长度不足，排水沟二侧存在冷桥； （2）低温持续时间长。

47. 三、冻害过程及机理分析 （二）改进基础保温措施后，认识分析 2009年至2010年冬季，南山隧道（k68+928—k76+494）进口端（高洞口端）出现二侧排水沟结冻，距洞口600m范围内双侧排水沟结冰冻死。 分析原因是： （1）改进后的保温措施存在细节不足； （2）南山隧道进口端气候条件异常； （3）进口端190m至250m范围地下水丰富。

48. 三、冻害过程及机理分析 （三）采用电加热辅助保温措施后，认识分析 2010年至2011年、2011年至2012年两个冬季，南山隧道进口端保温水沟没有冻结现象，排水沟安装有加温电缆的700米范围内施工缝没有渗漏水现象，无冻害发生。 防止排水沟冻结是不发生冻害的关键。冻害形成过程，见下图。

49. 降温持续低温 保温水沟开始水面冻结 保温水沟断面冻实， 形成排水梗阻 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 排水梗阻，原无压、有序排水变为有压、无序排水 地下水排水受阻、承压 在防水薄弱部位——施工缝处渗漏 水沟水溢出，路肩结冰、逐渐增多 形成冰堆、增高，严重可危及行车 形成冰溜、冰柱，严重可危及行车 三、冻害过程及机理分析

50. 三、冻害过程及机理分析 （四）温度梯度分析 1. 2010年至2011年冬季温度梯度分析 （1）温度数据