CN209510347U - 寒区隧道冻害防治结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种寒区隧道冻害防治结构，涉及隧道技术领域，包括防水层、钢板层和保温层；所述防水层贴紧设置于寒区隧道的衬砌上，由涂抹于所述衬砌表面的乳化沥青层和与所述乳化沥青层粘结的APP改性沥青防水卷材组成，所述钢板层固定连接于所述衬砌上，所述保温层夹设于所述防水层和钢板层之间；本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构，保温层在防水层和钢板层的保护下使用寿命大大提高，能够有效缓解寒区隧道内的冻害现象，提高了隧道运营期间的结构完整性从而保证行车安全。

Description

寒区隧道冻害防治结构

技术领域

本实用新型属于隧道技术领域，更具体地说，是涉及一种寒区隧道冻害防治结构。

背景技术

随着我国交通建设的不断发展，在严寒地区建设隧道的工程案例越来越多。寒区隧道受寒冷气候影响，极易发生冻害，如隧道衬砌冻胀开裂、剥落等。冻害一旦发生，不仅会使隧道发生结构性的破坏，还会使衬砌挂冰并侵入建筑限界，严重危害行车安全。

目前，国内寒区隧道主要通过铺设保温层的方式来缓解冻害，但是保温层极易受到隧道内环境及衬砌渗水影响，导致保温层仅有5-6年的使用寿命，远远无法满足隧道运营百年的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种寒区隧道冻害防治结构，旨在缓解寒区隧道内的冻害现象，延长保温层的使用寿命，提高隧道运营期间的结构完整性从而保证行车安全。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种寒区隧道冻害防治结构，包括防水层、钢板层和保温层；

所述防水层贴紧设置于寒区隧道的衬砌上，由涂抹于所述衬砌表面的乳化沥青层和与所述乳化沥青层粘结的APP改性沥青防水卷材组成；

所述钢板层固定连接于所述衬砌上；

所述保温层夹设于所述防水层和钢板层之间。

进一步地，所述钢板层由多片钢板拼接而成。

进一步地，所述钢板通过化学锚栓与所述衬砌固定连接。

进一步地，所述钢板边缘设有法兰板，相邻的所述钢板之间借助于所述法兰板相互连接。

进一步地，所述钢板为曲面钢板。

进一步地，所述保温层由聚氨酯保温材料组成。

进一步地，所述钢板层上设有用于填充所述聚氨酯保温材料的填充孔。

进一步地，所述乳化沥青的针入度为50—300，延度大于40。

进一步地，所述寒区隧道的底部两侧设有钢板层基础，所述钢板层基础材质为混凝土，所述钢板层基础用于固定支撑所述钢板层。

本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的有益效果在于：

(1)防水层的乳化沥青和APP改性沥青防水卷材具有良好的吸附性和耐久性，能够与衬砌的混凝土牢固的粘结为一体，同时乳化沥青和APP改性沥青防水卷材具有极强的防水、防渗性能，能够有效防止隧道围岩、衬砌内水分渗出，保证保温层不受渗水侵害，延长其使用寿命；

(2)保温层能够保温隔热，有效防治冻害发生；

(3)钢板层的作用有二，一是支撑和保护保温层，使保温层免遭洞内环境侵蚀，延长保温层的使用寿命；二是防止隧道衬砌冻胀开裂、剥落等冻害现象危害行车安全，保证隧道的结构完整性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的寒区隧道冻害防治结构施做于寒区隧道衬砌上的断面示意图；

图2为图1中A处的放大视图；

图3为钢板层局部的正视示意图；

图4为曲面钢板的结构组成示意图。

图中：1、衬砌，2、寒区隧道冻害防治结构，2a、防水层，2b、保温层，2c、钢板层，3、化学锚栓，4、填充孔，5、钢板，5a、法兰板，6、锚栓孔。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，现对本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构进行说明。所述寒区隧道冻害防治结构2，包括防水层2a、保温层2b和钢板层2c；防水层2a贴紧设置于寒区隧道的衬砌1上，由涂抹于衬砌1表面的乳化沥青层和与所述乳化沥青层粘结的APP改性沥青防水卷材组成；钢板层2c固定连接于衬砌1上；保温层2b夹设于防水层2a和钢板层2c之间。

本结构既可以作为预防措施应用于新建隧道中，也可以作为治理手段应用在对现有隧道进行冻害治理的工程中。应用本结构时将本结构施做在隧道的目标区段即可。应用在新建隧道中时所述目标区段一般为隧道的抗冻设防段，应用在现有隧道的冻害治理工程时，所述目标区段为出现冻害的区段。

本实施例提供的寒区隧道冻害防治结构的有益效果在于：

(1)防水层的乳化沥青和APP改性沥青防水卷材具有良好的吸附性和耐久性，能够与衬砌的混凝土牢固的粘结为一体，同时乳化沥青和APP改性沥青防水卷材具有极强的防水、防渗性能，能够有效防止隧道围岩、衬砌内水分渗出，保证保温层不受渗水侵害，延长其使用寿命；

(2)保温层能够保温隔热，有效防治冻害现象；

(3)钢板层的作用有二，一是支撑和保护保温层，使保温层免遭洞内环境侵蚀，延长保温层的使用寿命；二是防止隧道衬砌冻胀开裂、剥落等冻害现象危害行车安全，保证隧道的结构完整性。

进一步地，如图3所示，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，所述钢板层由多片钢板5拼接而成。

具体的，进行钢板5的拼接时首先在所述寒区隧道的断面周向拼接成环，多个在所述寒区隧道长度方向上的钢板环组成所述钢板层2c；进行单环拼接时，从所述寒区隧道两侧底部同时向中间拱顶进行拼接，具有较高的拼接效率；每环所述钢板之间错缝连接，即相邻两环中，钢板5的端面接缝不都是位于同一直线上，有的接缝是错开的，保证整个钢板层2c结构稳定。钢板层2c由多片钢板5拼接而成能够使钢板层2c施做便捷，易于实施。

进一步地，如图3所示，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，钢板5通过化学锚栓3与衬砌1固定连接。

具体的，钢板5上留有供化学锚栓穿过的锚栓孔6。将钢板5固定好后通过钢板5上的锚栓孔6在衬砌1上配钻打孔，最后利用化学锚栓3将钢板5固定连接于衬砌1上。在衬砌1上打孔时，钻头需穿过防水层2a。不需要所有钢板5都进行化学锚固，可一部分化学锚固，另一部分通过钢板5之间的连接进行固定。

进一步地，如图4所示，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，钢板5边缘设有法兰板5a，相邻的钢板5之间借助于法兰板5a相互连接。法兰板5a上设有供高强螺栓穿过的通孔，相邻两钢板5上贴紧的法兰板5a通过高强螺栓紧固连接。

进一步地，如图4所示，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，钢板5为曲面钢板。具体的，钢板5为Q345冷轧镀锌钢板。

进一步地，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，保温层2b由聚氨酯保温材料组成。

聚氨酯保温材料具有碳化防火、阻燃、耐高温、导热系数小且不易吸水等优点。聚氨酯保温材料的保温效果良好，但是容易受到围岩渗水的影响，通过防水层2a对聚氨酯保温材料进行保护后可大大延长其使用寿命，更好的发挥其保温功能。

进一步地，如图3所示，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，钢板层2c上设有用于填充所述聚氨酯保温材料的填充孔4。具体的，所述保温材料借助高压聚氨酯浇注机注入钢板层2c与防水层2a预留的填充间隙中。如图4所示，一般情况下，相比锚栓孔6，填充孔4尺寸大一些，以保证保温材料的注入效率。

进一步地，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，所述乳化沥青的针入度为50—300，延度大于40，保证乳化沥青具有合适的稠度和延展度。

进一步地，作为本实用新型提供的寒区隧道冻害防治结构的一种具体实施方式，所述寒区隧道的底部两侧设有钢板层基础，所述钢板层基础材质为混凝土，所述钢板层基础用于固定支撑钢板层2c。所述寒区隧道的底部两侧的钢板5与钢板层基础固定连接，钢板层基础为钢板层2c提供固定和支撑力。

下面以一个具体实施例来说明寒区隧道冻害防治结构的具体应用，此实施例以对现有隧道冻害进行治理的情况为例。

需进行冻害治理的隧道情况如下：隧道长度为3690m，跨度为13.62m，高度为10.31m，最大埋深约283m。年平均气温为4.0℃，1月平均气温为-16.4℃，7月平均气温为22.9℃；极端最高气温为36.3至37.7℃，极端最低气温为-29.2至-42.5℃，最大冻结深度为1.92m。隧址区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，局部为上层滞水。水位一般为0至5m，季节性变化幅度0.5至2m，年平均降水量为528至670mm。

隧道洞口500m范围内为抗冻设计段，其衬砌采用厚60cm的C40钢筋混凝土，其余洞身段为非抗冻设计段，衬砌采用厚60cm的C30素混凝土。该隧道非抗冻设计段(距洞口500～1000m范围内)出现了因衬砌背后积水冻胀导致的衬砌开裂渗水、鼓包、脱空、掉块等影响铁路运营安全的严重冻害。利用本实用新型提供的结构对其进行冻害治理的施做过程为：

(1)施工准备

包括拆改既有照明线路、G网线及电力电缆等设施、将施工材料运输至现场和清理衬砌表面。

铁路营业线隧道内运营设施数量和种类繁多，对称隧道中线分布有接触网线、馈线、AF线、回流线和接触网吊柱、回流线底座等既有设施，为便于施工需要对上述设施进行拆移，对不满足安全距离的AF线吊柱、回流线底座基础进行更换。拆移时搭设门式脚手架作为施工平台，按施工进度逐段进行，并随曲面钢板的安装再逐段进行恢复。

需要运送的施工材料有曲面钢板、聚氨酯和施工工具等，利用轨道平板电瓶车进行运送。施工之前将上述施工材料运送至隧道内作业面。曲面钢板采用Q345冷轧镀锌钢板，板厚为6mm，表面热浸厚度不小于84μm。单块曲面钢板尺寸为：0.945m×(1.95至3.14m)。

(2)施做防水层

在隧道内出现冻害的目标区段衬砌施做防水层，并向未出现冻害的区段适当延长一定距离，确保能够消除冻害造成的危害。在隧道衬砌表面涂抹一层热处理后的乳化沥青，乳化沥青的针入度在50-300，延度大于40；紧接着铺设APP改性沥青防水卷材，由于APP改性沥青防水卷材与乳化沥青之间具有很强的粘结性，能够牢固的粘结在一起，因此不需要对APP改性沥青防水卷材进行临时支撑。

(3)施做保温层和钢板层

逐环施做曲面钢板，环与环之间错缝连接。安装单个曲面钢板时，利用化学锚栓将曲面钢板固定于衬砌的混凝土层中，并将相邻曲面钢板相互贴紧的法兰板通过高强螺栓紧固连接。

保温层采用现场自发泡硬质聚氨酯保温材料，其厚度根据《GB50176-2016民用建筑热工设计规范》进行计算。目标区段围岩导热系数为1.36，衬砌导热系数为1.5，硬质聚氨酯保温材料导热系数为0.025，再考虑隧道运营期较长、可能出现的极端低温天气及施工的便利性，硬质聚氨酯保温材料厚度取50mm，因此曲面钢板与防水层之间预留50mm的填充间隙。

对每环进行施做时，从两侧拱底同时向中部拱顶拼接曲面钢板，直至全环闭合，每环八片曲面钢板。安装单个曲面钢板时，将曲面钢板固定好后利用M20化学锚栓进行锚固，将曲面钢板固定在隧道衬砌上。侧面边墙上的曲面钢板可以通过化学锚栓固定，中部拱顶的部分曲面钢板可以不设置化学锚栓，与相邻曲面钢板固定连接即可。全环闭合后通过M24高强螺栓将相邻曲面钢板贴紧的法兰板紧固连接，然后通过高压聚氨酯浇注机将硬质聚氨酯保温材料从曲面钢板上预留的填充孔中注入曲面钢板与防水层的填充间隙中并现场自发泡形成保温层。硬质聚氨酯保温材料厚50mm，抗拉强度不小于180KPa，导热系数不大于0.024W(m·K)，吸水率不大于3％，其碳化防火、阻燃、耐高温，燃烧等级为B1，高温下不产生有害气体，具有良好的保温效果。

(4)施做钢板层基础

在隧道两侧拱底的原电力电缆槽内施做钢板层基础，完成后将两侧拱底的曲面钢板与钢板层基础固定连接。钢板层基础施做过程如下：利用人工风镐对原电力电缆槽底混凝土进行凿毛处理并采用手持电钻每隔30cm钻孔并保证钻孔顺直成线；安装螺纹钢作为新旧混凝土的接茬钢筋，并安装钢板层基础钢筋网片；每隔30cm预埋M20地脚螺栓，与接茬钢筋焊接固定；地脚螺栓与钢筋安装检查完成后，安装钢板层基础侧模并加固；使用C35商品混凝土浇筑、人工振捣密实，收面平整，完成施工。

在洞外自然温度-18℃至-20℃情况，该隧道冻害治理的目标区段的围岩温度均为正温，隧道衬砌与初期支护接触面温度均大于3℃，有效的避免了隧道衬砌背后积水冻胀的发生，并可有效保障治理段冬季排水通畅。寒区隧道采用本结构进行冻害防治，施工速度快、保温效果好，具有良好的应用前景。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：包括

防水层，贴紧设置于寒区隧道的衬砌上，由涂抹于所述衬砌表面的乳化沥青层和与所述乳化沥青层粘结的APP改性沥青防水卷材组成；

钢板层，固定连接于所述衬砌上；

保温层，夹设于所述防水层和钢板层之间。

2.如权利要求1所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述钢板层由多片钢板拼接而成。

3.如权利要求2所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述钢板通过化学锚栓与所述衬砌固定连接。

4.如权利要求2所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述钢板边缘设有法兰板，相邻的所述钢板之间借助于所述法兰板相互连接。

5.如权利要求2所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述钢板为曲面钢板。

6.如权利要求1所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述保温层由聚氨酯保温材料组成。

7.如权利要求6所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述钢板层上设有用于填充所述聚氨酯保温材料的填充孔。

8.如权利要求1所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述乳化沥青的针入度为50—300，延度大于40。

9.如权利要求1所述的寒区隧道冻害防治结构，其特征在于：所述寒区隧道的底部两侧设有钢板层基础，所述钢板层基础材质为混凝土，所述钢板层基础用于固定支撑所述钢板层。