馬志富， 楊昌賢

(中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司， 天津 300308)

0 引言

與一般地區(qū)相比，寒區(qū)隧道工程最顯著的特點(diǎn)是所處環(huán)境會隨四季更迭交替而周期性出現(xiàn)氣溫從0 ℃以上下降到0 ℃以下并長時間處于0 ℃以下的變化過程，而伴隨著這個變化過程雖然較長隧道洞身范圍的圍巖仍可能處于恒溫帶內(nèi)，但隧道洞內(nèi)及其周邊一定范圍的圍巖均可能處于負(fù)溫區(qū)內(nèi)。而當(dāng)處于負(fù)溫區(qū)范圍的圍巖、隧道初期支護(hù)、初期支護(hù)與二次襯砌間隙及二次襯砌混凝土結(jié)構(gòu)等部位含水時，必然經(jīng)歷著由非凍結(jié)狀態(tài)到凍結(jié)狀態(tài)的凍融變化過程，這種周期性的凍融過程對寒區(qū)隧道的防排水系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響。大量的工程實(shí)踐[1-3]表明，寒區(qū)隧道的凍害多是由于隧道排水設(shè)計不當(dāng)或排水設(shè)施失效導(dǎo)致的。

針對寒區(qū)隧道的凍害問題，近年來工程技術(shù)人員依托不同項目開展了大量的研究工作，取得了系列研究成果。陳學(xué)峰[1]提出寒區(qū)隧道凍害防治應(yīng)采取多道防線、綜合治理的原則，并應(yīng)與隧道防排水技術(shù)研究緊密結(jié)合的處治思路； 張劍[2]對比分析了泄水洞、中心深埋水溝等防凍排水形式，提出了建立寒區(qū)隧道病害防御理念，適當(dāng)提高寒區(qū)隧道防水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，采用可維護(hù)的防排水系統(tǒng)，采取可靠的保溫措施，加強(qiáng)排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修，確保排水暢通的建議； 苑郁林等[3]提出了寒區(qū)隧道圍巖凍融、凍結(jié)環(huán)境的判別標(biāo)準(zhǔn)，并對寒區(qū)隧道圍巖進(jìn)行了分類；呂康成等[4-7]分析了凍融對圍巖及隧道結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生的影響以及隧道凍害的原因，提出了系列的針對性措施；夏勇等[8]分析了嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水設(shè)計及施工存在的問題，提出了保溫防排水系統(tǒng)的優(yōu)化措施；夏才初等[9]分析防寒泄水洞在不同凍土區(qū)隧道的適用性及設(shè)計要求，提出了新型的防寒泄水洞斷面型式、布置設(shè)計；孫克國等[10]通過理論分析和數(shù)值模擬方法提出了寒區(qū)隧道排水溝埋置深度與凍結(jié)深度的關(guān)系式；王平安等[11]分析了高海拔寒區(qū)隧道防排水技術(shù)難點(diǎn)，提出遵循“防、排結(jié)合”的原則，采取以泄水洞為主，輔以保溫防寒水溝、保溫中心水溝和伴熱電纜采暖式水溝的綜合防排水系統(tǒng)的防凍技術(shù)；高焱等[12]經(jīng)大量調(diào)研后將隧道寒區(qū)劃分為高緯度地區(qū)和高海拔地區(qū)，提出了設(shè)置保溫層的適用范圍，并建議保溫水溝、中心深埋水溝和防寒泄水洞以洞內(nèi)二次襯砌表面溫度0 ℃為設(shè)防終點(diǎn)；湯貴海等[13]通過室內(nèi)模擬實(shí)驗研究了寒區(qū)隧道在層間設(shè)置聚氨酯保溫板的保溫效果，提出了工程中應(yīng)慎用層間聚氨酯保溫板的隧道防凍方案；劉秀等[14]分析了寒區(qū)隧道保溫防凍系統(tǒng)的作用及其設(shè)計存在的問題，提出了高海拔寒區(qū)隧道保溫防凍系統(tǒng)設(shè)計的要求及改進(jìn)措施。

上述研究結(jié)果表明，設(shè)置由保溫水溝、中心深埋水溝、防寒泄水洞及相關(guān)配套排水設(shè)施等組合而成的隧道保溫排水系統(tǒng)，保證隧道排水暢通是從根源上解決寒區(qū)隧道凍害問題的有效措施，但上述保溫排水系統(tǒng)目前缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，局部甚至出現(xiàn)了同一地區(qū)不同項目的隧道保溫排水系統(tǒng)設(shè)防長度、結(jié)構(gòu)形式等均存在較大差異的情況，不僅隧道凍害問題依然存在，還給施工及運(yùn)營帶來極大的困擾。

本文通過調(diào)研、分析及測試等方法，總結(jié)我國寒區(qū)分區(qū)及寒區(qū)鐵路隧道的保溫排水措施現(xiàn)狀，提出寒區(qū)鐵路隧道的設(shè)計分區(qū)及不同分區(qū)隧道保溫排水措施設(shè)防的建議長度，以期對寒區(qū)隧道保溫排水設(shè)計及凍害防治提供參考。

1 我國寒區(qū)分區(qū)和寒區(qū)鐵路隧道保溫排水措施現(xiàn)狀

1.1 我國寒區(qū)分區(qū)

1.1.1 按氣候分區(qū)

寒區(qū)氣候環(huán)境影響因素主要包括當(dāng)?shù)刈畲笸寥纼鼋Y(jié)深度、極端最低氣溫、年(月)平均氣溫、最冷月平均氣溫、年平均降雨(雪)量及季節(jié)分布、日照時間、風(fēng)向、風(fēng)速、區(qū)域凍結(jié)指數(shù)等。一般情況下可根據(jù)最冷月平均氣溫及黏性土最大凍結(jié)深度將寒區(qū)劃分為寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)[15-16]，如表1所示。

表1 寒區(qū)分類

1.1.2 按地理分區(qū)

根據(jù)地理分布分析，我國的寒區(qū)主要位于東北的黑龍江、吉林、遼寧和內(nèi)蒙古東北部及華北北部，西北的甘肅、青海、新疆，西南的西藏、川西的阿壩、甘孜、云南的滇北、玉龍山和高黎貢山的北部等地區(qū)[17]。

東北寒區(qū)屬于低山高緯度寒區(qū)，雖然海拔不高，但由于緯度高，受北冰洋寒潮及蒙古高壓的影響，寒季盛行西北風(fēng)，形成半年持續(xù)低溫、干冷多雪的特征，氣溫變化劇烈，是我國最寒冷的自然區(qū)域；而以青藏高原為主的西部寒區(qū)屬低緯度高原寒區(qū)，雖然緯度低，深居內(nèi)陸，但地勢高，受高空西風(fēng)環(huán)流控制，并在對流層處受高原季風(fēng)影響，冬季高原上大氣層對同高度的自由大氣是個冷源，形成青藏冷高壓，盛行反氣旋環(huán)流。因此，可按地區(qū)區(qū)劃將我國的寒區(qū)劃分為高緯度寒區(qū)和高海拔寒區(qū)[18]。

1.2 寒區(qū)隧道排水技術(shù)現(xiàn)狀

1.2.1 僅有季節(jié)性凍土的寒區(qū)隧道

針對季節(jié)性凍土區(qū)的水冬季凍結(jié)成冰、夏季融化為水的特點(diǎn)，鐵路隧道工程技術(shù)人員經(jīng)過多年的研究和工程實(shí)踐證明，設(shè)置保溫排水系統(tǒng)能有效防止隧道產(chǎn)生凍害。該方法主要是在隧道底部建立一個以深埋排水設(shè)施為主體的管溝進(jìn)行保溫，及時排除隧道周邊地下水，達(dá)到隧道襯砌表面不滲水、背后不積水和排水溝不凍結(jié)的目的。

1.2.2 有多年凍土的寒區(qū)隧道

針對多年凍土區(qū)中的水全年呈固態(tài)的情況，則通常采取在初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)置全環(huán)保溫層保溫，防止隧道周邊的凍土融化的處治思路。

當(dāng)設(shè)置隧道內(nèi)排水溝時，一般在水溝內(nèi)增加保溫措施。

2 寒區(qū)鐵路隧道的設(shè)計分區(qū)

東北及華北北部季節(jié)性凍土區(qū)冬季氣溫低、持續(xù)時間長，是我國季節(jié)性凍土的主要區(qū)域，本文將以該地區(qū)為研究重點(diǎn)，探討寒區(qū)鐵路隧道的設(shè)計分區(qū)。

2.1 年平均氣溫對寒區(qū)鐵路隧道排水設(shè)施的影響

通過近10余年對東北及華北寒區(qū)鐵路隧道的凍害情況進(jìn)行調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，年平均氣溫對寒區(qū)鐵路隧道排水設(shè)施產(chǎn)生的影響十分明顯。

1)當(dāng)寒區(qū)年平均氣溫處于8～12 ℃時，隧道洞內(nèi)排水溝(管)可不采取保溫措施，但洞口段的高式側(cè)溝冬季可能產(chǎn)生凍結(jié)，仰拱內(nèi)排水管的洞外出水口無保溫措施時，冬季易產(chǎn)生結(jié)冰。如石太客專沿線隧道所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-6.5～-2.5 ℃，年平均氣溫為9.5～12.9 ℃，全線未設(shè)置保溫排水設(shè)施，雖然冬季部分隧道中心排水管出水口附近產(chǎn)生了凍結(jié)情況，但洞內(nèi)側(cè)溝及排水溝均未出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。

2)年平均氣溫處于4～8 ℃的地區(qū)，洞口段高式側(cè)溝采取保溫措施或仰拱內(nèi)排水管已不能防止冬季作為排水設(shè)施的溝及管內(nèi)結(jié)冰，需要在洞口端設(shè)置一定段落的仰拱內(nèi)保溫排水管或置于仰拱結(jié)構(gòu)以下的保溫水溝，其他段落可設(shè)置高式保溫側(cè)溝或仰拱內(nèi)排水管。如準(zhǔn)鄂鐵路沿線隧道所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-12.6～-10.5 ℃，年平均氣溫為6.2～8.3 ℃，在隧道洞口段300 m范圍設(shè)置了仰拱下中心深埋水溝，洞身300～1 000 m側(cè)溝進(jìn)行了保溫。隧道運(yùn)營后冬季未出現(xiàn)凍害現(xiàn)象。

3)年平均氣溫處于0～4 ℃的地區(qū)，需在距洞口一定范圍段落設(shè)置位于仰拱結(jié)構(gòu)以下的中心深埋保溫水溝，其他段落可設(shè)置位于仰拱結(jié)構(gòu)以下的保溫中心水溝或仰拱內(nèi)保溫中心水溝。如牡綏鐵路沿線隧道所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-18.4～-17.2 ℃，年平均氣溫為2.3～3.7 ℃，隧道洞口段1 000 m范圍設(shè)置了仰拱下中心深埋水溝，洞身1 000～2 000 m側(cè)溝進(jìn)行了保溫。隧道運(yùn)營后冬季中心排水溝除個別緩坡隧道因水溝堵塞導(dǎo)致凍結(jié)外，其余均未出現(xiàn)凍害現(xiàn)象，但側(cè)溝大部分產(chǎn)生了凍結(jié)。

4)年平均氣溫在-4～0 ℃的地區(qū)，需在距洞口較長段落范圍設(shè)置位于仰拱結(jié)構(gòu)以下的深埋中心保溫水溝(當(dāng)水溝埋置深度過大時也可采用防寒泄水洞)，其他段落應(yīng)設(shè)置位于仰拱結(jié)構(gòu)以下的保溫中心水溝。如濱州線興安嶺隧道及沙力隧道所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-21.3 ℃，年平均氣溫為-1.0 ℃，隧道均設(shè)置中心深埋水溝或泄水洞排水，而隧道排水系統(tǒng)凍害的主要原因是檢查井密封不良，空氣對流所致，該地區(qū)的排水系統(tǒng)應(yīng)以中心深埋水溝或防寒泄水洞為主。

5)年平均氣溫低于-4 ℃的地區(qū)，洞口段可能為多年凍土區(qū)，宜按多年凍土隧道開展防排水設(shè)計，其他段落宜采用防寒泄水洞排水。如嫩林線的白卡爾隧道和西羅奇2號隧道所在地區(qū)最冷月平均氣溫為-32 ℃，年平均氣溫低于-3 ℃，最大凍結(jié)深度為4.5～5.0 m以下。白卡爾隧道采用保溫水溝，水溝凍結(jié)嚴(yán)重，而西羅奇2號隧道則在隧道底板下5.85 m處設(shè)置防寒泄水洞排水，泄水洞常年不凍。

2.2 按氣溫條件對寒區(qū)鐵路隧道進(jìn)行的設(shè)計分區(qū)

通過寒區(qū)年平均氣溫和最冷月平均氣溫進(jìn)行對照，寒區(qū)鐵路隧道可按表2所示的設(shè)計分區(qū)進(jìn)行針對性的保溫排水設(shè)計，以達(dá)到工程措施合理、可靠。

表2 寒區(qū)鐵路隧道的設(shè)計分區(qū)

3 保溫排水設(shè)施類型及其適應(yīng)性

總體來說，寒區(qū)隧道的保溫排水設(shè)施通常應(yīng)根據(jù)隧址區(qū)氣候條件、地下水發(fā)育程度等不同影響因素分別選擇仰拱內(nèi)保溫水溝、仰拱下保溫水溝2種類型的保溫排水方案及相關(guān)的配套排水設(shè)施等，確保隧道排水通暢。

3.1 隧底仰拱內(nèi)的保溫水溝

隧底仰拱內(nèi)的保溫水溝一般適用于冬季襯砌背后不會出現(xiàn)負(fù)溫區(qū)的情況。此時，隧道周邊的地下水可以通過邊墻處泄水孔進(jìn)入洞內(nèi)的高式側(cè)溝或結(jié)構(gòu)內(nèi)埋置的排水管引排。高式側(cè)溝通常設(shè)計為雙層蓋板，經(jīng)增加空氣保溫層或填充保溫材料可以解決蓋板溝的保溫排水問題；而采取結(jié)構(gòu)內(nèi)埋置排水管時，通過在排水管表面包裹保溫層可以解決排水問題。這些措施可在寒區(qū)隧道環(huán)境溫度較高、凍結(jié)深度較小的地段采用。

值得一提的是，高式側(cè)溝由于構(gòu)造原因，受隧道內(nèi)溫度影響最大，保溫效果不佳。當(dāng)寒區(qū)隧道采用仰拱內(nèi)的側(cè)溝進(jìn)行保溫排水時，往往需要將側(cè)溝深度加大，且盡量避免采用高式側(cè)溝。

3.2 仰拱下保溫水溝

當(dāng)冬季隧道襯砌背后出現(xiàn)負(fù)溫時，襯砌結(jié)構(gòu)邊墻處泄水孔內(nèi)受冰凍堵塞，如果沒有隧底結(jié)構(gòu)下保溫水溝，地下水將在結(jié)構(gòu)外輪廓附近產(chǎn)生聚集，并沿襯砌結(jié)構(gòu)薄弱處(如結(jié)構(gòu)縫、裂縫等)滲入隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)，輕則形成掛冰，重則因不斷凍融從而破壞結(jié)構(gòu)。

將排水溝置于仰拱結(jié)構(gòu)下，是解決寒區(qū)隧道隧道保溫排水問題的最有效手段。具體可細(xì)分為以下3種情況。

3.2.1 仰拱結(jié)構(gòu)以下的淺埋排水溝

這種水溝設(shè)計時，僅考慮水溝結(jié)構(gòu)自身尺寸，滿足水溝埋置于仰拱結(jié)構(gòu)以下即可。

3.2.2 仰拱結(jié)構(gòu)以下的深埋保溫水溝

這種水溝設(shè)計時，除考慮水溝結(jié)構(gòu)自身尺寸外，還需考慮襯砌以外的負(fù)溫層厚度(或凍結(jié)深度)，水溝埋置深度較大。

3.2.3 防寒泄水洞

經(jīng)驗表明，當(dāng)仰拱結(jié)構(gòu)以下的深埋保溫水溝埋置深度超過2.5 m時，無論是施工難度還是工程代價，可能超過在隧道結(jié)構(gòu)以下另行施作1個與隧道并行的排水洞。這種情況下，采取防寒泄水洞可能是綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用功能的最佳方案。

此外，當(dāng)寒區(qū)隧道排水量大，一般水溝難以滿足排水量需求時，也可采用防寒泄水洞。

3.3 保溫排水溝的配套設(shè)施

當(dāng)設(shè)置隧底結(jié)構(gòu)內(nèi)的保溫水溝時，隧道低洞口端的末端排水出口應(yīng)采取保溫措施，以防止凍結(jié)阻塞出水通路。

當(dāng)設(shè)置仰拱下的保溫水溝時，除隧道低洞口端的末端排水出口應(yīng)采取保溫措施外，還應(yīng)采取洞內(nèi)保溫檢查井、保溫排水盲管等配套設(shè)施。

4 寒區(qū)隧道內(nèi)測溫

雖然寒區(qū)隧道冬季洞內(nèi)溫度會受到洞外環(huán)境變化的影響，但由于隧道處于圍巖的包裹之中，而圍巖自身的溫度相對較高，隧道內(nèi)具有一定的回溫情況。近年來，由于高速鐵路的發(fā)展和行車密度的增加，普遍認(rèn)為寒區(qū)隧道冬季洞內(nèi)溫度低，保溫排水設(shè)施的長度應(yīng)盡量加大。

針對上述問題，選取了處于設(shè)計分區(qū)為Ⅲ區(qū)且已開通運(yùn)營的牡綏鐵路紅房子隧道為測試對象，并于2017年12月下旬至2018年4月底開展了為期1個冬季的現(xiàn)場溫度測試工作。

4.1 工程概況

紅房子隧道位于黑龍江省穆棱市，隧址區(qū)最冷月平均氣溫為-17.2 ℃，年平均氣溫為2.3 ℃，土壤最大凍結(jié)深度為191 cm。隧道全長6 437 m(里程為DK451+595～DK458+032)，設(shè)計速度為200 km/h的單洞雙線隧道，隧道內(nèi)最大埋深約183 m。隧道線位由進(jìn)口至出口為西西北—東東南走向，與當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)向西風(fēng)基本一致。隧道于2015年12月底正式開通運(yùn)營。

隧道縱坡為單面坡，由進(jìn)口(西口)至出口(東口)坡度分別為5‰的上坡、7‰的上坡和3‰的上坡，進(jìn)出口高差達(dá)44.32 m。

隧道進(jìn)口1 000 m范圍段設(shè)置了內(nèi)徑為φ60 cm仰拱下深埋水溝，距進(jìn)口1 000～2 000 m段及距出口2 000 m范圍段設(shè)置了內(nèi)徑為φ60 cm的仰拱內(nèi)保溫水溝，其余段落的仰拱內(nèi)水溝與一般地區(qū)相同。內(nèi)徑為φ60 cm排水管是本隧道的主排水溝。

進(jìn)、出口各2 000 m范圍段雙側(cè)水溝設(shè)置雙層蓋板型的保溫水溝，且距洞口1 000 m范圍段2層蓋板間填充了聚氨酯泡沫材料保溫。

4.2 測試方案

1)自隧道洞口第1個檢查井開始，沿洞身方向每間隔16個檢查井(約480 m)設(shè)置1個測試斷面。

2)每個測試斷面上布設(shè)1～3個測點(diǎn)，采用自動溫度測試儀器分別對洞內(nèi)、側(cè)溝內(nèi)及中心水溝內(nèi)進(jìn)行連續(xù)溫度測試(每30 min記錄1個數(shù)據(jù))并記錄。測點(diǎn)位置如圖1所示。

3)測點(diǎn)1為測試洞內(nèi)溫度，布置在隧道內(nèi)壁上。

4)測點(diǎn)2為測試側(cè)溝內(nèi)溫度，布置在側(cè)溝底面上。

圖1測點(diǎn)布置

Fig. 1 Measure points arrangement

5)測點(diǎn)3為測試中心水溝內(nèi)溫度，布設(shè)在檢查井保溫層的底部。

4.3 結(jié)果分析

經(jīng)過1個冬季的隧道內(nèi)溫度測試，現(xiàn)場共獲得洞內(nèi)、側(cè)溝及中心溝內(nèi)有效測試數(shù)據(jù)分別為12組、13組和15組。選取典型斷面對洞內(nèi)、側(cè)溝及中心溝內(nèi)溫度隨時間變化曲線進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2—4所示。

圖2 隧道洞內(nèi)溫度時程變化曲線

由圖2分析可知，隧道內(nèi)溫度具有如下特點(diǎn)： 1)2018年1月25日—3月15日期間隧道內(nèi)所有測點(diǎn)的溫度均低于0 ℃； 2)受單面坡洞口高差及冬季主風(fēng)向影響，低洞口端(迎風(fēng)口)洞內(nèi)負(fù)溫影響長度遠(yuǎn)大于高洞口端，其中距高洞口(背風(fēng)口)端1 000～2 000 m段的溫度變化幅度相對較小，最冷月氣溫在0 ℃上下變化。

由圖3分析可知，側(cè)溝內(nèi)溫度具有如下特點(diǎn)： 1)側(cè)溝內(nèi)溫度稍高于洞內(nèi)溫度； 2)受單面坡洞口高差及冬季主風(fēng)向影響，低洞口端(迎風(fēng)口)側(cè)溝負(fù)溫影響長度遠(yuǎn)大于高洞口端，其中距高洞口(背風(fēng)口)端500～2 000 m段側(cè)溝內(nèi)溫度整體達(dá)到0 ℃以上，但個別時間點(diǎn)可能低于0 ℃。

圖3 隧道側(cè)溝內(nèi)溫度時程變化曲線

(a) 洞口段

(b) 洞身段

由圖4分析可知，中心水溝內(nèi)溫度具有以下特點(diǎn)： 1)低洞口約1 000 m、高洞口約450 m段，仰拱內(nèi)水溝溫度低于0 ℃； 2)除低洞口約1 000 m和高洞口約450 m段外，仰拱內(nèi)中心水溝內(nèi)溫度基本均大于0 ℃。

而從現(xiàn)場實(shí)際情況來看，位于Ⅲ區(qū)的紅房子隧道在2017年12月—2018年4月期間除側(cè)溝局部發(fā)生凍結(jié)外，隧道中心水溝內(nèi)均未發(fā)生凍結(jié)，與圖3及圖4中分析的溫度變化情況基本吻合，即設(shè)計分區(qū)為Ⅲ區(qū)的中長隧道需在洞口一定范圍設(shè)置仰拱下深埋排水溝，可在洞身段設(shè)置仰拱內(nèi)中心管溝作為主排水設(shè)施，而高式側(cè)溝則不宜作為排水設(shè)施。

5 寒區(qū)隧道保溫排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

5.1 基本要求

1)隧道洞口相對高差形成的氣壓差會對洞內(nèi)氣流產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致低洞口端負(fù)溫段明顯加長，有條件時寒區(qū)中長隧道宜采用人字坡。

2)當(dāng)洞口上坡方向與隧道所在地區(qū)冬季主風(fēng)向一致時，面向主風(fēng)向一側(cè)洞口段的洞內(nèi)溫度影響段落加長[19]，有條件時可加大隧道走向與主風(fēng)向的夾角。

3)工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，緩坡隧道的排水溝坡度施工控制難度大，發(fā)生凍害的概率明顯高于大坡度隧道。水工經(jīng)驗[20]也表明，寒區(qū)輸水隧洞內(nèi)明流排水的流速不宜小于1.2 m/s。綜合考慮隧道中心管溝的尺寸、流量等因素，寒區(qū)隧道內(nèi)的縱坡不宜小于5‰。

5.2 保溫排水設(shè)施的長度

通過研究，建議寒區(qū)隧道設(shè)置仰拱內(nèi)保溫水溝、仰拱下保溫水溝。寒區(qū)隧道保溫排水措施建議長度一覽表見表3。

表3 寒區(qū)隧道保溫排水措施建議長度一覽表

注： L為隧道長度。

6 結(jié)論與建議

本文根據(jù)目前寒區(qū)保溫排水缺乏設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的問題，結(jié)合寒區(qū)分區(qū)及隧道保溫排水的技術(shù)現(xiàn)狀，通過調(diào)研東北及華北北部寒區(qū)鐵路隧道凍害情況，提出了按最冷月平均氣溫及年平均氣溫對寒區(qū)鐵路隧道進(jìn)行設(shè)計分區(qū)的方法；通過分析保溫排水設(shè)施的適用條件，結(jié)合運(yùn)營鐵路隧道內(nèi)及排水設(shè)施內(nèi)的溫度實(shí)測分析，提出了不同分區(qū)寒區(qū)隧道保溫排水措施設(shè)置的建議長度。主要結(jié)論與建議如下：

1)寒區(qū)鐵路隧道可按年平均氣溫和最冷月平均氣溫劃分為5個分區(qū)。

2)仰拱內(nèi)高式保溫側(cè)溝僅適應(yīng)于設(shè)計分區(qū)為Ⅰ區(qū)的洞口段和Ⅱ區(qū)的洞身段；仰拱內(nèi)低式保溫水溝或暗管溝僅適應(yīng)于設(shè)計分區(qū)為Ⅱ區(qū)的洞口段和Ⅲ區(qū)的洞身段。

3)仰拱下淺埋排水溝適應(yīng)于設(shè)計分區(qū)為Ⅱ區(qū)的洞口段和Ⅲ區(qū)的洞身段；仰拱下深埋排水溝適應(yīng)于設(shè)計分區(qū)為Ⅲ區(qū)的洞口段和Ⅳ區(qū)的洞口、洞身段。

4)防寒泄水洞適應(yīng)于設(shè)計分區(qū)為Ⅳ區(qū)且計算水溝埋置深度超過2.5m的洞口、洞身段；當(dāng)設(shè)計分區(qū)為V區(qū)時，洞口段宜按多年凍土隧道設(shè)計，洞身段排水設(shè)計可按Ⅳ區(qū)設(shè)計。

5)有條件時寒區(qū)中長隧道宜采用人字坡，隧道軸線宜與冬季主導(dǎo)風(fēng)向呈大角度相交，縱坡宜不小于5‰。