高寒地区的公路隧道普遍面临着冻害威胁,极易产生衬砌开裂、边墙挂冰、路面结冰等病害现象,严重影响隧道正常使用和隧道结构安全。防寒泄水洞作为严寒地区较常用的排水设施,已普遍被隧道工程所采用,但在不同隧道中其排水效果相差较大,这是由于对防寒泄水洞作用机理研究甚少,出现防寒泄水洞错误采用所导致的。文章通过分析防寒泄水洞在不同冻土区隧道中的作用,明确了防寒泄水洞在不同冻土区隧道的适用性及其设计要求,并根据稳定冻结的局部多年冻土隧道中防寒泄水洞只是单纯过水作用,提出了新型的防寒泄水洞断面型式、布置设计,降低了排水系统建设成本,减少了防寒泄水洞施工对主洞结构安全和施工进度的影响,保护了多年冻土的原始状态,有利于隧道结构的长期稳定。
针对高原冻土地区给排水系统的防冻及各种水处理的特殊要求,进行现场试验与工程应用。结果表明,通过对管道及构筑物采取架空保温敷设、浅埋敷设、深埋敷设、电伴热保温、中粗砂回填等方式,能较好解决不同冻土类型对给排水管道及构筑物的冻拔及融沉问题,通过采取反渗透、高效电催化氧化技术能较好解决低温、低压、低含氧量状态下的水处理效果。历时多年的实际工程运行效果证明,上述措施是可行的。
结合工程实际阐述了多年冻土特征及其路基病害,提出路基设计应采取保护冻土的设计原则,通过优选线路、抬高路基、设置砂砾路面、增设保温护道、完善排水系统等措施可防止或减缓病害的发生。研究成果可以为相关工程设计、施工提供借鉴。
针对青藏铁路建设中多年冻土区车站给排水系统的设置形式及给排水管路防冻融工程要求,进行了现场试验。结果表明,浅埋管道敷设方式在供水安全性及节省能耗方面均明显优于架空管道敷设方式;采用半柔性管材及粗颗粒化管基可以保证浅埋管道地基的稳定性;采用聚酚醛保温、伴热电缆加热、自动放空等多种措施组合可以防止浅埋管道的冻结;同时,采用自动控制系统可以保证给排水系统在无人值守的情况下正常运行。历时3年的实际工程运行效果证明,上述措施是可行的。