夏才初 教授寒区公路隧道的防冻保暖技术 及其发展趋势同济大学地下建筑工程系同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 *2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州提 纲1、寒区隧道面临的问题2、寒区隧道防冻保暖措施3、寒区隧道防冻保暖措施的不足4、寒区隧道防冻保暖新技术5、结语2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州一、寒区隧道面临的问题 冻害现象严重，所占比例比较高图1 我国40个寒区隧道冻害统计 2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州一、寒区隧道面临的问题 冻害种类多1、隧道衬砌漏水、挂冰 2、隧道衬砌开裂、酥碎、剥落 3、隧道底部冒水、积冰、冻涨一、寒区隧道主要面临的问题 冻害后果严重威胁结构稳定，侵占建筑界限影响行车安全 隧道不能正常使用治理及维护费用高昂二、寒区隧道防冻保暖技术被动防寒防 排 水 系 统隧道防冻保暖措施防 寒 保 温 门隔 热 法洞 口 段 供 暖保 温 水 沟 加 热主动供暖表 层 隔 热 处 理 法双 层 隔 热 处 理 法保 温 水 沟中 心 深 埋 水 沟防 寒 泄 水 洞直 接 加 热 衬 砌加 热 洞 内 空 气保 温 水 沟 通 暖 气保 温 水 沟 加 热 电 缆保 温 水 沟 铺 供 热 管 寒区隧道排水系统规定的适用条件二、寒区隧道防冻保暖技术分区最冷月平均气温 （）最大冻结深 度 （m）主排水沟形式寒冷地区-5 -101.0一般水沟-10 -151.0 1.5保温水沟严寒地区-15 -251.5 2.5中心深埋水沟 -25 2.5防寒泄水洞2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州 主动供暖技术的应用现状二、寒区隧道防冻保暖技术洞口段供暖二衬与保温隔热层之间铺设供热管 在防水层与衬砌之间设置电加热带 隧道内通暖气保温水沟加热保温水沟铺设加热电缆保温水沟内布置供热管 上述主动供暖技术均得到成功应用，以避免冻害发生！2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州三、寒区隧道防冻保暖技术的不足 隔热层法 隔热层本身并不能产生热 量，只能减缓围岩的冻融 速度。单一保温层并不能 阻挡冻结层的形成。 需要与其他防冻措施配合 使用，才能达到良好的防 冻保暖效果。2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州三、寒区隧道防冻保暖技术的不足 中心深埋水沟 中心深埋水沟对隧道结构产生不利影响在隧道底部挖深槽势必会威胁整个衬砌的稳定。 中心深埋水沟不能彻底避免冻害。当冻结深度大于水沟埋深时，依然会发生冻害。 保温水沟 保温水沟应用范围有限因保温水沟埋深浅，只适合应用于最冷月平均气温高 于-15，冻深小于1.5m的地区，所以应用范围有限。2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州三、寒区隧道防冻保暖技术的不足 防寒泄水洞不能彻底避免冻害， 已有工程中存在失败 的案例； 防寒泄水洞前期投入 高； 施工工序复杂； 对主洞有影响；2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州三、寒区隧道防冻保暖技术的不足l隧道衬砌及保温水沟加热 利用主动加热防冻保暖技术 可以彻底避免冻害发生，但给 后期运营及维护带来巨大负担 。增加了后期的运营成本。 由于寒区隧道车流量很小， 难于收回运营成本。2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州四、寒区隧道防冻保暖新技术概述 被动防寒措施只能进行被动防御，当出现极端天 气时，隧道依然会产生冻害，不能彻底避免冻害 发生； 主动供暖方式可以彻底避免隧道冻害的发生，但 存在运营成本高，管理不方便，环境污染等问题 ； 急需研制和开发节能型主动加热系统，如寒区隧 道地源热泵型防冻保暖技术。2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州四、寒区隧道防冻保暖新技术寒区隧道地源热泵型防冻保暖技术图2 寒区隧道地源热泵型防冻保暖工作原理图 四、寒区隧道主动防冻保暖新技术四、寒区隧道防冻保暖新技术四、寒区隧道防冻保暖新技术四、寒区隧道防冻保暖新技术2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州比现有燃煤加热和电力加热的隧道防冻保暖 技术节能35%，无二氧化碳排放；可以彻底避免寒区隧道冻害的发生；可替代深埋水沟和防寒泄水洞系统，单独作为 寒区隧道的排水系统；对隧道结构及工期不产生影响，施工工序简单。寒区隧道地源热泵型防冻保暖技术经济及社会效益五、结语 为防止寒区隧道冻害发生，寒区隧道首先必须采 取高效的防排水措施，注意施工质量，尽量减少 隧道冻害的发生； 被动防寒措施存在很多弊端，首先，隔热层本身 并不能产生热量，只能减缓围岩的冻融速度。单 一保温层并不能阻挡冻结层的形成，与其他措施 相配合；其次，保温水沟、中心深埋水沟和防寒 泄水洞既有成功案例，也有失败的教训。在严寒 地区，仅靠防排水系统还不能彻底避免冻害。 2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州五、结语 主动供暖可以彻底避免隧道冻害，国内采用主动 供暖的寒区隧道都彻底避免了冻害。但现有的主 动供暖措施还存在一些不足，主要体现在运营、 维护费用高，污染和破坏环境。 需开发和研制节能型主动供暖系统。如寒区隧道 地源热泵型防冻保暖技术。 2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州谢 谢！2009年全国公路隧道学术会议 甘肃 兰州