铁路隧道结构耐久性设计方法研究
铁路混凝土结构耐久性设计规范(完整版).doc
铁路混凝土结构耐久性设计规范(完整版)TB 中华人民共和国行业标准TB/x×××----2<01<0 铁路混凝土结构耐久性设计规范（报批稿）2<01<0—XX—XX 发布 2<01<0—XX—XX 实施中华人民共和国铁道部发布前言本规范是根据铁道部《关于印发〈2<0<09年铁路工程建设标准编制计划〉的通知》（铁建设函[2<0<09]34号）进行编制的。
铁路工程的条形结构，客观上具有环境作用的多样性和不确定性，不同地域原材料性能差异很大与就地取材之间的矛盾等，决定了铁路混凝土结构的耐久性设计的复杂性。
工程技术人员必须按照“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的铁路建设理念，结合工程具体情况，因地制宜，充分发挥主观能动性，积极采用安全、可靠、先进、成熟、经济、适用的新技术，不能生搬硬套标准。
勘察设计单位执行（或采用）单项或局部标准，并不免除设计单位及设计人员对整体工程和系统功能质量问题应承担的法律责任。
本规范是基于对《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》全面修订基础上编制而成，与《暂规》相比，本规范主要修订的内容有：——将设计使用年限由1<0<0年以上、6<0年以上和3<0年以上修改为1<0<0年、6<0年和3<0年，增加了特殊铁路混凝土结构设计使用年限的确定原则。
——对氯盐环境、磨蚀环境条件特征稍做修改，严重腐蚀等级中删除了M3。
明确了硫酸盐和氯盐的检测方法。
——增加了混凝土中三氧化硫的最大含量；增加了配合比参数中不同作用环境下掺和料掺加范围以及冻融环境下混凝土含气量的要求；增加了碳化环境下混凝土碳化深度的要求，细化了冻融环境下混凝土耐久性指数的要求，增加了冻融环境下混凝土气泡间距系数的要求，增加了氯盐环境下混凝土抗氯离子渗透性的要求，增加了硫酸盐化学侵蚀环境下，混凝土抗硫酸盐干湿循环次数的要求。
关于铁路隧道的建议书
关于铁路隧道的建议书建议书：关于铁路隧道的建设随着交通运输的发展，铁路交通在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
铁路隧道作为铁路线路中不可或缺的一部分，其建设对于铁路交通的畅通和安全具有至关重要的意义。
因此，我们提出以下关于铁路隧道建设的建议。
首先，铁路隧道的建设应当充分考虑地质条件。
隧道的建设需要克服地质条件带来的种种挑战，包括岩层稳定性、地下水情况、地震等因素。
在选址和设计阶段，应当进行详尽的地质勘察和工程地质评价，确保隧道的安全性和稳定性。
同时，还需要采取相应的地质灾害防治措施，以应对可能出现的地质灾害风险。
其次，隧道的设计应当充分考虑列车运行的要求。
隧道的几何设计、通风系统、照明设施等都应当符合列车运行的需要，确保列车在隧道内安全、顺畅地运行。
此外，还需要考虑隧道的排水系统和防火设施，以应对可能出现的水患和火灾风险。
再次，隧道的施工应当严格按照相关标准和规范进行。
在隧道施工过程中，应当严格控制施工质量，确保隧道结构的稳固和耐久。
同时，还需要加强施工安全管理，保障施工人员的安全。
在施工过程中，应当加强与周边环境的协调，减少对周边环境的影响。
最后，隧道的运营和维护同样重要。
隧道的运营管理应当科学合理，确保列车在隧道内安全运行。
隧道的定期维护和检修也是至关重要的，以保障隧道设施的完好和安全性。
总之，铁路隧道的建设是一项复杂而重要的工程，需要各方的共同努力和精心设计。
我们希望相关部门和企业能够充分重视铁路隧道建设，严格按照相关标准和规范进行设计、施工和运营，确保铁路隧道的安全、高效运行，为铁路交通的发展做出积极贡献。
31-高速铁路设计规范条文说明(8隧道)09.11.11
8.1.1高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应主要表现在三个方面，即瞬变压力、洞口微气压波和行车阻力。
其中，瞬变压力主要表现在使人的听觉感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道净空面积和列车断面积以及列车的密封系数。
洞口微气压波是列车进入隧道时产生的压缩波在另一端释放时产生爆破声，影响周围环境，微气压波的量值主要取决于行车速度和隧道净空面积及列车断面积，但行车速度更为敏感，当行车速度达到300km/h以上时，加大断面对防止微气压波不能起到显著作用。
应考虑在洞口设置缓冲结构。
解决行车阻力问题主要是加大隧道净空面积，根据国家“八五”科技攻关项目高速铁路线桥隧设计参数选择的研究报告，在隧道有效净空面积为100m2时最大行车阻力只比明线增大15～30％，会车时隧道内的空气阻力比明线的增大值也不超过30％。
由此可见，增大隧道净空面积对空气动力学效应有整体减缓作用。
当行车速度提高时，必要时还可以修建洞口缓冲结构等辅助措施。
8.1.2决定隧道净空断面大小的控制因素是高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应问题，由此而决定的隧道净空面积比较富余。
设计中对满足建筑限界以外的空间应有充分考虑，在此基础上结合隧道结构受力情况确定隧道的高跨比。
8.1.3隧道工程一旦建成后，对衬砌结构进行维修难度极大，隧道因其结构缺陷而产生的病害，往往难以彻底治理，且整治难度极大，另外高速铁路隧道结构还要受到频繁变化的微气压波的作用。
因此，高速铁路隧道应高度重视结构耐久性设计。
隧道主体结构是指拱墙衬砌和仰拱、地板，应按满足100年使用年限要求设计。
8.1.4高速铁路隧道内铺设无砟轨道对基底沉降要求较严格，因此应在铺轨前进行沉降观测和评估。
对于特殊岩土及不良地质地段隧道，比如软土地层明挖法施工的隧道或湿陷性较严重的黄土隧道等，应在隧道全长范围设置长期沉降观测系统进行基底的变形观测。
观测方法和测点布置可以参照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估指南》。
高铁隧道(隧道结构构造)
环境保护
隧道结构设计应考虑环境保护 ，尽量减少对周边环境和生态
的影响。
02
隧道衬砌结构
衬砌的类型和材料
衬砌类型
根据隧道的使用功能和围岩条件，衬砌类型可分为整体式衬砌、复合式衬砌和分离式衬 砌。整体式衬砌适用于围岩条件较好、对防水要求不高的隧道；复合式衬砌适用于围岩 条件较差、对防水要求较高的隧道；分离式衬砌适用于围岩条件特别差、有特殊要求的
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地下水压力
隧道开挖后，地下水对支护结构产生一定的 压力。
地震力
地震发生时，地层运动对支护结构产生作用 力。
温度应力
隧道内温度变化引起支护结构的热胀冷缩， 对结构产生作用力。
04
隧道排水系统
排水系统的组成和功能
排水系统的组成
主要由排水沟、集水坑、排水管道等组成。
排水系统的功能
主要负责将隧道内的积水排出，保持隧道干燥，防止水患对隧道结构和列车运行造成影响。
隧道。
衬砌材料
常用的衬砌材料有混凝土、钢筋混凝土和喷射混凝土等。混凝土衬砌具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点，适用于一般隧道；钢筋混凝土衬砌具有更高的抗压和抗剪强 度，适用于有较大压力和剪力的隧道；喷射混凝土衬砌具有快速、简便、耐久性较好等
优点，适用于围岩条件较差、开挖后需要快速支护的隧道。
衬砌的厚度和构造
排水系统的设计原则
01
安全可靠
经济合理
02
03
便于维护
排水系统应具备足够的排水能力， 保证在任何情况下都能及时排除 积水。
在满足功能要求的前提下，应尽 量降低工程成本，选择合适的材 料和施工方法。
铁路混凝土结构耐久性设计规范
铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定Temporary regulation for durability design of railway concrete structures2005—XX—XX 发布2005—XX—XX 实施中华人民共和国铁道部发布前言本规范是根据铁道部《关于印发2003年铁路工程建设规范、定额、标准设计编制计划的通知》（铁建设函[2003]41号）的要求编制的。
本规范编制的目的是明确铁路混凝土结构耐久性设计的原则、内容和方法。
在编制过程中深入研究了我国铁路混凝土结构耐久性的现状，认真总结了已有铁路工程混凝土耐久性方面的实践经验，广泛征求了各方面意见。
主要内容包括：总则，术语，基本规定，混凝土材料选用，构造措施和裂缝控制要求，施工质量控制与检验等。
本规范是现行铁路混凝土结构设计、施工、质量验收标准和规范的重要组成部分，是对现有标准和规范的完善和补充。
现行标准和规范中有关混凝土耐久性的内容与本规范不符时，应以本规范的有关规定为准。
在执行本规范过程中，希望各单位结合工程实践，认真总结经验，积累资料。
如发现需要修改和补充之处，请及时将意见及有关资料寄交铁道科学研究院铁建所工程材料部（北京市海淀区大柳树路2号，邮政编码：100081）,并抄送铁路工程技术标准所（北京海淀区羊坊店路甲8号，邮政编码：100038），以供下次修订时参考。
本规范由铁道部建设管理司负责解释。
主编单位：铁道科学研究院参编单位：清华大学铁路工程技术标准所中铁三局集团有限公司……主要起草人：目次1 总则 (1)2 术语 (2)3 基本规定 (4)3.1 一般规定 (4)3.2 耐久性设计 (4)3.3设计使用年限 (6)3.4 环境作用类别及分级 (6)4 耐久混凝土的分类及其材料要求 (9)4.1 一般规定 (9)4.2混凝土原材料的选用 (10)4.3 碳化引起的锈蚀环境下混凝土的选用 (11)4.4 冻融腐蚀环境下混凝土的选用 (12)4.5 氯盐引起钢筋锈蚀环境下混凝土的选用 (13)4.6 环境水腐蚀环境下混凝土的选用 (13)4.7 风蚀环境下混凝土的选用 (14)5 构造措施 (14)5.1 一般规定 (14)5.2 桥梁结构 (15)5.3 隧道结构 (16)5.4 轨道结构 (16)5.5 接触网支柱、电杆 (16)6 防腐蚀附加措施 (17)6.1 混凝土表面涂层和防腐蚀面层 (17)6.2 涂层钢筋和耐蚀钢筋 (17)6.3 钢筋阻锈剂 (17)7 施工 (19)7.1 混凝土的施工 (19)7.2 预应力混凝土的孔道灌浆 (20)7.3 涂层钢筋和耐蚀钢筋施工 (21)8 检测与维护 (22)8.1 一般规定 (25)8.2 混凝土性能检查 (25)8.3 混凝土结构性能检查 (25)本规范用词说明 (25)《铁路混凝土结构耐久性设计规范》条文说明1总则1.0.1 为统一铁路混凝土结构(包括构件，下同)的耐久性设计技术标准，保证铁路混凝土结构的正常使用寿命，特制定本规范。
探讨高速铁路隧道围岩支护参数优化设计
探讨高速铁路隧道围岩支护参数优化设计一、现状世界各地隧道界的很多专家学者己经对隧道结构设计进行了广泛而深入的研究，如：Hoek和Brown川、Bieniaw欢i[2，31、Barton[4]、Muller[51、Lunardi[6]、李世辉[7]、潘昌实[8l等。
隧道结构设计必须考虑到隧道结构的承载能力、耐久性、适用性以及经济性等多方面的因素。
隧道结构设计是一门具有艺术性的科学。
这是因为岩土介质作为隧道工程的对象包含着多种不确定因素，例如：岩土材料的非均匀性和各向异性，岩体的地质构造，岩土材料的本构关系，初始地应力情况，地下水情况等。
正确的掌握这些因素及其变化规律非常困难，但随着当今计算机运算能力的提高，岩土本构关系研究的进展和数值分析方法的完善，实验和测试技术的发展，监控量测水平的进步，隧道结构设计目前正朝着科学化、精细化、规范化的目标迈进。
隧道结构设计的主要任务是针对支护结构进行的设计，而研究对象则是由围岩和支护结构两者共同组成并相互作用的结构体系。
不同围岩具有不同程度的自稳能力，围岩在很大程度上是隧道结构的承载主体，其承载能力必须加以充分利用。
隧道衬砌的设计必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须满足净空要求外，还要求有足够的强度和耐久性，以保证其使用寿命期间的安全性。
二、隧道设计流程l）根据岩石自身强度和岩体的完整性程度、节理裂隙物理力学特性、地下水情况、围岩初始应力状态等确定围岩分级。
2）在围岩分级的基础上，结合隧道工程自身特点如衬砌结构特点、工法特点、辅助工法情况等综合使用多种方法（解析、数值）进行结构分析，在密切结合施工经验的基础上对围岩稳定性情况和衬砌支护能力等进行判断。
3）施工中的监控量测和信息反馈，尤其是在洞口段、大断面段、穿越不良地质体段需要加密监测来动态了解支护与围岩的相互作用情况。
必要时需要采用超前加固（超前注浆、超前锚杆、管棚）和过程恢复（补偿注浆、抬升注浆）措施。
三、隧道支护围岩相关（1）隧道支护参数性价比随着围岩的水平数的增大而减小。
《铁路混凝土结构耐久性设计规范》内容简介
《铁路混凝土结构耐久性设计规范》内容简介李化建;谢永江【摘要】根据铁道部《2009年铁路工程建设标准编制计划》(铁建设函[2009]34号)的要求编制了《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB 10005-2010),并于2010年12月颁布实施.规范对设计使用年限、环境、材料、裂缝、构件措施、防腐蚀强化措施以及检查与维修等作出了具体的规定,涵盖了耐久性设计的全部过程.为了使从事设计、施工、监理等单位技术人员更好地理解和执行《铁路混凝土结构耐久性设计规范》,介绍了规范的定位、编制原则以及主要内容.%Specifications for the Durability Design of Railway Concrete Structures ( TB 10005-2010) was compiled according to Plan of Compiling Railway Engineering Construction Standards in 2009 of the Ministry of Railways, and publicated for execution in December 2010. The Specifications put forward concrete stipulations including years of execution, environment, materials, crack, element measures, anti-corrosion and strengthening measures, inspection, maintenance and repair, etc. , covering the whole process of durability design. The paper introduces the orientation, principles of compiling and main contents of the Specifications for the Durability Design of Railway Concrete Structures, to help technicians of design, construction, supervision etc. Sectors understand and execute the Specifications.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2011(000)008【总页数】4页(P94-96,104)【关键词】铁路;混凝土结构;耐久性设计;主要内容【作者】李化建;谢永江【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U442.5+1混凝土结构是当今铁路工程应用最广泛的结构形式。
高速铁路设计新规范(隧道篇)2015年2月1日执行
8 隧道8.1 一般规定8.1.1 隧道设计必须考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、隧道结构和环境等方面的不利影响。
8.1.2 隧道衬砌内轮廓应符合建筑限界、设备安装、使用空间、结构受力和缓解空气动力学效应等要求。
8.1.3 隧道结构应满足耐久性要求，主体结构设计使用年限应为100 年。
8.1.4 隧道主体工程完工后，应对其特殊岩土及不良地质地段基底的变形进行观测。
8.1.5 隧道辅助坑道的设置应综合考虑施工、防灾救援疏散和缓解空气动力学效应等功能的要求。
8.1.6 隧道结构防水等级应达到一级标准。
8.2 衬砌内轮廓8.2.1 隧道衬砌内轮廓的确定应考虑下列因素：1 隧道建筑限界；2 股道数及线间距；3 隧道设备空间；4 空气动力学效应；5 轨道结构形式及其运营维护方式。
8.2.2 隧道净空有效面积应符合下列规定：1 设计行车速度目标值为300、350km／h 时，双线隧道不应小于100m2，单线隧道不应小于70 m2。
2 设计行车速度目标值为250km／h 时，双线隧道不应小于90 m2，单线隧道不应小于58 m2。
8.2.3 曲线上的隧道衬砌内轮廓可不加宽。
8.2.4 隧道内应设置救援通道和安全空间，并符合下列规定：1 救援通道1）隧道内应设置贯通的救援通道。
单线隧道单侧设置，双线隧道双侧设置，救援通道距线路中线不应小于2.3m。
2）救援通道的宽度不宜小于1.5m，在装设专业设施处可适当减少；高度不应小于2.2m。
3）救援通道走行面不应低于轨面，走行面应平整、铺设稳固；2 安全空间1）安全空间应设在距线路中线3.0m 以外，单线隧道在救援通道一侧设置，多线隧道在双侧设置；2）安全空间的宽度不应小于0.8m，高度不应小于2.2m。
8.2.5 双线、单线隧道衬砌内轮廓如图8.2.5-1～4 所示。
图8.2.5-1 时速250km/h 双线隧道内轮廓（单位：cm）图8.2.5-2 时速300、350km/h 双线隧道内轮廓（单位：cm）内轨顶面路中线隧线线中道线线中路隧道中线内轨顶面线路中线图8.2.5-3 时速250km/h 单线隧道内轮廓（单位：cm）线线路中隧线道中内轨顶面图8.2.5-4 时速300、350km/h 单线隧道内轮廓（单位：cm）8.3 隧道衬砌8.3.1 暗挖隧道应采用复合式衬砌，明挖隧道应采用整体式衬砌。
铁路桥梁耐久性及对策
以上各钢桥主要部位裂纹可归纳为如下四 种： (1).竖向加劲肋上端焊趾处腹板裂纹。 (2).竖向加劲肋下端焊趾处腹板裂纹或焊缝 开裂。 (3).竖向加劲肋上端与上盖板焊接部分开列。 (4).纵横梁连接部分，纵梁端部上切口处腹 板开裂。
• • • • • • •
钢梁裂纹原因初步分析： A.腹板平面外弯曲 导致腹板平面外弯曲的因素有以下几点： （1）纵梁上翼缘与腹板不垂直； （2）加劲肋与上盖板不垂直； （3）枕木与上盖板不密贴； （4）枕木受到列车活载作用发生挠曲而引起 的横向扭曲。
铁路桥梁耐久性及对策
陈夏新
铁道部高速办 2004年12月
铁路桥梁耐久性及对策
一、铁路桥梁基本概况 二、铁路桥梁耐久性现状 三、铁路桥梁耐久性实例分析 四、提高铁路桥梁耐久性建议与对策
一、铁路桥梁基本概况
1.桥梁结构型式 （1）混凝土结构 低高度、普通高度钢筋混凝土简支 板梁和T梁，普通高度、低高度预应 力钢筋混凝土简支T梁，预应力混凝 土简支箱梁，预应力混凝土连续箱 梁，预应力混凝土连续刚构梁，钢 筋混凝土斜腿刚构，斜拉桥，拱桥， 框构桥。
• 根据铁道部2003年桥梁秋检统计资料汇 总，混凝土梁发生钢筋锈蚀、保护层脱 落、漏水、碱—骨料反应等耐久性病害 共计7179孔，桥墩严重腐蚀、裂纹、裂 损共计3277个，钢梁裂损及开焊、主要 节点订栓松动共计478孔2256处，钢梁涂 装失效94000吨。
（二）桥梁耐久性不足原因初步分析 1.钢结构 • 构造细节设计不合理。 •腹板平面外弯曲，腹板产生较大的面外弯 曲应力。 •应力集中。 •钢梁油漆涂装标准过低。
2.混凝土结构 • 梁体发生碱—骨料反应（主要是碱—硅反应），产生 沿预应力管道纵向裂纹。 • 环境腐蚀性介质引起梁体混凝土腐蚀、裂纹、钢筋及 预应力钢丝锈断。 • 早期设计的梁体混凝土强度偏低，钢筋保护层厚度偏 小，导致混凝土碳化深度加快。 • 桥面防水层标准低，泄水管施工质量较差，引起桥面 混凝土腐蚀及桥面板钢筋锈蚀。 • 墩台混凝土强度等级偏低，导致桥墩腐蚀、裂损及冻 融破坏
140-演示文稿-剪切滑移破坏法、复合式衬砌结构耐久性设计
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
•提出确保混凝土耐久性的施工质量关键控制要求与 措施；
•确定钢筋混凝土保护层厚度； •提出对结构应采取的防腐蚀附加措施； •明确结构使用过程中的检测、养护、维修或局部更 换的要求。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
( 一 ) 初期支护的耐久性
1. 喷混凝土 在腐蚀性严重的场合，喷混凝土的强度等级应不低 于二次衬砌混凝土的强度等级； 喷混凝土的强度要满足长期强度（ 28d ）的要求， 且 1d 的抗压强度不宜小于 10MPa 。 2. 锚杆 锚杆宜采用全长灌浆式锚杆，并应设置垫板。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
化学侵蚀环境
化学侵蚀类型
硫酸盐 侵蚀
盐类结 晶侵蚀 酸性侵
蚀 二氧化 碳侵蚀 镁盐侵
蚀
环境水中 SO42-含量 (mg/L)
强透水性环境土中 SO42-含量(mg/kg) 弱透水性环境土中 SO42-含量(mg/kg) 环境土中 SO42-含量
(mg/kg)
管理等级 Ⅲ Ⅱ Ⅰ
变形管理等级
管理位移 U＜U0/3 U0/3≤U≤2U0/3 U＞2U0/3
施工状态 可正常施工 应加强支护 应采取特殊措施
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
4. 隧道失稳的经验先兆： •局部块石坍塌或层状劈裂，喷层的大量开裂； •累计位移量已达极限位移的 2/3 ，且仍未出现收敛 减缓的迹象； •每日的位移量超过极限位移的 10 ％； •洞室变形有异常加速，即在无施工干扰时的变形速 率加大。
•在施工阶段可利用位移反分析求得的围岩力学指标 和荷载分布状况，通过计算模拟取出极限位移。
第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理
隧道结构体系的计算模型与方法
离散元法
01
离散元法是一种基于离散化思想的数值计算方法，通过将隧道结构离散化为一 系列相互独立的离散单元，利用单元之间的相互作用关系建立模型，实现隧道 结构的数值分析。
02
离散元法适用于处理不连续或破碎的隧道结构，能够模拟岩土工程中的块体运 动和失稳过程。
03
离散元法的计算精度和效率取决于离散单元的选择和划分，以及求解算法的稳 定性和收敛性。
隧道结构体系的智能化监测与加固技术
智能化监测技术
利用传感器、无线通信和数据处理技术，对隧道结构进行 实时监测和数据采集，实现隧道结构的智能化监测和管理。
健康监测与评估
通过智能化监测技术，对隧道结构的健康状况进行实时监 测和评估，及时发现潜在的安全隐患和损伤，为隧道的维 护和加固提供科学依据。
加固技术
蚁群算法
蚁群算法是一种模拟蚂蚁觅食行为的 优化算法，通过模拟蚂蚁的信息素传 递过程来寻找最优解。在隧道结构体 系的优化设计中，蚁群算法可以用于 解决路径优化问题，如隧道出入口连 接路线的选择、内部通道布局等。
VS
蚁群算法具有分布式计算、信息共享 和鲁棒性强等优点，适用于处理离散 空间的优化问题。通过合理设置信息 素挥发速度、蚂蚁数量和迭代次数等 参数，蚁群算法能够在较短时间内找 到满足工程要求的最优解。
详细描述
弹性力学模型将隧道结构视为连续的弹性体，采用弹性力学的基本方程进行计 算，包括平衡方程、应变-位移关系、应力-应变关系等。该模型适用于隧道结 构的静力分析和稳定性分析。
有限元模型
总结词
将隧道结构离散化为有限个小的单元，通过单元的力学特性进行整体分析。
详细描述
有限元模型将隧道结构离散化为有限个小的单元，每个单元具有特定的力学特性，通过建立单元之间的相互关系， 进行整体的结构分析。该模型能够处理复杂的边界条件和材料非线性问题，适用于各种类型的隧道结构分析。
隧道结构体系设计(原理与方法)
隧道支护结构
防水排水设计
采用复合式衬砌结构，包括初期支护和二 次衬砌。初期支护采用喷射混凝土和钢拱 架，二次衬砌采用钢筋混凝土。
采用全包防水设计，设置中心深埋水沟和 侧沟，配备专业的排水系统。
某铁路隧道结构设计
隧道长度与规模
该隧道全长8公里，为双线铁路 隧道。
结构设计原则
确保隧道结构的强度、刚度和 稳定性，满足高速铁路的行车 要求。
力。
智能材料
如形状记忆合金、压电陶瓷等， 能够感知外界刺激并作出响应， 可用于监测隧道结构的健康状况，
实现结构的自适应调节。
智能化技术在隧道结构体系中的应用
1 2 3
智能传感器技术
通过安装智能传感器，实时监测隧道结构的应力、 应变、位移等参数，为结构安全性评估提供数据 支持。
数值模拟与优化设计
利用数值模拟软件对隧道结构进行精细化建模和 分析，优化设计方案，提高结构的经济性和安全 性。
自动化施工与监控
通过自动化施工设备和智能监控系统，实现隧道 施工过程的实时监测和自动控制，提高施工效率 和安全性。
绿色环保理念在隧道结构体系中的应用
节能设计
优化隧道照明、通风等系统设计，采用节能设备和技术，降低能耗 和碳排放。
资源循环利用
对隧道施工过程中的废旧材料进行回收和再利用，减少资源浪费和 环境污染。
结构的耐久性。
03
隧道结构体系设计方法
隧道结构的断设计
根据隧道的功能和用途，确定隧道的断面形状和 尺寸，以满足行车、行人的安全和舒适性要求。
考虑地质条件、施工方法等因素，优化隧道断面 设计，降低施工难度和成本。
考虑环保和景观要求，将隧道断面设计与周围环 境相协调，提高隧道的美观性和舒适性。
铁路隧道结构设计方法
铁路隧道结构设计方法随着铁路交通的发展，铁路隧道的建设也日益增多。
铁路隧道的结构设计是保证隧道工程安全可靠运行的关键。
本文将介绍铁路隧道结构设计的方法和要点。
一、隧道结构设计的目标铁路隧道结构设计的目标是确保隧道在运行过程中具有足够的强度和稳定性，能够承受列车的荷载和地下水压力等外力，同时满足隧道的通风、照明、排水和消防等功能要求。
为了达到这些目标，隧道结构设计需要考虑以下几个方面的因素。
二、地质条件和隧道类型地质条件是隧道结构设计的基础。
不同的地质条件会影响到隧道的设计参数和结构形式。
常见的地质条件有岩石地质、软弱地层和水下地质等。
隧道结构设计需要根据地质条件选择合适的隧道类型，如盾构隧道、开挖隧道或钻爆法隧道等。
三、设计参数的确定设计参数的确定是隧道结构设计的关键步骤。
设计参数包括隧道的跨度、高度、宽度、墙厚、拱顶厚度和地基基础等。
这些参数需要根据隧道的功能要求、地质条件和荷载等因素进行综合考虑。
设计参数的确定需要满足隧道的安全强度和稳定性要求，同时考虑施工和经济性等因素。
四、结构形式的选择结构形式的选择是隧道结构设计的重要环节。
根据地质条件和设计参数，可以选择相应的结构形式，如单洞隧道、双洞隧道、折线隧道或曲线隧道等。
结构形式的选择需要考虑隧道的通风、照明和排水等功能要求，同时保证隧道的强度和稳定性。
五、结构材料的选择结构材料的选择是隧道结构设计中的关键问题。
常见的结构材料有混凝土、钢筋和钢板等。
根据隧道的设计参数和结构形式，选择合适的结构材料。
结构材料的选择需要考虑材料的强度、耐久性和经济性等因素。
六、施工工艺和技术施工工艺和技术是隧道结构设计的重要组成部分。
隧道施工需要考虑地质条件、施工设备和安全等因素。
常见的施工工艺有盾构法、开挖法和钻爆法等。
施工工艺的选择需要满足隧道的设计要求，同时考虑施工的安全和经济性。
七、监测和维护隧道结构设计完成后，需要进行监测和维护工作。
监测可以及时发现隧道结构的变形和破坏情况，采取相应的维修措施。
隧道结构的耐久性研究
路 和 公 路 建 设 巾 的隧 道 ｌ程 需 要 消 耗 大 量 ： 的 人 力 和 巨额 的 资 金 ， ｌ保 证 投 入 的 效 为 『 率 以 及 国家 的长 远 发 展 ， 国新 修 ¨ 的 “ 我 铁 路 隧 道 设 计 规 范 明 确 提 隧 道建 筑 物 按 满足ｌ０ 年正 常 使 用 的 永 久性 结 构 设 计 ， Ｏ 这 就 对 其 耐久 性 提 ｝ 了 更 高 的 要 求 ， ｝ ｊ 笔者 认
工 程 技 术
ＳＩ 结 构 的耐 久 性 研 究 ①
田 海 光
（ 中铁第 一勘察 设计 院 陕西西安 ７ ０ ３ １ ４ ） ０
摘 要 ： 道 工 程 不 同于 普 通 房 屋 建 筑 工 程 ， 于 所 处 环 境 的 作 用 ， 道 的耐 久 性 往 往 成 为 影 响 使 用 的主 要 因素 ， 我 国 大 范 围兴 建 隧 道 隧 由 隧 在 的今 天 ， 须 把 耐 久 性 的研 究 当 成 一 项 重 要 的任 务 。 何 来 做 到耐 久 呢 ？ 文 笔 者 从 增 加 混 凝 土 保 护 层 ， 加 对 钢 筋保 护 ； 混 凝 土 配 比 必 如 本 增 对 增 加 其 可 靠性 等 方 面来 对耐 久 性 做 了分 析 和 研 究 。 本 文 的 亮 点 是 没 有 只 从 施 工 质 量 来 探 讨耐 久 性 ， 而 而是 从 混 凝 土 的 配 此 来 对 隧 道耐 久
为 隧 道 结构 ］程 的而 久性 建 设 和研 究必 须 二 寸
这是 由十混凝 土材料本身成 分引起的 ， 其
开 裂 破 坏 是 整 体 惟 的 ，ｆ 目前 尚 无 特 别 有 ＿ 】 效 的 修 补 方法 ， 其 中 的 碱 碳 酸 盐 反 应 的 而
隧道主体结构混凝土耐久性探讨
混凝 土耐久性 探 讨
王 海彦 ：西 南交通 大学土木 工程 学 院 ，博 士研 究生 ， 四川 成都 ，６ ０ １ １ ５ ０ 宓 荣三 ：石 家庄铁 路职 业技 术 学院 ，副教 授 ，河北 石 家庄 ，００４ ５０ １
龚 仑 ：西 南交通 大学土木 工程 学 院 ，讲 师 ，四川 成 都 ，６ ０ ３ １０ １
措 施
１ 影Ⅱ混 凝 土耐 久性 的因素 向
隧道 主体结构混凝 土耐 久性是 指在一定环境 作用和 预期维护 与使用条件下 ，隧道 主体 结构在预定 的期 限 内
能 维 持 其 最 低 性 能 要 求 的 功 能 。这 一 功 能 不 仅 仅 包 括 结
混 结应量面往 尤是交建高 混凝 土耐久性 的 因素很 多 ，主要表现 在以下几个 凝时 用大广重 其在通设速 体结构 发 构世 界 各 国往 ，建 设 轻 维 护 ，设 计 标 展 土期
，
构的安全性 ，而且更 多地体现在适 用性上 。影 响隧道主
准低 ，质量 问题 比较突 出 ，当进人稳 步发国铁路 隧道 病害较为普遍 。２ ０ １ １ 混凝 土的碳化 ０９ ．
年对 宝成 、成 昆 、达成线 既有 铁路 隧道 和部分高速公 路 隧道 进行调查 ，主要病害有 衬砌结构 开裂 、化学腐蚀 ，
提 出在 水 泥和矿 物掺 和 料选 择 、 混凝土 配合 比 设
计、 混凝 土 浇筑温度 和振 捣 、二次衬 砌 混凝 土合
理 拆模 时 间 ，选 用合理 养护 方法 、表 面处理 和 防
的性 质 在 逐 渐 劣 化 和 发 展 ，严 重 时 将 演 变 为 潜 在 的安 全
事 故隐患 。调查 中发现有 些隧道Ｔ 程修建和使用年 限不 长 ，但病害 非常严重 ，主要 原 因是施 工质量存在缺 陷 ； 维修 管理滞后 导致混凝 土结 构 因环境 影响及外力作用 产 生 劣化 ；设计标 准低 ，许 多隧道工程设计 没有 系统考 虑
铁路隧道建设理念和设计原则
一、前言交通发展，铁路先行。
随着对环境、能源问题的深入认识，我国的铁路建设进入了新的大发展时期，而隧道工程在我国铁路建设中占有重要地位。
据不完全统计，截至2005年末，我国共建成铁路隧道6874座，总延长4158 km，连同建国前修建的664座、总延长156 km的铁路隧道，已建成的铁路隧道已有7538座、总延长4314 km。
在新一轮的铁路建设中，在建和规划建设的铁路线有宜万线、兰渝线、贵广线、大瑞线、成兰线等，这些线路地质条件复杂，隧道所占的比重大，隧道修建的难度也很大。
据不完全统计，目前我国铁路隧道正以每天增加3 km的速度向前推进，建设速度之快可想而知。
在这种情况下，如何保证铁路隧道建设的安全和之后的运营安全，需要在深刻总结以往建设经验和教训的基础上，进一步明确建设理念和设计原则。
二、铁路隧道建设理念（1）隧道与地下工程是不可逆工程，不具备拆除重建的条件，因此必须是遗产工程。
不允许是遗憾工程和灾害工程。
（2）隧道与地下工程是风险性很大的工程，必须实事求是，科学地进行风险性评估。
评估主要内容为：施工安全评估、施工质量评估、环境评估，最后是施工进度和施工成本评估。
在建设全过程中应对可研阶段、初步设计阶段、施工阶段、运营阶段进行全方位工程风险分析。
据国际隧道工程保险集团对施工现场发生安全事故原因的调查结果表明，将施工方作为工程安全唯一主体是不科学的，目前五个阶段的风险界定不清，而这些风险往往到施工时才反映出来，由施工方完全承担这些风险是不合理的。
（3）合理工期、合理造价、合理合同、合理施工方案是隧道建设检验科学发展观的4条标准。
如青藏铁路复线西格段的关角隧道（32 km）设计，应考虑小TBM＋钻爆法施工新模式。
利用二线导洞快速施工＋横通道模式，取消斜井，取消费工费时、造价高的向上运输方式。
（4）必须进行信息化动态反馈设计。
通过支护参数调整，确保施工安全，不改变设计是不科学的，“精心设计，精心施工，在建设过程中会有错误和失败，必须及时修正。
铁道构造物等设计标准及解说
铁道构造物等设计标准及解说
铁道构造物是指铁路相关建筑和设施，包括轨道、铁路桥梁、铁路隧道、车站、信号设备等。
设计标准是为了确保铁道构造物的安全性、稳定性、耐久性和运营效率。
1. 轨道设计标准：轨道是铁路的基础设施，轨道设计标准包括轨道几何标准、轨距标准、轨道线路（水平和垂直曲线）、轨道材料和轨道固定等。
这些标准要求轨道在重载、高速和长期运行条件下保持稳定，确保车辆运行平稳。
2. 铁路桥梁设计标准：铁路桥梁的设计要求桥梁结构承受列车荷载、自身重量和环境荷载等，确保桥梁稳定和安全。
设计标准包括桥型选取、荷载标准、结构设计和防护措施等。
3. 铁路隧道设计标准：铁路隧道的设计要求确保列车安全通过，包括纵向和横向通风、紧急逃生通道、排水系统和支护结构等。
设计标准主要涉及隧道几何、排水、通风和安全防火等方面。
4. 车站设计标准：车站是旅客乘降和接驳交通的重要场所，设计标准要求设置合理的站台、出入口、候车室和票务设施等，以提供方便、舒适和安全的服务。
5. 信号设备设计标准：信号设备是确保列车运行安全的重要装置，包括信号机、道岔、轨道电路和通信系统等。
设计标准要求信号设备的设置和功能满足列车运行的需求，并确保运行安全。
解说上述设计标准主要是为了确保铁道构造物的安全性和运行效率。
通过合理的轨道、桥梁和隧道设计，可使列车稳定运行；通过适当的车站设计，方便旅客的进出和换乘；通过科学的信号设备设计，确保列车间的通信和运行安全。
这些标准的制定和遵守对铁路的安全、稳定和高效运营至关重要。
铁路隧道设计简介
围岩级别 单线隧道
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
hq=q/γ
q—用深埋隧道垂直均布压力公 式计算（kN/m2）； γ—围岩重度（kN/m3）。 在矿山法施工条件下，Ⅳ～Ⅵ级围岩取
5～7
10～14
18～25
Hp=2.5hq 双线隧道 8～10 15～20 30～35
铁 路 规 范 公 路 规 范 围 岩 级 相邻单线隧道间的最小净距 分离式独立双洞的最小净距 别
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
地 铁 规 范
1.用盾构法施工的 平行隧道间的净距 宜不小于隧道外轮 廓直径； 2.矿山法或新奥法 施工的平行隧道间 的净距可比照《铁 路规范》执行
〔1.5～2.0〕B
〔2.0～2.5〕B 〔2.0～2.5〕B 〔2.5～3.0〕B
q=γh；
h=0.45×2S-1ω
式中：q、γ、S、ω含意同左； （2）围岩水平均布压力 围岩水平均布压力同铁路隧道设计规范。
2.采用破损阶段法或容许应力法进行结构计算时：
围岩压力按松散压力考虑 （1）垂直匀布压力（q）
q=γh；
式中 （m）；
h=0.45×2S-1ω
B—坑道宽度
ω—宽度影响系数，ω=1＋i（B－5）；
偶然荷载
落石冲击力 地震力
有
9
2）深、浅埋隧道的判断
铁 路 规 范 按隧道拱顶以上覆土厚度大致为 2.5倍塌方高度，为深、浅埋隧道的 分界值（米） 公 路 规 范 地铁 规 范
按荷载等效高度值，并结合地质 按铁路 条件、施工方法等因素综合判定。 隧道设计规 按荷载等效高度判别式： 范确定。 Hp=(2~2.5)hq
从三个设计规范对围岩分级，都是由好到 差的地层排序，都分为六级，只是文字描述上
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铁路隧道结构耐久性设计方法研究
作者：朱梁芳
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第33期
【摘要】对现有铁路隧道进行实地勘察后发现，一部分隧道主体结构耐久性不足，这在很大程度上增加了隧道病害发生率。
设计是造成铁路隧道结构耐久性不足的重要原因之一，当前，社会发展及自然环境复杂化都对隧道结构安全性、适用性和耐久性提出了更高要求，所以在铁路隧道结构设计过程中，我们不应只做单一的强度设计，而是应在综合环境作用的基础上，采用“多道设防”理念，加强耐久性、安全性设计。
下面笔者就结合专业知识和实践经验提出铁路隧道结构耐久性设计方法。
【关键词】铁路隧道；耐久性；配合比；衬砌结构
修建隧道是缩短距离、避免大坡道、保证行车安全的重要措施，在列车荷载、外水荷载作用下以及正常维修条件下，隧道结构的位移、裂缝、振动、变形等必须能够满足安全使用要求，同时还应具备保持结构安全性的能力。
以往铁路隧道结构设计往往只进行单一的强度设计，结构耐久性设计不足，这就使得铁路隧道结构在规定使用年限范围内无法较好承受可能出现的各种环境作用，难以使结构的正常使用功能发挥。
为满足铁路隧道安全性和适应性要求，有必要考虑结构在复杂环境作用下的耐久性问题，做好耐久性设计，以提高投入使用后的铁路的安全服务水平。
一、多元复合胶凝材的选择
据调查，大部分铁路隧道运营后结构耐久性不足的问题较为突出，严重威胁行车安全。
这主要是因为混凝土胶凝材主要以硅盐酸水泥为主，成份单一，级配较差。
要从根源上避免铁路隧道结构病害，具体设计中首先应从材料抓起。
笔者建议采用由水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰组成的多元复合凝胶材配制高性能混凝土。
采用粒度分析仪和分布仪对水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰的颗粒级配和粒度进行微观分析，结果见表1。
表1 复合胶凝材中各粉体材料的颗粒级配和粒度
材料颗粒形状圆度系数均匀性系数最大粒径μm 最小粒径μm
水泥颗粒不规则、表面粗糙 0.95 1.08 120.31 2.11
矿粉颗粒不规则、表面粗糙 0.94 1.03 90.66 1.22
粉煤灰球状玻璃体、表面光滑 0.96 1.10 74.14 0.87
硅灰球状玻璃体 0.98 1.11 0.34 0.17
由分析结果可知，复合凝胶材料中水泥粒径最大，为2.11～120.31μm，矿粉、粉煤灰粒径其次，硅灰粒径最小。
若将这四种材料按照一定比例复合，可形成具有良好微观级配的胶凝材，在水化过程中，组成胶凝材的各种不同粒径的材料相互填充可在一定程度上减少颗粒间空隙，进而降低复合胶凝材总孔隙率，有利于提高混凝土均匀性和密实性。
实践表明，粉体颗粒形状对混凝土性能也有直接影响，由表1给出的关于颗粒形状的分析结果，矿粉、硅灰会降低新拌制混凝土的流动性，且需要大量水，粉煤灰则相反，将这几种材料混合起来可取长补短，增强混凝土减水作用，进而使混凝土结构密实性更好。
另外，硅灰含有高达90%以上的二氧化硅，粉煤灰含有60%的二氧化硅以及20%以上的三氧化二铝，矿粉也含有氧化钙、二氧化钙和三氧化二铝，按照一定比例将这几种材料混合在一起，在化学组成方面能够保持平衡，并且各材料优势也能充分发挥。
需要注意的是，胶凝材总量不应过高。
二、C30耐腐蚀混凝土配合比设计
拟给定的配合比需要进行混凝土拌合物性能试验，根据塌落度，在10～14cm之间对用水量进行调整。
根据性能试验结果，初步选定配合比。
铁路混凝土工程施工质量验收标准规定，成型混凝土抗裂试件养护1d后，在合适的环境条件下进行养护，经常观察试件表面开裂情况，经过8周养护，若试件表面没有开裂说明拟定配合比的混凝土具有良好抗裂性能。
在此之后，对试件抗压强度、抗渗性和电通量进行试验，检验其耐久性能。
为对多元复合胶凝材配制高性能混凝土的优越性进行验证，笔者拟配C30混凝土，进行混凝土配合比试验：凝胶材360kg（水泥180kg、矿粉144kg、粉煤灰36kg），水胶比0.43，砂率42%，减水剂1%。
配比设计值：28d时抗压强度为38.2MPa，电通量
三、铁路隧道衬砌结构耐久性设计
初期支护为永久支护，根据相关规范要求，应对喷混凝土、锚杆、钢架这些支护措施进行耐久性设计。
考虑一般环境，可采用C20、C30喷混凝土，其强度要满足28d强度要求，1d抗压强度不宜小于10MPa；采用粘结式永久锚杆，将钢垫板设在锚杆端部使其与钢筋网锚固为一体；围岩两侧保护层厚度宜在2～4cm以上。
腐蚀环境下，由于初期支护密实性较差，无法很好满足结构耐久性要求，可按照临时施工结构设计。
二次衬砌作为安全储备，应严格按照构造要求和材料要求进行耐久性设计，并且要特别关注环境作用。
为使二次衬砌与初期支护合理分配铁路隧道使用期结构所承受的各种荷载，在增加初期支护厚度的基础上，尽量减小二次衬砌厚度，从而降低结构刚度，使初期支护承担更多荷载，二次衬砌则更好发挥自身安全储备功能。
一般环境下，需考虑混凝土碳化和混凝土在外水作用下的溶蚀问题，此时可加大保护层厚度，提高混凝土性能，设计时可按照荷载结构法，
使二次衬砌结构分担部分围岩承载。
腐蚀环境下，二次衬砌结构按永久性结构设计，尽可能承担铁路隧道运营期间的全部荷载。
四、结语
总之，铁路隧道作为铁路的重要组成部分，时常有列陈行驶其中，在施工后期及设计使用年限内，隧道结构不宜改造，因此需要综合分析各种不利环境，对环境作用下的隧道结构进行耐久性设计，使隧道结构具备保持结构安全性和适用性的能力。
笔者本着安全、经济、耐久、低碳的理念，结合自身专业知识和实践经验，从材料、配合比、衬砌结构方面，提出了一些铁路隧道结构的耐久性设计方法，具有一定可操作性，希望能为同行提供帮助。
相信随着结构设计师设计水平的不断提升，我国铁路隧道结构耐久性设计将进入全新发展阶段。