某膨胀性围岩地层铁路隧道仰拱上拱原因分析及整治

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关于隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施的研究

关于隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施的研究

关于隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施的研究发表时间:2019-08-30T14:27:52.553Z 来源:《防护工程》2019年12期作者:向炯[导读] 目前我国的基础建设开展迅猛,作为基础建设项目的道路建设也在快速进行。

贵州省公路开发有限责任公司贵州省贵阳市 550081摘要:目前我国的基础建设开展迅猛,作为基础建设项目的道路建设也在快速进行。

道路建设过程中,难免会有隧道的建设,其质量好坏对道路的正常运行有着重要影响。

本文针对隧道工程中仰拱出现的问题进行了分析探索,以期望为我国的隧道工程提供参考,为道路建设作出贡献。

关键词:隧道;仰拱;问题;分析引言仰拱是隧道衬砌支护体系重要的组成部分,仰拱的支护性能与隧道衬砌整体支护体系有着密切关系。

仰拱结构包括仰拱和仰拱填充2部分,仰拱可以定义为隧道底部设置的与上部衬砌闭合成环、能够约束围岩变形、增加围岩稳定性的反拱形结构。

目前在隧道工程建设中,仰拱的作用仍未得到充分认识和重视,隧道仰拱病害诸如仰拱底鼓开裂、衬砌结构破坏、路面翻浆冒水等仍在工程建设中发生。

一、隧道仰拱常见病害仰拱作为隧道的重要组成部分,直接影响隧道的整体稳定和长期运营安全。

在新建和已运营的隧道中隧道底部结构经常出现开裂、破损甚至沉陷错台等现象,严重危及行车安全。

隧道仰拱部位常见病害主要为隧道混凝土底板开裂变形、侧沟开裂变形、底板下沉陷落、路面翻浆冒泥、仰拱底鼓、路面开裂等。

二、隧道仰拱常见病害产生原因分析仰拱产生病害的原因一般为多个因素共同导致,分析其根本主要为基底软化、地下水作用及仰拱结构缺陷3方面。

(一)基底软化隧道1.围岩因素仰拱出现病害处基本上均位于围岩条件较差段落,岩性以软岩为主,如泥岩、炭质泥岩、泥质粉砂岩、泥灰岩等,该类岩石遇水具有明显软化性,致使基底围岩在地下水作用下发生劣化,产生较大的塑性变形区,基底围岩弹性抗力及岩体参数降低,地基承载力下降、围岩水平侧压力增大,从而使隧道边墙发生向内挤压,导致作用于结构上的荷载增大,进而产生隧道仰拱病害。

铁路隧道仰拱、底板质量缺陷整治技术

铁路隧道仰拱、底板质量缺陷整治技术

铁 路 隧道仰 拱 、 底 板质 量缺 陷整治技术



( 中铁 二十 二局 集 团第三 工程 有 限公 司 , 福建 厦 门 3 6 1 0 0 8 )
摘 要: 随着 高速铁 路的迅猛发展 , 无砟轨道被广泛应用 , 桥 隧群 、 长大铁路隧道等 多采 用无砟 轨道结构。无砟轨道对 隧道仰拱 、 底板 等 下部结构 质量要求高 , 隧道施工质量提升跟不上高速铁路发展 的脚 步, 在施工过程 中产生 了部分质量缺 陷, 严 重影响铁路工程整体
处应力较集 中。仰拱的设 置能够将隧道上部的地层压力通过隧 道边墙结构或将路面上的荷 载有效 的传递到地下,同时还有效 的抵抗 隧道下部地层传来的反力 。特别是 在侧压力系数较大 的
软弱围岩 、 初始地应力场 中具有较大 的水平构造应力的围岩、 流
②仰拱 开挖断面检 查过程 中 , 测量 点位数量不 足 , 未找 出
址 区属 于华 南加里东褶皱 系的浙东南褶皱带 。区内未见元古代
变质基底 出露 ,全为 中生代 晚侏罗 世一 套巨厚的酸性火 山岩 。 构 造以断裂 为主 , 从 空间展 布方位看 , 发 育有北 东方 向的两条 断裂 , 区内褶皱不发育 。隧址区未见不 良地质及特殊岩土。
采用注浆 固结方式进行处理 注浆材料宜采用早期强度 高 , 分 散度高 ,浆液终凝时 间不大 于 3 h的水泥基灌浆材料 ,水灰 比
2 某铁路隧道仰拱 、 底板质量缺 陷现状
2 . 1 某 隧道工 程地质 概况
浙南地 区某铁路 隧道位于低 山区, 自然坡度 4 0 。 ~ 5 0 。, 相对高差约 2 0 0 3 0 0 m。 中线所经之地有 大部分地势较 险, 植
杆加固等措施加以处 理 , 使 隧底虚碴固结 , 将围岩 与底板混凝土 连接成整体, 增强底板混凝土承载力。 虚碴厚度过大以后 , 底板结

隧道施工常见问题原因分析和处理措施方案

隧道施工常见问题原因分析和处理措施方案

隧道施工中常见问题原因分析及处理预防措施问题一:二衬拱顶、拱腰个别地方存在空洞和不密实㈠原因分析:1、Ⅱ、Ⅲ级围岩光爆效果差,造成隧道开挖轮廓凹凸不平,有棱角⑴光爆设计不合理(孔网参数、装药结构、起爆网络等)。

⑵火工品的性能不稳定(炸药的爆速、非电毫秒雷管延期时间的精确性、火工品的可靠性)。

⑶钻爆时施工班组存在偷工行为,未按要求炮眼间距、数量布置炮眼。

⑷在开挖断面的下部位置,由于作业空间的限制和操作人员的操作水平的问题。

在钻眼时,未能较好的控制钻杆的角度和周边眼的间距。

⑸在周边眼施工放样时,放样精度不满足要求。

2、人为原因:⑴Ⅱ、Ⅲ级围岩初期支护砼厚度不足,喷射砼时未把凹凸面喷平,平整未达到规范要求。

⑵防水板铺设时未预留好足够的松铺系数,导致砼浇筑完毕后防水板未与初支面密贴。

⑶在砼浇筑到拱顶位置时,未及时的调整砼的坍落度,导致拱顶未被砼充填密实。

⑷在砼浇筑到拱顶位置时出现堵管现象,现场人员在未仔细分析原因的情况下就主观地认为已经管满,停止砼泵送造成二衬厚度不足,出现脱空现象。

⑸在浇筑二衬砼时,施工作业班组主观上存在偷工减料行为,表现为衬砌厚度不足,注浆不满、不实等现象;现场管理人员在砼最后补方时,向拌合站提供的补方数量不准确,造成拌合站停止砼搅拌,实际二衬砼在未注满的情况下停止,造成二衬脱空。

⑹在二衬砼未初凝前急于拆管,造成未自稳的砼掉在自重的作用下下落形成漏斗,造成二衬脱空。

3、技术原因:⑴砼的收缩徐变,导致空隙。

⑵砼施工配合比水灰比偏大、坍落度大、砼振捣不密实,砼自重下沉。

⑶用输送泵输送砼时,拱顶的砼在输送过程中把部分空气密闲在狭小空间内无法排出,造成空隙。

㈡处理措施1、加强Ⅱ、Ⅲ级围岩光爆控制,提高光爆效果和基岩面平整度。

⑴针对不同围岩、不同的开挖断面、有无仰拱三种情况重新进行光爆设计,其设计参数见(表1~表5及附图):⑵提高轮廓线放样精度,周边轮廓线的放样允许误差控制为±2cm。

强降雨作用下高速铁路隧道仰拱隆起原因分析及整治

强降雨作用下高速铁路隧道仰拱隆起原因分析及整治

强降雨作用下高速铁路隧道仰拱隆起原因分析及整治发布时间:2023-03-30T07:45:41.464Z 来源:《福光技术》2023年4期作者:董世财[导读] 隧道水害引发的仰拱填充、轨道等起鼓或衬砌结构开裂是非常难以处理且危害较大的工程灾害之一,其主要发生在岩溶发育、岩溶管道联通性较好地区,也有部分发生在与地表联通性较强的断层破碎带或塌方冒顶区域。

甘肃铁科建设工程咨询有限公司甘肃省兰州市 73000摘要:近年来,降雨引发的铁路隧道仰拱隆起病害时有发生,严重影响隧道运营安全。

文章以某高铁隧道仰拱隆起病害案例为依托,综合降雨作用、地形地质条件、防排水系统实际效果等多因素对病害原因进行探讨,,并结合病害情况提出针对性整治措施。

关键词:高速铁路隧道;强降雨作用;仰拱隆起;水害;原因分析;整治方案;隧道水害引发的仰拱填充、轨道等起鼓或衬砌结构开裂是非常难以处理且危害较大的工程灾害之一,其主要发生在岩溶发育、岩溶管道联通性较好地区,也有部分发生在与地表联通性较强的断层破碎带或塌方冒顶区域。

近年来,随着中国高铁的飞速发展、高铁隧道的增多,其引发的危害正逐步突显,具有突发、后果严重、整治困难等特性。

本文通过对多座隧道近期发生的水害原因、整治过程等进行分析,提出了应急治理和灾害防控的措施及建议。

1水害表现及分类根据目前出现的隧道水害情况,其破坏形式可分为:①高压水引发隧道结构破坏;②高压水引发仰拱填充层上鼓,造成其上的轨道结构上鼓;③高压水直接引发轨道板上鼓;④地下水重分布引发膨胀类岩土膨胀,造成结构破坏。

本文主要针对地下水直接作用的前三种情况进行分析。

然而,收集近年来因衬砌水压力过高引发仰拱隆起的多个案例,通过归纳总结发现:在隆起病害演变过程中,地质因素、建设因素更多是扮演“病因”的角色,真正诱发病害发生的“诱因”往往是极端强降雨,而极端强降雨的作用及影响在既有案例研究中却鲜有深入探讨。

此外,既有案例多为公路隧道与普铁隧道,行车速度较低,控制要求相对宽松,而对于发展迅猛且控制标准更为严苛的高铁隧道而言,有待进一步验证探讨。

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施分析

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施分析

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施分析作者:高华来源:《装饰装修天地》2016年第03期摘要:当铁路隧道中出现拱顶病害时是非常危险的,经常会发生掉块、脱空等病害,影响到列车的正常运行。

为了对隧道拱顶病害进行有效的治理,本文结合某隧道工程中拱顶病害治理进行探讨,为同类工程施工提供参考。

关键词:铁路隧道;拱顶;整治在铁路隧道工程中,拱顶病害会危及到列车的行车安全,而拱顶病害整治工程又存在作业空间小、施工难度大的特点,难度较高,同时对填充材料的性能和强度要求高。

如何在有限的空间内克服各种施工难题而完成整治施工且不影响列车正常运营,是铁路隧道拱顶病害整治的前提和关键。

一、工程概况某铁路隧道全长1665m,单线电气化。

隧道进口位于R=500m的曲线上,呈现“Ω”的形状穿过分水岭地段,山顶至沟底相对高差170~190m。

铁路轨道为有砟轨道,道床两侧有浅水沟,铺设60kg/m无缝钢轨。

隧道通过地层为全新统砂黏土和上更新统,中更新统黄土质砂黏土,下伏上二迭系页岩夹砂岩,及2~3层凸锈体状铁矿。

围岩等级Ⅲ级,部分地段为Ⅳ级。

地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。

地震烈度6度,最大冻结深度1.1m,最冷月平均气温-4.20℃。

二、病害表观特征及成因分析在本工程中主要涉及到的铁路隧道拱顶病害问题有掉块以及裂缝两个方面,其中掉块问题主要发生在隧道K95+796—818范围内,而裂缝问题则主要发生在隧道K95+818~856,该裂缝主要就是纵向裂缝,其危害性还是比较突出的,详细分析来看,这些病害问题产生的主要影响因素涉及到了以下几点:1.施工质量差对于各方面铁路隧道拱顶病害问题来说,其都和相对应的施工质量存在者较为密切的联系,如果是施工质量较差的话,必然会危及到最终的应用效果,也就会表现为相应的病害问题。

详细分析来看,其施工质量较差的表现主要有施工的厚度不表达,空洞现象明显,超挖问题,围岩操作不当,衬砌施工不密贴等,这些施工质量问题表现都会影响到最终的施工效果,也都会造成一些病害的产生。

铁路隧道拱顶病害级整治措施分析

铁路隧道拱顶病害级整治措施分析

铁路隧道拱顶病害级整治措施分析摘要:近年来,随着国家对公共基础设施建设重视,铁路交通也得到了大规模的建设,给人们出行带来了很大的方便。

但是在实际中,由于日常管理和建设因素,我国铁路隧道在结构方面出现了快速老化现象,并且伴随着相应的病害出现,给列车出行带来了很大的困扰。

基于此,本文先是介绍了铁路隧道施工技术,接着对铁路隧道拱顶病害级原因进行分析,最后总结了铁路隧道拱顶病害的整治措施。

关键词:铁路隧道;拱顶病害;整治措施1铁路隧道施工技术1.1控制爆破技术控制爆破技术是铁路隧道安全施工中常见的一种术手段。

相关试验资料表明,不同爆破方法会对围岩造成不同程度的损伤,比如预裂爆破与光面爆破相比,前者对围岩造成的损伤程度约是后者的3~4倍。

基于这种情况,为了进一步保证隧道施工的安全性,相关学者提出了一种新型的控制爆破模式,即掏槽爆破区预裂+周边光面爆破的新型控制爆破模式。

1.2施工机械化配套技术在铁路隧道机械化施工过程中,结合隧道的围岩级别、断面和施工工艺等提出了三种机械化配置方法:(1)超前地质预报、开挖、喷锚、仰拱、装运、防水板和二次衬砌等施工环节中,建议采用臂液压凿岩台车,该设备可用于开挖钻孔和锚杆钻孔;(2)支护施工中的混凝土喷射建议采用喷射机械手;(3)仰拱施工中可采用带有行走设施的仰拱栈桥,以提高作业效率。

1.3不良地质隧道的施工技术铁路隧道施工中难免会遇到一些如富水断层、岩溶、黄土、高地应力段和全风化地层等特殊不良地质,这些地段施工应在结合隧道项目的地理环境和实际基础上,始终遵循“早预报、管超前、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则,根据不同地质情况选择适宜的施工技术和安全保障措施。

1.4超前地质预测预报与监控量测技术铁路隧道地质超前预报的内容包括重大施工地质灾害、地形地貌和不良地质等;常用的预报手段有:地质调查与推断、超前平行导坑、超前水平钻孔、地质雷达等。

所谓的监控量测即是指在隧道施工过程中用于采集能够反映围岩动态信息的手段,这种信息获取技术能为工作人员判断隧道围岩的稳定性和支护结构的合理性提供依据。

简析膨胀性围岩隧道施工中的临时仰拱

简析膨胀性围岩隧道施工中的临时仰拱

简析膨胀性围岩隧道施工中的临时仰拱1 引言膨胀性围岩通常是指含有蒙脱石、高岭土等矿物的软质岩石,吸水膨胀,失水收缩和往复胀缩变形的围岩。

这类围岩抗压强度较低,被水浸湿后,裂隙回缩变窄或闭合,强度迅速降低,吸水的同时围岩产生体积膨胀,对隧道支撑和衬砌产生膨胀压力。

在膨胀围岩段进行隧道开挖施工过程中,围岩产生的膨胀压力会对已完成的初期支护结构产生影响,当膨胀压力过大时,初期支护结构向隧道内侧的变形量就会过大侵入二衬界限。

如果膨胀性围岩短期内接受到大量水源的补给,相应区域内围岩的软化程度会变高,突变的膨胀压力过大会造成初期支护结构的破坏,围岩会因为失去自稳能力而形成塌方。

因此在膨胀围岩区段内进行隧道开挖施工的难度较大。

在杉阳隧道膨胀围岩段进行隧道开挖施工时采用了一系列综合措施处置膨胀围岩可能产生的危害,其中临时仰拱作为施工辅助措施是抵抗膨胀压力减少变形最有效的办法之一,这种方法施工工艺简单实用,能够实现较好的施工效果。

2 工程概况大瑞铁路杉阳隧道位于云南省永平县境内,地处横断山脉滇西纵谷地带,地形切割强烈,距澜沧江活动断裂带约2km,通过区域为中山构造剥蚀地貌,地形起伏大,相对高差约1080m,隧道施工主要穿越上白垩系砂岩、石英砂岩夹砾岩、侏罗系泥岩、砂岩夹石英砂岩、板岩及泥灰岩。

杉阳隧道出口段穿越泥岩,砂岩。

岩质较软,岩性变化快且频繁,该段位于板块缝合带—澜沧江断裂带及影响带,受构造影响,隧道岩体破碎疏松,有利于地下水的运移,基岩裂隙水发育,泥岩遇水后膨胀,软化失稳。

3 施工方法杉阳隧道出口端正洞开挖至DK102+392时,揭示掌子面为Ⅴ级围岩,泥岩为主,线路左侧方向出露炭质泥岩,在进行该区段隧道开挖施工时,采取了加强超前支护及初期支护强度,初期支护钢架预留变形量,设置临时仰拱等工程措施,具体施工方法如下:1、在隧道开挖前采取综合地质预报技术手段,对掌子面前方的围岩进行初步判识和解读,一般采用TSP203、红外探水、超前水平钻钻芯取样等方法,当确认前方围岩为膨胀性围岩时,则按照膨胀围岩段的施工方法进行施工。

某高铁隧道内轨道隆起原因分析及整治方案

某高铁隧道内轨道隆起原因分析及整治方案

运营维护某高铁隧道内轨道隆起原因分析及整治方案杨星智1,李葳2,李曙光1(1.中铁二十局集团有限公司科技创新部,陕西西安710016;2.中国铁道科学研究院集团有限公司科学技术信息研究所,北京100081)摘要:为解决某高铁隧道内轨道隆起问题,基于病害的勘察结果分析其产生原因,提出综合整治方案。

该隧道内轨道隆起原因主要由仰拱结构薄弱、泥岩遇水膨胀和围岩压力较大3个方面造成;采用仰拱重做置换加强技术,增加钻孔桩锚固、自进式锚杆注浆等加固措施对仰拱质量缺陷进行加固处理。

基于现场监控量测及数据分析,验证整治方案的可行性,成功解决客运专线隧道仰拱隆起质量缺陷问题,排除影响高速动车行车安全潜在的风险,为优化设计和类似工程病害整治提供借鉴经验。

关键词:高速铁路;隧道;轨道隆起;整治方案;监控量测中图分类号:U457文献标识码:A 文章编号:1001-683X (2021)11-0082-06DOI :10.19549/j.issn.1001-683x.2021.11.0821工程概况某高速铁路隧道起讫里程为DK39+730—DK50+379,全长10649m 。

洞内线路纵坡为“人”字坡,为双线隧道,地层主要以泥岩为主,局部夹杂薄层红色砂岩,采用一般地区Ⅳa-1型衬砌施工[1]。

设计2座斜井及1座横通道辅助正洞施工(见图1)。

该隧道于2014年4月完成铺轨,同年4—8月发现隧道进口至1#斜井之间局部段落轨面高程异常。

2病害情况长钢轨焊接锁定时,在推小车复测过程中发现DK41+770—DK42+080段左右钢轨几何形态超限,随后相图1某隧道平面布置示意图基金项目:中国博士后科学基金项目(2020M673525)第一作者:杨星智(1987—),男,高级工程师。

E-mail :继发现DK41+280—DK41+770、DK42+080—DK42+125相邻2段轨面标高也出现异常。

DK41+280—DK42+125段主要存在道床板与仰拱填充找平层脱离、仰拱填充找平层开裂等现象,随后对本段进行钻探及破检抽样检查[2-4]。

研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施

研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo.6,2019 (Sum No.304)2019年第6期(总第304期)研究隧道仰拱的常见病害原因及处治措施杨毅(贵州省公路工程集团有限公司,贵州贵阳550001)摘要:针对在隧道及其衬砌体系中具有重要作用和意义的仰拱结构,在简单介绍其常见病害与病害产生原因的基础上,提出目前较为常用的拱脚锁脚、基底加固、仰拱拆换和地下水引排四种处治措施,明确不同处治措施的要点、特征与效果,以此为实际的隧道仰拱施工、检查和病害处治工作提供理论参考,从根本上保证隧道施工与运营安全。

关键词:隧道仰拱;仰拱常见病害;病害成因;病害处治措施中图分类号:U457S2文献标识码:A文章编号:1008-3383(2019)06-0166-02在隧道的围岩衬砌体系中,仰拱是一个十分重要的部分,其支护性能直接影响到整个衬砌的性能。

对于仰拱结构,主要由填充与仰拱构成,其中,仰拱是由隧道底部和上部衬砌两部分形成的,可对围岩发生的位移与变形进行约束,且能提高围岩整体稳定性的结构。

在当前的隧道工程施工中,很多施工单位都没对仰拱引起重视,导致在施工中和运营后仰拱产生各类病害,对施工与运营安全都造成很大的影响。

因此,必须重视并加强仰拱病害的处治。

1隧道仰拱常见病害和产生原因1.1常见病害仰拱是隧道主要部分之一,对隧道稳定性及长期运行有直接影响。

而新建与已经长时间运营的隧道,其底部结构都产生裂缝和错台,对行车安全造成严重影响。

仰拱部分的病害包括:底板开裂和变形、侧沟开裂和变形、底板沉陷、面层翻浆、隆起。

无论仰拱结构产生哪一种病害,都有可能使其处在不稳定状态,因此,必须认真对待和处理所有类型的病害。

1.2产生原因(1)基底软化主要由两方面因素造成:其一,围岩,仰拱产生病害的部位主要为围岩情况较差的部位,其岩性偏软,这种岩性在遇水后将发生软化,导致围岩进一步劣化,出现塑性变形,围岩技术参数大幅降低,导致承载力减小,受到侧向压力后,边墙产生内侧挤压,荷载因此进一步增大。

铁路隧道拱顶病害成因及整治措施

铁路隧道拱顶病害成因及整治措施
在 完 成 上 部 混 凝 土 的 浇 筑 作 业 后 ,因材料的自重作用而发 生 下 沉 变 化 ,拱 部 的 混 凝 土 总 量 不 足 ,形 成 空 洞 。此 外 , 台 车 采 用 的 是 木 支 垫 行 车 轨 道 ,而 隧 道 现 场 的 空 气 湿 度 较 大 ,加 之 台 车 的 压 力 作 用 木 支 垫 易 腐 烂 ,导 致 台 车 下 沉 , 引起顶部衬砌出现较明显的空洞。
[3]
柴 江 明 . 地 铁 明 挖 车 站 施 工 技 术 要 点 分 析 [J 1.科 技 与 创 新 ,2 IH 5
(17):139,
232 I 工程机械与维修
根据实际情况采取有效的整治措施。
2 隧道拱顶脱空、掉块的成因
经 过 调 查 和 分 析 ,发 现 该 隧 道 拱 顶 出 现 脱 空 、掉块等 质 量 问 题 的 原 因 较 复 杂 ,具 体 包 括 以 下 方 面 :
七是施工时间控制不当。表现为过度追求施工效率, 在 混 凝 土 尚 未 初 凝 时 便 组 织 拆 管 作 业 ,引起混凝土稳定性 不 足 而 形 成 漏 斗 状 结 构 ;在 混 凝 土 强 度 未 达 标 时 拆 模 ,混 凝 土 的 强 度 偏 低 ,衬 砌 开 裂 和 下 沉 ,并进一步形成衬砌脱 空问题。
算 ,确 定 其 承 载 能 力 ,若 满 足 要 求 ,则 投 入 使 用 。若钢支 撑 大范围变形,则禁止使用。钢支撑的轴力利用轴力计测定, 正 常 情 况 下 每 日 监 测 一 次 ,采 集 数 据 并 完 整 记 录 ,供质量 分析使用。
以 设 计 要 求 为 准 ,择 机 设 置 钢 管 横 撑 ,按照分段分层 的方式组织土方的开挖作业。密切关注基坑开挖的深度以 及 作 业 时 间 ,及 时 架 设 钢 支 撑 。 各支撑应形成稳定连接的 关 系 ,且 需 要 垫 紧 贴 密 ,维 持 钢 管 支 撑 的 稳 定 性 ,以免出 现偏心受压的情况。

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施摘要文首先对隧道拱顶衬砌的常见缺陷及其形成原因进行了分析,然后在此基础上提出了相应的处理方法,最后提出了预防衬砌缺陷的措施,对隧道拱顶衬砌的施工具有一定的借鉴意义。

关键词铁路隧道;拱顶病害;整治措施引言随着经济的发展和基础设施的大力建设,我国逐渐成为世界上隧道工程数量最多、建设速度最快的国家之一,但目前高速铁路隧道大断面开挖施工过程中由于自然地质条件等的影响,多存在渗漏水、衬砌裂缝、衬砌坍塌和掉块等病害。

衬砌坍塌和掉块现象对隧道施工带来了极大地安全隐患,严重威胁着工程设备和人员安全。

如果处理不当,则会给工程质量遗留后患,给后期维修养护工作带来极大的困难。

因此,防塌防掉、治塌治掉工作已经成为隧道施工的首要问题。

1 隧道拱顶衬砌缺陷及形成原因顶面滑坡、地震、雨雪冰冻灾害等外因引起的缺陷由于具有不确定性,所以难以进行预防,而内因大部分是因人为因素引起,可通过一定的技术手段进行处理,同时通过针对性地预防措施,可以有效避免缺陷的形成。

衬砌厚度不足是最常见隧道缺陷,衬砌厚度不足具体可分为整体不足和局部不足。

这种缺陷在围岩较差的区段最为常见,衬砌厚度主要取决于开挖面,在开挖面确定后,基本不能调整衬砌浇筑的厚度,所以造成衬砌厚度不足的主要原因是因为施工单位技术水平不高,对隧道进行超欠挖,或者是施工单位偷工减料、没有严格按照设计要求施工造成的。

另一种常见的缺陷是衬砌背后空洞,这种缺陷形成的原因一方面可能是由于衬砌厚度不足,造成实际厚度达不到设计厚度要求造成的,另一方面可能是施工中因为混凝土材料的收缩、浇筑施工进度过快、混凝土自重压迫等原因造成[1]。

2 工程概况2.1 工程概述某铁路手爬岩隧道全长1685m,为双线隧道,隧道采用两端组织施工法,进口为反坡施工,出口为顺坡施工,其中进口施工段长840m,出口施工段长845m。

为低瓦斯隧道,隧道最大埋深120m,局部为浅埋隧道,20‰坡度下坡,出口边坡仰坡位于松散块石土中,岩质陡坎,隧道整体地面高程330m~470m地面最大高差140m,手爬岩隧道D2K129+459~D2K129+437段洞身位于侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)砂岩夹泥岩弱风化地层,Ⅲ级围岩。

隧道仰拱出现变形及治理措施

隧道仰拱出现变形及治理措施

隧道仰拱出现变形及治理措施
1原因分析
1)仰拱混凝土施工之前基底未清理干净
2)仰拱混凝土施工后未及时对空洞进行注浆处理
3)仰拱混凝土离析、集料成堆、漏浆严重、混凝土强度不均匀。

2预防措施
1)仰拱封闭前,进行严格检验,确保基底无虚碴和积水后。

2)仰拱混凝土施工完毕后,采用地质雷达对其进行检测,发现空洞及时采取
基底注浆措施进行回填。

3)承载力不够的地段要进行地基加固处理。

4)混凝土入模之前,检查混凝土的和易性,发现离析等现象立即废弃该罐混凝土。

加强模板检查,对模板缝不符合要求的重新安装模板,严防模板缝漏浆。

隧道仰拱上鼓原因分析及应对措施

隧道仰拱上鼓原因分析及应对措施

隧道仰拱上鼓原因分析及应对措施发表时间:2018-01-02T14:30:35.167Z 来源:《防护工程》2017年第22期作者:徐勇[导读] 近些年来,我国建筑行业的发展随着经济的加快也不断地壮大,特别是交通建设领域迎来了新一轮的建设高潮期。

中铁第一勘察设计院集团有限公司,桥隧处一所 710043摘要: 近些年来,我国建筑行业的发展随着经济的加快也不断地壮大,特别是交通建设领域迎来了新一轮的建设高潮期,隧道建设数量也随着公路、铁路建设标准的提高比例不断增多。

然而隧道建设过程中出现的病害也尤为突出,本文着重对隧道仰拱上鼓问题进行分析,并提出应对措施,希望对后续隧道建设有促进作用。

关键词:隧道仰拱上鼓软岩矢跨比一、隧道仰拱上鼓及原因西部某在建铁路某隧道,隧道全长约8000 m,为双线隧道,采用无砟轨道,线间距4.6m,洞身最大埋深约600m。

该隧道不良地质为岩溶、顺层、危岩落石,特殊岩土为盐溶角砾岩及含石膏地层;暗河在隧道附近穿过,暗河发育长度5.5公里,暗河沿线地表串珠状发育洼地、漏斗、落水洞等,其恶劣的施工环境给现场生产带来极大的安全风险。

隧道施工完成后,仰拱局部段落出现上鼓现象,严重影响后续无砟轨道铺设,经初步分析判断,造成该隧道无砟轨道上拱的主要原因是隧址区地质条件复杂,隧道开挖后围岩二次应力调整造成局部应力集中,使底部软岩发生蠕变引起。

施工过程中选择支护型式和参数不合理,仰拱厚度及曲率不满足设计要求引起的支护抗力不足,也对轨道上拱产生一定影响。

二、病害原因为了吸取经验教训,避免在其他隧道出现类似问题,现从隧道围岩、仰拱结构、施工情况,多角度剖析事故原因。

1、隧道围岩从工程地质分析,隧道仰拱上鼓主要发生在软岩中,代表性的岩石有全风化的各种岩石,强风化的坚硬岩,弱风化的较坚硬岩,未风化至微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥质砂岩、泥灰岩、粉砂岩、页岩等。

隧道开挖后,围岩初始应力平衡状态被打破,围岩应力出现二次重分布,在一定时间段内围岩变形收敛,寻求新的平衡点,锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢架等一系列支护手段,进一步抑制了变形收敛的速率使其达到新的平衡,这种平衡状态根据围岩级别的不同,开挖洞室规模大小等因素,持续时间会有所不同,通过隧道拱顶及边墙的监控量测数据会有所反应。

从当前铁路隧道衬砌典型病害谈设计施工改进措施

从当前铁路隧道衬砌典型病害谈设计施工改进措施

开放科学(资源服务)标识码(OSID):
DiscussiononDesignandConstructionImprovementMeasures BasedonCurrentTypicalDiseasesofRailwayTunnelLining
XIAOGuangzhi
(EngineeringManagementCenterofCHINARAILWAY,Beijing100844,China)
Abstract:Railwaytunnelshavehighrequirementsforoperationsafety,especiallyforhighspeedrailwaytunnels.The typicaldiseasesoftunnellining,i.e.invertedarchuplift,watergushingandriskofcrowntopspalling,areanalyzedby systematicalresearch, and suggestionson technicalmeasuresforimprovementofdesign and construction areput forward.Theadvicesinclude:(1)Themainreasonsforinvertedarchupliftaregroundwater,tectonicstress,expansion force,constructionqualityandinsufficientstructuralstiffness;itissuggestedtotakemeasuressuchasstrengtheningthe waterproofanddrainageoftunnelbottom,increasingtherisespanratioofinvertedarch,strengtheningthestiffnessand strengthofinvertedarchstructure,andensuringtheconstructionqualityofinvertedarch.(2)Themainreasonsof watergushingarecomplexhydrogeologicalconditionssuchaskarst,underutilizeddrainagefacilitiesandconstruction qualitydefects;anditissuggestedtotakemeasuressuchasstrengtheninghydrogeologicalinvestigationandconstruction geologicalassessment,optimizingdrainagedesign,improvingconstructionqualityoflining,andstrengtheningoperation andmaintenancemanagement.(3) Themainreasonsoftheriskofcrowntopspallingareholesofarchlining, insufficientliningthicknessanddefectsinconstructionjoints;anditissuggestedtotakemeasuressuchasoptimizingthe structuraldesignofconstructionjoints,strengtheningthequalitycontrolofexcavationandwaterproofplatelaying,and equippingwithadvancedtoolingequipment. Keywords:railwaytunnel;liningdisease;invertedarchuplift;watergushing;crowntopspalling

浅析膨胀性围岩隧道的成因及其施工特点

浅析膨胀性围岩隧道的成因及其施工特点

浅析膨胀性围岩隧道的成因及其施工特点作者:李艺来源:《中国科技博览》2016年第16期[摘要]由于膨胀土自身的性质,膨胀性围岩隧道的施工是一个较难的工程问题。

本文拟对膨胀性围岩隧道常见的问题进行探讨。

[关键词]膨胀性围岩膨胀效应施工特点中图分类号:U451.2;U455 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)16-0199-01膨胀土广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏等地均有不同范围的分布。

由于膨胀性围岩具有的遇水膨胀失水收缩的特点,它使膨胀性隧道围岩常常发生收缩与膨胀变形,进一步导致开裂、坍塌等危害,对在建及建成的隧道建筑物造成巨大威胁。

同时膨胀性隧道围岩也具有变形的速度快,发生破坏的区域大,整治相对困难等特点。

因此对于膨胀性围岩隧道的研究具有很强的现实意义。

一:膨胀土的组成及基本性质膨胀土含有大量的活性粘土矿物,如蒙脱石和伊利石。

其主要成分由亲水性矿物组成,有较强的涨缩性,多含有钙质或铁锰质结构,一般呈棕、黄、褐色及灰白。

由于膨胀性围岩大多数是原始地层,所以其中所具有的初始应力是相当大的。

在隧道开挖之后,由于围岩由之前的围压变成了二向受力,在开挖面上是无任何支撑压力的。

一方面围岩中原来的应力将会发生释放,从而使围岩发生卸荷膨胀。

另一方面在三向受力变成二向受力之后,加上围岩裸露在空气中将加速其风化脱水,从而大大降低围岩的强度。

膨胀土还具有明显的胀缩效应。

由于它的反复性将会大大降低围岩的强度,从而使围岩隧道发生较大的结构破坏。

综上上面所讲的膨胀土所拥有的特性,它将使隧道在开挖后不久就产生膨胀性围岩隧道最常见也是最棘手的膨压问题,由于它膨胀收缩的反复以及裸露围岩的迅速风化,隧道两侧将会许多大的开裂,同时不断向内发生膨胀挤压,特别是在底脚处的挤压将会使底部两边隆起;膨胀性隧道围岩变形的速度快,发生破坏的区域大,整治起来也相对困难。

随着时间的增长,它将使隧道内部发生较大变形。

隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施探讨

隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施探讨

Research 研究探讨333隧道仰拱常见病害原因分析及处治措施探讨王德新(云南交投集团公路建设第二工程有限公司,云南昆明 650000)中图分类号:G322 文献标识码:B 文章编号1007-6344(2018)11-0333-01摘要:在高速公路隧道中常见的病害就是仰拱隆起底鼓,该病害的发生对隧道的行车以及衬砌结构等都会造成严重的影响,威胁到行车安全。

本文通过破损检测以及现场调查等方法对隧道仰拱病害的发生原因进行分析,并研究了其破坏机理,并提出了相应的解决措施针对隧道仰拱病害,有效的解决了隧道仰拱病害产生持续性的危害,同时对遭到破坏的仰拱进行更坏,对隧道仰拱病害起到了有效的治理。

关键词:隧道;仰拱;病害原因;处置措施0 引言在隧道衬砌结构中仰拱是其中重要组成部分,其主要作用是改善上部支护结构的受理条件而对隧道的底部进行反向拱形结构的设置。

对于隧道仰拱来说可以有效的提高隧道结构的承载力,同时也可以很好的抑制岩内塑性区发生扩展,在一定程度上也约束了隧道洞口周围的位移,对于提高衬砌结构的安全性有非常重大的意义。

一方面在隧道的上部所承载的地层压力会通过隧道边墙结构或者是路面上所承载的负荷有效的将其传递到地下,同时也能有效的抵御从地下所产来的反作用力。

所以说在隧道工程中进行仰拱的设置对于维护隧道的整体结构的稳定性意义重大,尤其是对于部分隧道的侧压力比较大的膨胀性岩体中,这种作用发挥的尤为突出。

但是就目前的隧道工程建筑施工来看对于仰拱的重要性仍然没有得到充分的认识,并且在仰拱结构设计以及施工过程中由于操作不当可能会导致仰拱底鼓开裂、衬砌结构遭到破坏以及路面出现翻浆冒泥等情况对于整个工程建筑施工产生了严重的阻碍。

本文主要针对施工过程中出现的隧道仰拱常见病害仰拱底鼓破坏通过现场调查分析对仰拱底鼓病害的产生原因以及相应的处理措施进行分析,希望可以为出现类似情况的工程施工提供有效的参考意见。

1 隧道仰拱病害发生的原因1.1 隧道排水严重不畅隧道发生病害的地段在穿越煤系地层的时候受到苗寨向斜的影响,隧道的地下水会不断的积累,如果在隧道建设中排水设施不够完善,会导致地下水严重堵塞,出现隧道排水不畅,导致在隧道仰拱的底部围岩会在地下水中长期浸泡,最终围岩在水中有严重的软化现象。

某高速铁路隧道无砟轨道上拱原因分析及整治措施研究

某高速铁路隧道无砟轨道上拱原因分析及整治措施研究

Engineering Frontiers | 工程前沿 |·21·作者简介:罗旭阳(1985—),男,本科,工程师,研究方向:高速铁路施工技术。

罗旭阳(中铁建云南投资有限公司,云南 昆明 650200)文献标志码:A 文章编号:2096-2789(2020)06-0021-031 引言高速铁路具有行车速度快、安全、平稳、舒适等优点,除列车本身制造工艺外,主要取决于轨道平顺性。

业界一般用轨道TQI 指标轨道的不平顺性指数进行评判,TQI 越大说明轨道的平顺性越差,乘坐感受越差。

有砟轨道将轨枕直接置于碎石道床上,靠碎石与轨枕间的挤压力来固定轨道,但随着列车的震动、气温的变化、轨道平顺性越来越差[1]。

无砟轨道将轨枕浇筑在混凝土道床板中,道床板与下部结构可靠连接,用扣件扣压力抵消钢轨的温度应力,整个轨道结构类似一种刚性结构,如下部结构无变化轨道结构将不可能发生变化,这也是高速铁路采用无砟轨道的主要原因。

无砟轨道上拱多数由于下部结构产生一种向上的作用力,导致轨道结构抬升,钢轨的平面位置及标高产生变化[2]。

无砟轨道上拱一般很难通过肉眼观察发现,但会对高速行车的列车造成很大的危害,直接危害乘客的生命安全。

有的上拱类似岩体的蠕变特性,持续时间很长,虽上拱速度缓慢,但日积月累上拱终值很大,此时线路往往已开通运营数年,彻底整治需要停运,给国民经济造成很大的损失。

2 工程概况2.1 工程水文地质条件该高速铁路隧道围岩为泥岩夹砂岩,以泥岩为主,岩性为软岩。

该类岩石主要由黏性矿物组成,在遇水情况下,易发生软化,导致其岩体自身工程性质降低。

特别是在砂岩与泥岩的接触部位,有可能出现泥化现象,随着隧道的开挖,造成岩体直接临空,沿泥化膜发生滑移。

浅部岩层地下水主要赋存于基岩强风化裂隙带、构造裂隙带及砂岩孔隙裂隙内;深部岩层裂隙逐渐闭合,地下水主要赋存于砂岩孔隙裂隙中。

由于受透水性能极弱泥岩的挟持,隧区岩层相互间的水力联系差,而无统一的地下水水面,且地下水具一定的承压性[3]。

某特长重载铁路隧道道床板上拱原因分析及整治方案

某特长重载铁路隧道道床板上拱原因分析及整治方案

运营维护某特长重载铁路隧道道床板上拱原因分析及整治方案翟展胜(晋豫鲁铁路通道股份有限公司运输安全部,山西太原030013)摘要:整体道床铁路隧道道床板上拱是影响列车安全运营的主要因素之一,开展道床板上拱原因分析、整治方案设计是确保隧道健康服役的关键。

从区域地质构造、围岩特性、防排水情况及隧道设计方案合理性、施工质量等方面开展了病害成因分析,并提出了“疏水排水+注浆加固+绳锯切割”的综合整治方案。

以某特长重载铁路隧道4处道床板上拱病害整治工程为例,介绍方案实施要点及关键参数,可为类似工程提供借鉴。

关键词:铁路隧道;整体道床;道床板上拱;绳锯切割中图分类号:U457文献标识码:A文章编号:1001-683X(2021)12-0092-05 DOI:10.19549/j.issn.1001-683x.2021.12.0921概述截至2020年底,我国铁路营业里程达14.5万km,其中铁路隧道约17000座,总长约20000km[1],长大隧道占相当比重。

TB10003—2016《铁路隧道设计规范》规定长度1000m及以上的隧道要采用无砟轨道[2-3](如瓦塘—日照铁路石楼隧道、太原—中卫—银川铁路吕梁山隧道、唐山—呼和浩特铁路八苏木隧道和蒙华铁路崤山隧道等长大铁路隧道均采用了无砟轨道)。

随着采用无砟轨道的铁路隧道逐步投入运营,病害日益增多,部分病害已威胁到安全运营。

与有砟道床铁路隧道不同,整体道床铁路隧道在病害特征、养护维修和处置措施等方面差异较大。

针对整体道床铁路隧道的病害特点、规律及其产生原因开展了一些研究。

王雪红[4]调研张呼铁路隧道无砟轨道道床板混凝土出现的裂缝情况,分析裂缝分布规律,阐述裂缝形成原因,提出处理措施。

苏乾坤等[5]针对采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道的某高速铁路隧道,建立连续介质数值仿真模型,分析双块式无砟轨道的荷载特征,并结合工程实践开展隧道内双块式无砟轨道分块长度研究。

以隧道洞口200m划分,洞口段道床板长度6.25m,其他区段25m。

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某膨胀性围岩地层铁路隧道仰拱上拱原因分析及整治谭永庆【摘要】The FC tunnel of designed speed of 250 km/h and double-block ballastless track is 10649 m in length and it located in inter-bedded strata of lower cretaceous mudstone and sandstone. After track-laying, various degrees of heaving appeared in local paragraphs, resulting in separation of track beds from surface layer of the invert, cracks in inverted arch and filling layer, and changes of track geometry. This paper analyzes the causes of the heaving of the inverted arch by means of field investigation, basal drilling, sampling test and local test probe. According to defects conditions and construction progress, inverted arch rework, basal drilled pile reinforcement and the reinforcement of bolt are used to treat the defects and ensure line service.%某隧道长10649 m,设计行车速度250 km/h,采用双块式无砟轨道结构,洞身通过地层主要为白垩系下统泥岩,局部夹薄层砂岩;在铺轨完成后,隧道局部段落基底出现不同程度上拱,导致无砟轨道道床板与仰拱填充表层脱空,仰拱及填充层开裂,轨道结构几何状态发生变化.通过现场调查、基底钻探、取样化验及局部破检探查等手段,查找、分析病害原因,根据病害情况及整治工期要求,分别采取仰拱返工、基底钻孔桩加固或锚杆加固等方式进行处理,如期完成了整治,确保线路开通运行.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2017(061)007【总页数】4页(P146-149)【关键词】铁路隧道;仰拱;上拱;泥岩;膨胀性;整治【作者】谭永庆【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U457+.2仰拱对维持隧道结构的整体稳定有着十分重要的作用[1],尤其是在泥岩等膨胀性围岩地层中,因此,在泥岩地层中修建隧道必须重视仰拱的设计与施工,充分考虑其危害,及时采取有效的措施,防止病害的发生。

通过某膨胀性围岩地层隧道仰拱上拱原因分析及整治处理,以期对类似地层隧道病害的整治及设计、施工有所借鉴。

1.1 设计情况某隧道为设计客车速度250 km/h的双线铁路隧道,起迄里程DK39+730~DK50+379,全长10 649 m,洞内线路纵坡为人字坡。

隧道正洞设计为马蹄形断面,采用复合式衬砌结构,轨上有效净空面积[2-3]为100.11 m2,洞内采用CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道结构。

隧道DK40+230~DK42+285段地层以白垩系下统泥岩为主,局部夹薄层砂岩,弱风化,级软石,σ0=450 kPa,围岩分级为Ⅳ级,属于弱富水区。

本段隧道埋深200~260 m,设计采用Ⅳa-1型衬砌断面,具体的参数如下:全断面喷C25混凝土,其中拱墙喷层厚25 cm,仰拱喷层厚10 cm;拱墙设置1榀/m的I18型钢钢架;二次衬砌采用C30纤维素纤维混凝土结构,其中拱墙衬砌厚45 cm,仰拱厚55 cm。

隧道标准开挖断面1 470 cm(宽)×1 233 cm(高)。

1.2 施工情况隧道DK40+230~DK42+285段开挖揭示的地层以泥岩为主,局部夹薄层砂岩;泥岩呈厚层状,岩体完整,节理不发育,岩质较坚硬;砂岩呈薄层状,岩体完整,节理不发育,岩质坚硬;无地下水。

施工过程中未发生变更。

DK40+230~DK42+285段开挖支护、仰拱及二次衬砌施工的时间为2010年12月7日~2012年10月7日;全隧道无砟轨道道床板施工时间为2013年9月9日~2014年1月10日。

2014年4月初,长钢轨铺设完成后,尚未焊接锁定时,发现隧道局部段落轨道高程异常,通过调查,病害主要表现为轨道上拱,道床板与仰拱填充找平层分离,仰拱填充表层开裂,具体如下。

2.1 轨道变形情况测量发现DK41+280~DK42+125段轨道上拱,一般上拱量在10 mm左右,其中DK41+885处轨道上拱值最大,左线达100 mm,右线达122 mm。

DK40+230~DK41+280段轨道高程正常。

2.2 道床板、仰拱填充层及水沟电缆槽病害情况(1)DK41+810~DK42+030段无砟轨道道床板明显上鼓,与仰拱填充顶面脱离,产生离缝,最大离缝达到30 mm(图1)。

(2)道床板端头与水沟电缆槽侧壁间的仰拱填充顶面有纵向裂缝,裂缝宽度5~20 mm(图2)。

(3)现场钻孔发现仰拱填充找平层与下部的仰拱填充层间发生了剥离、分层现象。

(4)局部位置水沟电缆槽侧壁混凝土开裂。

3.1 钻孔情况现场在DK40+230~DK42+285段仰拱实施了134个钻孔。

钻探揭示:仰拱下部地层以厚层状的泥岩为主,局部夹薄层砂岩,其中砂岩层厚在0.2~0.5 m,分布无规律;在DK40+230~DK40+851、DK42+125~DK42+285段的钻孔内发现有地下水,地下水位在仰拱填充顶面以下2.0~6.1 m。

通过仰拱及填充混凝土钻孔取芯与设计对比,局部地段仰拱及填充混凝土厚度不够,欠缺厚度20~40 cm。

3.2 混凝土强度试验对钻孔取芯的混凝土进行抗压强度试验,其强度基本满足设计要求。

3.3 泥岩膨胀性试验对基底泥岩取样化验,其自由膨胀率Fs=31%~70%,蒙脱石含量M=9.2%~16.5%,阳离子交换量CEC(NH4+)=133~197 mmol/kg,具有弱膨胀性[4]。

3.4 局部仰拱破检结果在轨道上拱变形最严重的DK41+886附近对仰拱破检,发现该处仰拱厚度不足,近似水平状,底部有虚砟,仰拱基底未见初期支护的喷射混凝土。

该处仰拱填充顶面的裂缝斜向下发展至仰拱底部。

4.1 地下水隧道通过的泥岩地层为非均质体,其中局部夹有薄层砂岩,而砂岩具有较好的透水性。

虽然开挖施工时揭示围岩无水,但由于爆破振动以及开挖后围岩应力调整,隧道周边岩体中新产生了大量的微裂隙[5-6],使得砂岩中的地下水向隧道周边,特别是隧道底部缓慢渗透和积聚[7-8]。

即使只是少量的地下水,也可能造成仰拱底部的泥岩强度降低,导致围岩节理、裂隙逐步由浅层向深层扩展,塑性变形区扩大[9],不断恶化围岩条件,使得围岩压力增大,造成隧道底部上拱。

4.2 泥岩膨胀隧道洞身通过的白垩系下统泥岩岩层近似水平,开挖卸荷后,应力集中,在顶部及底部产生较大的弯曲变形。

由于隧道马蹄形的断面形式,相对于拱部的圆形断面,底部的仰拱更为平坦,发生弯曲变形的概率更高。

泥岩是一种强度介于硬岩与硬土之间的软质岩,干燥、弱风化的泥岩强度较高,一般可抵抗隧道周边的围岩压力,确保仰拱结构的稳定。

而现场取样试验结果显示本隧道病害段的泥岩具有弱膨胀性。

当地下水通过节理、裂隙渗入泥岩内部,其中的亲水矿物(主要是蒙脱石)产生膨胀。

由于膨胀的不均匀性,加上黏土矿物的溶蚀及各种次生作用,破坏了泥岩的天然结构,使得泥岩强度进一步降低,黏聚力几乎完全丧失[10-13],抵抗不了深层围岩向内的挤压变形,导致塑性变形区的进一步扩大,造成隧道底部上鼓。

4.3 仰拱结构薄弱仰拱具有改善结构受力,抑制和阻止围岩-支护结构体系有害变形的功能。

恰当的仰拱能提供足够的抗力,确保底部结构安全和稳定。

与隧道仰拱结构稳定相关的主要参数有仰拱矢跨比、厚度和刚度。

本隧道病害段仰拱设计采用55 cm厚的C30混凝土,填充采用C25混凝土(平均厚度1.1 m,最大厚度1.28 m),仰拱矢跨比约1∶14.31,而现场实际施做的仰拱厚度更薄,形状也更为平坦。

在如4.1和4.2章节所述的地下水和围岩体特性同时具备的条件下,该仰拱相对而言是“薄弱”的,不能有效约束下伏围岩体的变形,使得隧道基底围岩塑性区范围由浅向深部不断扩张,当深部围岩进入峰后变形阶段时,释放大量的变形能量,推动浅部围岩向隧道空间运动[14],最终导致仰拱结构上拱、发生破坏。

4.4 施工工艺缺陷隧道仰拱开挖轮廓线不圆顺,基底未清理干净,施工用水管理不当等工艺缺陷,会引起基底应力集中或者恶化基底围岩条件,也是造成隧道仰拱结构上拱的可能因素之一。

4.5 原因分析小结泥岩在地下水作用下,产生膨胀,强度降低,是仰拱上拱的外部原因[15];而仰拱相对薄弱,不适应变化后的地质环境,没能有限约束底部泥岩的变形,是发生该隧道病害的内因。

由于围岩微节理的形成,地下水的转移,水-岩作用,是一个极为缓慢的过程,加上泥岩变形的流变特性,故隧道仰拱上拱也具有明显的时间效应[16-17],表现为滞后于隧道开挖较长时间。

5.1 设计方案2014年4月发现病害时,全线已经开始联调联试。

结合隧道具体病害及全线2014年底开通运营的工期要求,通过多次召开专家论证会,分病害对轨道高程异常地段及其相邻地段仰拱及轨道结构采取了不同的整治措施。

5.1.1 仰拱整治(1)对轨道高程异常,以及轨道结构虽无异常,但钻孔揭示仰拱存在较大质量缺陷地段,合计940 m范围,采用了拆除仰拱返工整治处理。

返工处理时仰拱厚度增加,并采用C40钢筋混凝土加强。

(2)对轨道结构无异常,钻孔未发现裂缝,仰拱局部有缺陷地段进行加固处理。

对于仰拱厚度欠缺10~45 cm的地段(合计112 m),采用“φ32 cm钻孔灌注桩+钢筋混凝土纵梁”加固,钻孔桩单根桩长8 m,桩纵向间距4 m,钻孔桩内置钢筋笼,与桩顶设置C30的钢筋混凝土纵梁连接。

对于局部仰拱厚度欠缺地段(合计1 003 m),采用“锚杆+钢筋混凝土纵梁”加固。

锚杆采用T76S自进式锚杆,注1∶1水泥浆加固,长度6 m,纵向间距1.5 m,锚杆端头与设置的C30钢筋混凝土纵梁主筋焊接为一体。

5.1.2 轨道结构处理(1)无砟轨道对于隧道仰拱返工地段无砟轨道完全拆除,重新施做。

(2)无缝线路结合现场已完成长钢轨铺设及焊接锁定的实际情况,无砟轨道整改重建阶段无缝线路按整区段为单元采用在拆除重建段起终点(含拆除段间维持不动短路基段)位置进行应力放散、锯轨后长轨条整体移开,待无砟轨道道床板重建完成后仍利用该长轨条并采用移动闪光焊现场焊接方式恢复该段无缝线路,无砟轨道扣件回收后充分利用。

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