讲座之一:铁路隧道病害类型、成因与维护措施

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(1)隧道病害数量大而且类型多,整治难度大,所需费用多,周期 长,而且修理投资缺口较大; (2)由于年代不同,基础资料不完整,管理手段落后; (3)对隧道病害检查和检测手段落后而且不够规范,早期病害难以 发现,使某些可以早期整治的病害得以发展成严重的病害,彻底 整治更加困难;
(4)受施工环境恶劣及材料耐久性差的影响,一些隧道病害的整治
因此,必须通过系统的研究,总结铁路隧道的病害特点, 完善隧道病害检测评估手段,制定出符合我国铁路特点的一 整套检测方法。形成从日常维护、病害检测、病害整治到质 量跟踪的一整套技术体系,以适应信息化目标管理的需要, 使运营隧道的日常维护和病害整治提高到一个新的水平。
第2节 铁路运营隧道病害现状 目前我国铁路运营隧道存在的主要问题是:
效果不明显; (5)新建隧道的设计和施工遗留问题较多,某些隧道还相当严重。
由于上述种种原因,致使病害隧道的数量逐年增加,又加 之投入不够,致使隧道病害的状况进一步恶化。 事实上,隧道病害存在于其使用的全过程,有些隧道在使 用之前病害就已存在,形成的原因很复杂,对隧道使用寿命的 影响也存在较大差异。为此,国内外对隧道病害及安全性问题 都进行了大量的研究工作。国外主要侧重于隧道的定期养护, 而国内则偏重于防治方面的研究。 已有的研究工作也大多是局限于某一类具体的病害及某一 类具体的工程条件,而且对隧道病害机理的认识不够深入,因 此整治措施的可靠性和可操作性均不够理想。 此外,研究工作也没有从隧道检测评估出发,缺乏系统性 和完整性,研究深度不够,使得病害整治技术还比较落后。
(4)回填与换填 隧道衬砌周围如果存在空隙,不仅会对地层压力分布 图形造成不利影响, 而且使得衬砌结构失去周边的有利支 承条件,使衬砌的承载能力无法得到充分发挥。此时要采 取回填措施,用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。如果 隧道底部存在厚度不大的软弱不稳固的岩体或者有不稳固 的填充物,可以采取换填的办法处理。
注浆锚杆为主、喷聚丙烯纤维混凝土为辅的原则。在通常情
况下采取中空注浆锚杆加固, 只有在衬砌厚度相差较大或隧 道衬砌破损较为严重的 隋况下, 才采取中空注浆锚杆和喷聚
丙烯纤维混凝土补强。
5.2.3隧道衬砌渗漏水处理 对隧道衬砌渗漏水严重地段.采取衬砌背后注浆堵水 的办法,注浆材料采用水泥浆; 对隧道衬砌渗漏水点、渗漏水环向施工缝和渗漏水裂缝, 采取凿槽填充立止水瞬间堵漏剂和外涂优止水高效防水剂进行 处理; 对隧道衬砌表面渍水采取外涂优止水高效防水剂处理; 对一般渗漏水地段,在隧道边墙结合施工缝设置排水槽, 在排水槽中向隧道衬砌背后钻引水孔. 将隧道衬砌背后积水通 过排水槽引排至隧道侧沟,在注浆地段,应先注浆后引排。 隧道衬砌背后局部空洞和松散段回填处理对隧道衬砌背后 空洞、松散回填物和宫水等病害采取衬砌背后注浆处理.在防 水的同时改善隧道衬砌的受力条件。在渗漏水严重地段使用水 泥浆,对其他地段采用水泥砂浆。
第3节 铁路运营隧道病害的主要类型 铁路隧道的病害类型主要包括:渗漏水病害(包括冻害)、 衬砌结构裂损病害、基底破损病害以及其他类型病害等。而这 其中,渗漏水病害和衬砌结构破损病害是影响隧道安全性的主 要因素。 1、 隧道渗漏水病害类型 隧道渗漏水病害类型包括隧道漏水、涌水(拱部滴水、隧底 冒水、孔眼渗水)、隧道衬砌周围积水、潜流冲刷、侵蚀性水。 对衬砌的侵蚀以及冻害等几种。 (1)隧道漏水和涌水 隧道围岩的地下水,或洞顶地表水直接地(无衬砌)和间接 地(通过衬砌的薄弱环节)以渗、漏、淌、涌等形式进入隧道内 所造成的危害,叫漏水或涌水。这是隧道中最常见的一种病害。 (2) 衬砌周围积水 隧道建成后,地表水或地下水向隧道周围渗流汇集,如不 能及时排走将引起隧道出现病害就称为积水。
整治.在增强隧道防水能力的同时,能够改善隧道衬砌的受 力条件。
5.2.2 隧道衬砌结构补强
根据隧道围岩级别、衬砌裂损情况、衬砌厚度不足和衬砌
混凝土强度等情况,对局部地段的衬砌采取中空注浆锚杆、 喷聚丙烯纤维混凝土单独或组合进行衬砌结构补强。 考虑到既有隧道已经电气化的现实, 为避免隧道衬砌结 构补强时对电气化接触网的影响,隧道衬砌补强采取以中空
讲座之一: 铁路隧道病害类型、成因及Biblioteka Baidu治措施
第1节 概述 隧道病害是一个世界性的难题。日本是隧道较多的 国家之一,近年来,日本铁路运营隧道相继出现了数起 危及行车安全的事故,引起了有关部门的高度重视。 1999年6月27日福冈县境内一座隧道边墙上重达200 kg的 混凝土砸在高速行驶的列车上。为此,日本西铁路公司 对山阳新干线上发现的377处不安全的混凝土衬砌进行了 加固。 日本运输省也要求对全国铁路线上的4826座总长为 3360 km的隧道进行检查,日本建设省则对全国3 529座 公路隧道检查,结果发现60%以上的隧道都存在着不同 程度的病害。 为此,日本政府已向两个研究所提供520万美元的经 费用于研究隧道病害的检测评估方法及整治措施。
2、 铁路隧道衬砌结构裂损的类型 隧道衬砌裂损类型包括衬砌变形、衬砌移动和衬砌开裂3种。 (1) 衬砌变形 衬砌变形有横向变形和纵向变形两种。而横向变形是主要变 形。衬砌横向变形是指衬砌由于受力原因而引起拱轴形状的改变。 (2) 衬砌移动 衬砌移动是指衬砌的整体或其中一部分出现转动(倾斜)、平移 和下沉(或上抬)等变化。衬砌移动也有纵向移动和横向移动之分。 对于大多数已发生裂损的衬砌,往往是纵向和横向移动同时出现。 (3) 衬砌开裂 衬砌开裂是指衬砌表面出现裂缝,是衬砌变形的结果。 隧道衬砌裂缝一般是指作为隧道主要结构的二次衬砌混凝土 表面的可见裂缝,它是指二次衬砌混凝土中的不连续面,这些薄 弱部位是引起混凝土破坏的主要原因。
6)更换衬砌 对拱部衬砌破坏严重、结构丧失承载能力、用其他整 治补强手段难以保证结构稳定者,或者衬砌严重侵入限界, 采用其他整治措施难度较大时,可通过更换全拱来根除病 害。
第5节 隧道衬砌病害整治工程实例 5.1工程概况 南岭隧道位于京广铁路衡阳一韶关段, 隧道全长为6.1 km,于1988年11月投入运营。隧道采用复合式衬砌和聚乙烯 板防水层,轨下道床采用混凝土宽枕板道床,隧道内设人宇坡, 除进、出口段外,其余地段设置双侧水沟、双侧电缆槽和中心 水沟。 南岭隧道位于湖南省南部五盖山与骑田岭之间的剥蚀低 山丘陵区,地形起伏不大,地面高程320~500 m。隧道范围内 岩溶洼地、岩溶漏斗发育,隧道经过横下垅、茅山里、岭白塘、 生潮垅、下连溪5处溶蚀洼地,地处中亚热带季风湿润气候 区.雨量充沛,汛期集中。地表排水系统多为天然形成,局部 经过人工修筑,但山上汇水面积大,天然形成的出口狭 窄,致使5个溶蚀洼地积水严重。
3、运营隧道衬砌裂损病害的原因分析 隧道衬砌裂损是指隧道衬砌的开裂变形、片块剥离以及 大块坍落,多是由于隧道通过岩体破碎地段或断层破碎带地 段围岩较为松散(地质因素),或施工时对超挖部分回填不实、 防排水处理措施不当(施工因素)等,在地下水的长期作用下 引起围岩松动,使衬砌压力不均而造成的 。其中地质因素是 引起隧道衬砌裂损的主要原因。
(5)衬砌的更换与加固 一般情况下.已裂损的衬砌均有相当大的支护潜力,可以 充分利用,更换衬砌仅在无法加固的条件下才适合采取。 加固工程的主要方法有以下几种。 1)压浆加固 圬工体内压浆加固。衬砌裂损若发展非常缓慢或者已呈稳 定. 可以进行圬工体内压浆, 一般以压环氧脂浆为主,并选 择在无水季节施工。 2)衬砌背后压浆加固。 在拱后压浆增加拱的约束,可以起到提高衬砌刚度和稳定 性的作用,一般可以局部应用,主要用于发生外鼓变形的部位。 3)嵌补 对已趋稳定、暂不发展的裂缝,如果不能压浆加固,可以 采取嵌补的办法,即将裂缝修凿剔深,在缝口处用水泥砂浆、 环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。
而我国自1888年开始建造第一座铁路隧道以来,迄今已有 110余年的修建历史,根据统计,目前我国铁路运营隧道已达 5200余座,总长达2500 km以上。其中60% 以上存在着不同 程度的病害,如表1所示。
据铁道部资料统计,1999年铁路运营隧道失格率为65.2% , 2000年隧道失格率为65.7% 。有些隧道的病害还相当严重,甚 至已危及到行车安全。如2000年9月兴安岭隧道出现的衬砌掉块 和2001年10月达成铁路出现的大范围掉块以及2001年12月宝中 线清凉山隧道衬砌掉块都险些造成严重的行车事故。 铁路部门每年都投入大量的人力、物力和资金用于隧道病 害的维修和整治,但隧道设备的状况仍然没有根本好转。
第4节 隧道衬砌裂损的整治 1、隧道衬砌裂损的防治原则 整治衬砌裂损病害首先要消灭已有的衬砌裂损对结构 及运营造成的一切危害.及时控制已裂损部位,并防止裂 损的扩大,因此必须采取以稳固围岩为主、稳固岩体与加 固衬砌相结合的综合治理措施。
2、稳固岩体的工程措施所起的作用 (1)改变地压的分布图形、控制围岩塑性变形区的扩展; 或者最大限度地限制其危害程度,控制围岩变形和失稳; (2)消除围岩地下水对衬砌的动、静水压力和潜流冲刷: 控制岩体的整体滑移、错落或局部沿软弱结构面和层面的滑动
(3) 侵蚀性水对衬砌的侵蚀(水蚀) 围岩中地下水因含有盐类、酸类和碱类等化学成分,对 混凝土衬砌起腐蚀作用而形成病害(水蚀病害)。 (4) 冻害 在严寒地区,地下水或地表水进入隧道后,冻结成冰, 造成隧道功能受损害,称为冻害。根据冻害的现象,冻害类 型可分为挂冰、冰锥、冰塞、冰楔、围岩冻胀、衬砌材质冻 融破坏和衬砌冷缩开裂等7种。
第6节 隧道渗漏水 6.1隧道渗漏水的危害 漏水是运营隧道的1种比较 常见的病害在我同已投入使 用的4000多座隧道中出现漏水痫害的就有1000多座,占隧道总
数的1/3, 隧道漏水的危害概夫它不仅会腐蚀隧道的内部设备
(如线路的钢轨和扣 件,通风设备及电气设备等),而且是衬砌 裂损的主要原因, 在严寒地区的冬季, 洞口段常因拱顶漏水而
4)喷锚加固 对衬砌的所有内鼓变形和向内移动的裂损部位,采用 锚杆加固岩体是有效的,此时锚杆既可沿内缘张裂纹的走向 两边布置,作局部加固,也可按全断面加固,并连同加固岩 体一起考虑决定锚杆的类型、直径、间距、深度和布置等。 目前一般把锚杆与喷射混凝土(包括加网与不加网)联合用于 加固裂损衬砌,可以使锚杆、喷层、喷层内的钢筋网三者优 势互补,加固效果更好。对增加裂损衬砌的刚度、稳定性, 提高其承载力则特别显著。这是较为常用的加固裂损衬砌的 措施。 5)套拱加固 掉块剥落严重时,可对衬砌拱部加筑套拱。如果隧道内 净空条件不足,可以采取落道加套拱的办法。当拱部灌注混 凝土难度较大时.可采用喷混凝土、网喷混凝土和钢纤维喷 混凝土进行加固。
(2)消灭围岩的膨胀、冻胀、软化泥化、浸析崩解的病害因素,
3、稳固岩体的工程措施 (1)治水稳固岩体 地下水的浸泡与活动对各种围岩的稳定性影响最大。 通过疏干围岩含水, 坚决地采取治水措施是稳固岩体的根 本措施之一 (2)锚杆加固岩体 对围岩类别较好的岩体, 自衬砌内侧向围岩内打入一 定数量和深度(3~5 m)的金属锚杆、砂浆锚杆,可以把不稳 定的岩块固定在稳定的岩体上,提高破碎围岩的黏结力,形 成一定厚度的承载拱:在水平层状的岩石中把数层岩层串 联成一个组合梁,与衬砌共同承受外荷载 (3)注浆加固围岩 通过向破碎、松动的岩体压入水泥浆液、水泥一水玻璃 浆液或者其他化学浆液,可以加固围岩,使衬砌的背后形成 一个厚度为1~4 m的人工固结圈,就能够有效地稳固岩体, 甚至使作用在衬砌上的地层压力大小和分布图形产生有利 的转化
5.2隧道衬砌结构病害整治措施
5.2.1 帷幕注浆 隧道K1927+120~K1927+425及K1927+630~1928+142段 采用帷幕注浆方案处理,注浆段共长817 m。该段隧道埋深 50~60 m,相对较浅,隧道影响范围内地表陷坑发育,且仍
在继续发展.同时洞内病害较严重。采取帷幕注浆方案进行
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