整体道床铁路隧道隧底病害成因分析及整治方案设计

总结整体道床铁路隧道隧底病害特点,分析了各类主要病害的成因机理,提出了相应的整治方案设计,通过工程实例验证整治方案的有效性。整体道床隧道内轨道平顺性对于隧底各类病害较为敏感,隧底易形成高压地下水而造成轨道上拱,往往多种病害同时产生。提出了"道床锚固+离缝充填+细颗粒固结+合理排水"的综合整治方案。以唐呼线集宁隧道下行线隧底病害整治工程为例,开展了方案现场应用,整治效果良好。     

铁道隧道底部病害成因分析与质量检测技术

系统地总结了既有铁路隧道底部结构常见的病害现象,分析病害产生的原因,指出隧底常见的施工缺陷。基于目前隧底检测常用的地质雷达法和钻芯法,给出了隧底检测要点和提高检测精度的措施。分析近年来隧底施工质量抽查发现的典型问题,提出在建隧道底部质量检测和质量控制建议,为新建隧道建设管理提供参考。     

高速铁路隧道无砟轨道上拱整治技术研究

近年来,我国交通建设迅猛发展,复杂艰险山区铁路隧道工程规模庞大,为降低维修养护成本,满足高速铁路运营安全及乘客舒适度的需要,隧道内采用大量的无砟轨道结构,但仰拱施工仍然延续以前的施工生产模式,时有隧底积水、虚砟、欠挖等施工质量缺陷,导致无砟轨道结构开裂、上拱、下沉等病害,严重影响列车运营安全。依托某运营高速铁路隧道,为解决无砟轨道结构上拱的病害,采用现场调查、物探及钻探验证的方法,查明仰拱及填充厚度不足、隧底积水是导致病害段轨道几何位移的主要原因;根据病害段实际情况,采取限速45 km/h、锚杆加固隧道边墙、切断钢轨及道床板(保留支承层)后,设置短轨并利用两端既有的道床板支承层及仰拱填充架设钢垫梁,分段拆换仰拱、填充及支承层,分段现浇道床板,恢复轨道结构,实现隧底病害的彻底整治。     

富水隧道整体道床及隧底病害治理技术研究

研究目的:针对某长大富水隧道在运营过程中整体道床与隧底出现张合的现象,对产生病害的原因进行分析,采取合理的整治措施,封堵地下出水及注浆加固病害区域,确保铁路线路运营安全。研究结论:(1)现场实践表明病害区域采用组合锚杆锚固方法与定量定压注浆方法治理病害区域的方法是可行的;(2)轨道高程监测结果表明注浆施工前后道床板未发生明显变形,注浆压力满足线路安全控制要求;(3)列车通过时道床板的动态监测结果表明整治后道床板已处于稳定状态,病害区域加固效果良好;(4)该研究成果可为类似长大富水隧道病害治理提供参考。     

铁路运营隧道下锚段严重缺陷整治措施研究

铁路隧道衬砌缺陷与病害在运营“天窗”内整治其作业时间和空间极其有限，且下锚段因存放接触网补偿装置而不能随意占用其空间，故对下锚段衬砌缺陷进行整治相比正常段难度更大。本文以西南某铁路隧道洞身标1 611～1 615处下锚段拱部存在严重质量缺陷为研究对象，通过资料调研、工程类比、数值模拟及现场实施等手段，开展下锚段严重质量缺陷整治措施研究。基于充分利用铁路隧道下锚段放大断面的特点，提出解决拱部大范围缺陷所致运营安全隐患的局部套衬整治方案；结构受力分析验证了局部套衬整治方案的安全性和可行性。局部套衬方案的实施，彻底解决了下锚段严重质量缺陷及其带来的运营安全隐患，可为铁路隧道下锚段衬砌缺陷或病害整治提供指导及借鉴。     

重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害。本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考。研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性。     

重载铁路隧道隧底翻浆冒泥整治技术研究

分析重载铁路隧底翻浆冒泥的成因机理,对比分析铁路隧道隧底翻浆冒泥整治方法,并对两侧设排水井、隧道中心设排水井以及两侧设置深水沟3种隧底降水方案进行了数值分析。分析结果表明,两侧设置深水沟能有效降低仰拱中心处的水压力,能够根治隧底翻浆冒泥病害,并给出该降水方案相配套的施工工艺。研究结果对重载铁路隧道隧底翻浆冒泥病害处理具有借鉴意义。     

井点降水在铁路隧道病害整治中的应用研究

对既有铁路隧道尤其是重载铁路隧道运营过程中出现的基底病害进行了研究,重点论述和分析病害检测、评估与整治措施等方面的内容。针对铁路隧道中以地下水为诱因的基底病害,介绍了"井点降水+注浆"这种适合既有铁路隧道基底水害"疏堵结合"的复合式整治措施,并在大秦铁路九山隧道基底病害整治工程中加以推广应用,取得了良好的工程效果,可为类似工程提供参考。     

重载铁路隧底结构病害特点及疲劳损伤机理分析

现场调查结果表明,隧底结构病害主要为隧底下沉、翻浆冒泥、侧沟外挤、混凝土破损和混凝土不密实,隧底病害连续长度多集中在3～9 m区间,围岩越差隧底结构病害越严重,隧底病害的影响因素主要为大轴重、围岩缺陷和地下水作用。基于通过疲劳寿命曲线预测铁路隧道结构疲劳损伤的方法,建立计算模型对重载线路疲劳损伤过程进行模拟分析。结果表明:在重载列车长期荷载作用下隧底结构道床、仰拱填充层和仰拱均依次出现了损伤;运行12年后重载线路道床最早出现损伤,轨枕下方损伤影响范围由上至下逐渐增大。     

水压力作用下隧道底部结构裂损机理及其防治

研究目的:近年来,水压力作用下隧道底部结构裂损病害时有出现,严重影响隧道运营安全。本文以水压力作用下某仰拱填充结构开裂病害隧道为例,采用数值模拟和现场实测的方法,研究案例隧道仰拱填充结构开裂机理,并提出该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)水压力作用下,仰拱填充结构裂缝上宽下窄,呈"V"字型,仰拱填充面出现中间上抬、两侧下沉现象,裂缝主要出现在仰拱填充面隧道中心线附近,沿隧道中心线分布,在边墙附近未见裂缝;(2)该隧道仰拱水压力最大值,数值计算和现场测试结果分别为0.213 MPa、0.2 MPa;(3)若只考虑围岩压力,不会导致仰拱填充结构出现裂缝;若考虑围岩压力与水压力共同作用,最大主应力极值出现在填充结构上部靠近隧道轴线位置,为拉应力,且最大主应力极值会大于素混凝土的极限抗拉强度,会产生拉裂缝;(4)在既有隧道仰拱水压力较大段落,可采取在仰拱及填充结构中配筋、刚性袖阀管注浆加固基底,并对隧底地下水进行排导的综合整治措施;(5)该案例隧道仰拱填充结构开裂病害经整治后,由近几年的情况来看,本文提出的整治措施效果良好,可供类似的病害隧道整治参考。     

中老铁路友谊隧道石盐地层工程建设关键技术

中老铁路友谊隧道穿越石盐地层，含盐量高达80%,国内外罕见。为解决石盐地层隧道出现的隧底围溶蚀空洞、钢材严重腐蚀、衬砌开裂和底鼓等病害，保证施工与运营安全，通过实地调查、现场补勘、室内试验、数值模拟等方法，对石盐地层隧道防水体系构建、注浆堵水设计、氯离子侵蚀防治、结构选型和建筑材料研究等关键技术进行深入研究，结合现场监测和目前友谊隧道运营状态发现，整治处理取得了良好效果。研究结果表明：(1)探明石盐地层具有强溶解性、强侵蚀性、膨胀性的工程特性；(2)为限制地下水流动，避免石盐溶解，需采取全包防水措施，同时根据初支渗漏水情况分别采取隧底注浆、局部径向注浆和初支背后充填注浆；(3)针对超高浓度氯离子环境提出多道设防理念，设置素混凝土隔水层结构及两道卷材防水层；(4)通过结构比选，二衬推荐采用60 cm厚圆形衬砌结构，同时全段落衬砌结构取消洞室和各种加宽加高，降低结构防水难度；(5)为解决高强度等级混凝土易开裂问题，推荐隔水层结构采用C35聚合物混凝土，二衬采用C40低热混凝土。     

无砟轨道线路运营后隧底质量缺陷整治方案

研究目的:某无砟轨道隧道线路开通后,隧道底部局部出现裂缝,裂缝段地表无变形塌陷迹象,取芯结果表明隧底仰拱厚度不足,存在较厚层虚渣或夹渣情况,引起轨道板及轨道等结构上抬,严重影响线路正常运行。本文提出采用多种勘探手段查明产生的原因,据此提出一个切实可行的施工方案。研究结论:面对既有客运专线运营安全的压力及隧道内施工场地狭窄问题,提出:(1)对隧底结构严重不足地段采取双线限速45 km/h全幅分段跳槽拆换整治;(2)对两端隧底结构质量缺陷较轻地段及受影响地段采取加固处理等施工方案;(3)分别对隧道整治、无砟轨道拆除后恢复、施工工艺、施工流程等提出了新思路;(4)整治方案已在现场实施,现场效果反应良好;(5)本研究成果可为今后同类型项目提供一种参考施工方法。     

铁路隧道运营状态评估及病害整治措施

从隧道结构变异因素、结构运营状态检测、评估与病害整治措施等方面论述和分析;针对铁路隧道水害问题,提出采用“排、截、堵”结合措施,形成完整的隧道治水体系;针对隧道基底病害,提出采用“轨道架空+基底换填”、“树根桩+注浆”和“降水+注浆”整治措施;针对衬砌背后空洞病害具体情况,提出行之有效的整治措施;从隧道检测、评估及病害整治角度,提出开展新材料、新设备、新工艺的研究.     

南昆线隧道衬砌病害成因分析及对策

通过对隧道结构无损检测和隧道病害成因分析,制定结构综合检测、病害成因分析、确定整治方案这一适应运营铁路特点的的对策,在南昆线隧道病害整治施工中付诸实施并取得预期整治效果。     

30 t轴重下重载铁路隧道隧底结构疲劳损伤研究

鉴于重载铁路隧底结构疲劳损伤现象较普通客货共线铁路更加明显,根据现场调查对重载铁路隧底结构病害进行分类,并确定了影响其疲劳损伤的主要因素为重载列车长时间大轴重碾压。依托张唐铁路双线重载铁路隧道大型现场原位激振试验,得到了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下道床结构表面的轴重列车附加动荷载分布规律,利用Ansys Workbench仿真软件对重载铁路隧底结构损伤分布及疲劳损伤进行模拟,并结合试验所得道床和仰拱结构的动应力验证其计算结果的准确性,结果表明:将实测所得动压力时程曲线作为Workbench动力初始条件进行疲劳损伤计算具有客观性,计算得出:随着围岩条件降低,隧底结构损伤范围及损伤程度逐渐增加;在相同围岩级别30 t轴重条件下隧底结构损伤出现的时间由上至下依次递增,且损伤程度逐渐降低。研究成果可为重载铁路隧道运营期长期服役性能研究及疲劳寿命预测提供借鉴和参考。     

铁路隧道底部混凝土质量评定的研究与应用

研究目的:铁路隧道底部是列车运营的承载结构,其质量缺陷极易诱发运营隧道发生底鼓、翻浆冒泥、无砟轨道道床板开裂等病害,从而严重干扰运输,影响行车安全,经济损失很大。因此研究评定铁路隧道底部混凝土质量缺陷等级和处理方案十分必要。研究结论:(1)隧道底部质量缺陷根本原因是现场管理薄弱,因此必须加强管理,加强检查与监督,避免隧道底部质量缺陷的发生;(2)采用缺陷面积比和缺陷厚度比评定铁路隧道底部结构质量缺陷等级,评定结果可分为轻微、较严重、严重、很严重、极严重5个级别;(3)针对不同的缺陷可对应采取注浆、注浆+锚杆、拆除重做的处理方案,采取拆换重做时,按小于衬砌台车长度3 m作为一次拆除长度单元,经有限元模拟计算和现场应用,对围岩、初期支护和二次衬砌影响不大,是安全的;(4)该研究成果可供铁路隧道底部混凝土质量缺陷等级评定和处理参考。     

铁路隧道衬砌常见病害原因分析及整治措施

本文对既有铁路隧道常见的衬砌病害类型进行了介绍,并对病害发生的原因进行分析,提出了针对性的病害整治措施,对既有铁路的运营管理有一定的参考意义。     

高速铁路隧道缺陷排查整治管理及方法

以合福铁路安徽段隧道为例,通过提高隧道整治思想认识,落实整治责任体制,采用标准化手段推进完善排查方法、整治方案和固化工艺;提出隧底不密实、隧底岩溶段、隧底渗漏水、施工缝、二次衬砌脱空及不稳定块、二次衬砌边墙裂纹、接触网槽道和洞口排查整治方法;针对铁路隧道施工管理,提出将隧底取芯排查、敲击排查纳入隧道工序管理工作,列入检测概算等优化建议。     

地质雷达技术在隧道底部混凝土质量检测中的应用

隧底病害严重影响铁路的安全运营,由于施工等原因,隧道底部填充混凝土达不到设计要求,是形成病害的原因之一.因填充混凝土组成成分复杂,隧道底部病害检测一直是隧道工程检测中的难题.结合工程实例,总结了地质雷达技术在隧道底部质量检测中表现出的特点和解释方法,以及地质雷达技术在该领域的优势和局限性.     

30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的影响及隧底加固效果分析

针对朔黄铁路某隧道隧底不密实病害,分析了隧底不密实病害的主要成因。提出采用聚氨酯树脂填充隧底吊空等不密实处以及固结虚砟的隧底加固方案。采用有限元软件ANSYS建立数值分析模型,以Ⅴ级围岩隧道为例,借助于现场实测30t轴重列车轮轨力时程曲线,分析隧底不同密实度以及加固后的隧底结构动力响应。结果表明:在取Ⅴ级围岩弹性模量的中值1.5GPa作为隧底密实度标准值的条件下,30t轴重列车通过隧底密实度仅为标准值的7%的隧道时,其隧底结构产生最大为1.05 MPa的拉应力,隧底结构的应力水平超过0.5ft(ft为计算混凝土抗拉极限强度,取2.01 MPa),从而导致隧底结构的疲劳问题;采用聚氨酯树脂对隧底结构加固后,隧底结构的应力水平降低至0.13ft,消除了疲劳破坏的隐患,而且隧底结构的振动加速度也得到明显的降低,验证了采用聚氨酯树脂的加固方案适宜于重载铁路隧底的加固。