铁路隧道基底病害产生机理及整治措施

运用理论分析及模型试验和现场试验的方法,对铁路隧道基底结构的受力状态、病害产生的机理以及病害的整治措施进行研究。研究表明:隧道基底结构在列车静载作用下处于受弯拉的受力状态,在列车运行荷载作用下则会产生挠曲振动,其基底结构会随之产生疲劳破损直至断裂;隧道基底病害的产生和发展是列车动载、地下水、施工质量等多种因素综合作用的结果,各因素之间又有着相互促进,相互恶化的关系。对隧道基底病害的整治要采用改善隧道基底的结构形式和排水设计、减弱列车振动对基底结构及基岩的影响以及保证施工质量等多种措施和手段进行综合治理。     

深大基坑施工对既有地铁盾构隧道结构影响的监控

南京河西地区地质条件差,地下水丰富,深大基坑施工对周边既有运营地铁盾构隧道结构和列车运营安全有重大影响。文章在分析深大基坑施工对南京某运营地铁盾构隧道影响的基础上,提出了针对盾构隧道结构病害、结构变形以及关键设备等方面的系统性监控措施,取得了良好效果。     

砂层隧道列车振动响应与地基累积变形研究

采用动力有限元数值计算方法,对列车荷载作用下狮子洋隧道典型砂层段的动力响应进行计算分析。进一步借鉴路基累积变形计算方法,对列车长期荷载作用下隧道基底砂层累积变形计算方法进行探讨。狮子洋隧道基底砂层段孔隙水压力消散较快,基底土层实际动应力比小于其临界动应力比,隧道基底砂层不会由于列车长期运营而产生局部液化破坏;在列车荷载作用下,隧道衬砌结构中应力、位移均变化不大,隧道结构在列车运营荷载作用下处于安全状态;在列车长期运营荷载作用下,隧道基底砂层累积塑性变形小于25mm,隧道基底地基土累积塑性变形不会对列车长期运营造成破坏性影响。     

铁路隧道拱顶病害分析及整治措施

运营铁路隧道拱顶常存在掉块、脱空等病害,直接影响列车的运营安全和结构的健康服役。由于运营铁路隧道内作业天窗时间短、空间小,对高空作业技术要求高。以侯月线杨树庄1#隧道衬砌拱顶病害整治工程为例,提出一种在拱顶空洞灌注高分子膨胀材料结合锚杆加固的新型病害整治方案,形成一套行之有效的新材料与新设备配套的施工工艺,提高隧道拱顶的承载能力,改善结构的受力性能,取得良好的工程效果,为类似工程提供参考。     

朔黄铁路长梁山隧道基底结构病害整治措施

针对长梁山隧道出现的多种病害进行调研,分析隧道基底病害表观特征和成因,采用基底结构钻孔探测和雷达检测方法,对基底病害分布及规模进行检测,提出采用“树根桩+注浆”等隧道基底病害整治措施,并建立模型及确定参数.通过对基底振动加速度和树根桩桩体的计算与分析,验证病害整治效果.“树根桩+注浆”整治措施对天窗时间短、施工空间有限的长梁山隧道基底病害整治行之有效.     

列车荷载作用下岩溶段连拱隧道基底累积变形研究

研究目的:岩溶的存在会使连拱隧道周围岩土体结构发生变化,以致岩土体强度降低,在列车荷载反复作用下可能导致基底累积变形超限,影响运营安全。针对无碴轨道线路要求,开展隧道溶洞区段处理后基底变形沉降规律研究,避免在长期运营过程中产生较大沉降,影响线路平顺性和无碴轨道板结构,具有重要的现实意义。研究结论:列车单次交汇条件下,隧道支护结构各部位沉降值均小于2 mm,监测点的拉、压应力峰值均小于结构的抗拉、抗压强度设计值,支护结构的位移和变形满足使用要求;列车长期荷载作用下,典型断面基底累积塑性变形小于20 mm,满足相关要求,不会对列车的长期运营造成破坏性影响。     

铁路隧道基底病害整治现场试验研究

以蜈蚣岭隧道病害整治为例,采用动力试验检测技术,对两种不同铁路隧道基底工况在列车运行荷载作用下的动、静应力以及加速度进行现场测试。试验结果表明,隧道基底结构受列车冲击振动作用明显。作用于隧道基底结构上的最大动应力值在0 3MPa以内,而在列车限速(<30km·h-1)行驶条件下基底结构上的最大峰值加速度达5 80m·s-2。在列车荷载作用下,两种不同基底结构的动力响应测试结果比较表明,采用20cm厚钢筋混凝土,且隧道基底与基岩之间加铺粘性防水层的隧道基底结构形式更优。     

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。     

季节性冻土区铁路隧道渗漏水原因分析及整治技术

季节性冻土区运营铁路隧道渗漏水现象普遍存在,冬季渗漏水病害常演变为衬砌挂冰侵限、道床冻结上拱等病害,直接影响列车运营及隧道结构安全。渗漏水防治措施是目前国内外隧道设计、施工的重点和难点。本文通过分析铁路隧道渗漏水的原因,提出一种渗漏水综合防治措施,并详细介绍了整治方案的施工工艺,为类似工程提供参考。     

铁路隧道基底新型降水技术研究

运营铁路隧道整体道床普遍存在基底下沉与翻浆冒泥等病害,在隧道基底病害成因分析的基础上,针对隧道内无交流电源、养护维修困难等诸多限制,研究形成集太阳能供电系统、自动控制系统等为一体的新型井点降水系统,实现"一井一泵一控制"的功能,并在太岚线路柏崖头隧道基底病害整治工程中应用,取得良好的工程效果,为类似工程提供参考。     

高速铁路隧道仰拱隆起病害分析及整治方案

近年来仰拱隆起病害时有发生,影响隧道的运营和行车安全。本文结合地质情况,对云贵高原上一高速铁路隧道在运营期内出现仰拱变形隆起现象进行分析,认为引起轨道抬升的主要因素是高地应力作用及隧底围岩在地下水和列车动荷载作用下日益软弱。采取拆除隧道仰拱并加深1.5 m重构的方案进行综合整治。用MIDAS GTS/NX对原设计及整治设计方案进行数值模拟分析,验证了仰拱加厚加深方案可使隧道拱顶沉降、仰拱隆起、应力等减小,符合要求。制定了施工过程中不同工况下隧道及轨道监测方案,确保施工期间运营安全。     

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.     

基底富水条件下隧道铺底结构疲劳寿命的试验研究

采用Cl=2的相似模型在PMS-500型疲劳试验机上进行铁路隧道铺底结构在基底富水条件下的疲劳破坏试验.重点分析铺底结构的静、动应力分布特征,裂纹出现时间,裂纹扩展情况以及结构的破坏形态,通过换算得到各铺底结构在列车荷载作用下的疲劳寿命.试验结果表明:铺底结构主要是在钢轨正下方沿线路发生纵裂破损的,铺底结构与基岩之间的砂浆流失严重,出现明显的凹槽;地下(积)水不仅明显降低铺底结构与基岩间的粘结力,而且在列车快速加载卸载下反复加压、退压,使铺底结构处于交变的拉压受力状态;在基底富水条件下,隧道铺底结构的使用寿命较无水条件下明显降低,因此在施工中采取合理的防排水措施确保基底干燥是预防或减少隧道铺底病害发生的关键.     

既有重载铁路隧道基底病害置换整治技术研究

利用ANSYS有限元软件建立了隧道护底翻修施工便梁三维有限元分析模型,通过设置施工便梁架设方式,并结合重载列车的荷载特点,分析了2类施工便梁在重载列车作用下的的内力特点。计算结果及施工可行性分析表明:采用下沉式便梁架空方案能够保证25 t轴重货物列车以60 km/h通过时线路轨道的几何尺寸、线路刚度和稳定性,另外,在主梁尺寸以及横梁间距设置合理的情况下,采用下沉式无水平顶丝及横梁混凝土支座方案是隧底翻修的一种理想方案,该方案对重载或普通铁路隧道基底结构的病害处理具有重要的借鉴意义。     

重载铁路隧道基底病害微型桩加固技术研究

结合我国重载铁路隧道基底病害特点,提出了一种隧道基底微型桩加固技术。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立隧道基底微型桩加固分析模型,采用30 t列车动压应力实测值模拟重载列车竖向动荷载,着重分析了30 t重载列车通过隧道基底病害区段时微型桩的加固效果,结合某隧道现场测试与混凝土检测结果以及新旧混凝土结合面强度统计分析结果,提出了基底采用微型桩加固基底混凝土厚度要求,为今后采用该法进行基底加固提供借鉴。     

城际铁路地下隧道无砟道床隆起整治技术

随着高速铁路建设不断发展,地下长大隧道的规模和数量也在日益增加。无砟整体道床在隧道结构中的应用,在很大程度上改善了线路轨下基础的受力问题。但是,当投入运营后,受地质水文条件或设计问题等因素影响,道床隆起病害时有发生,对营业线运营安全影响较大。莞惠城际地下矿山法隧道在运营期间出现无砟道床隆起,针对该病害,从分析无砟道床隆起产生的原因入手,通过采用打设泄压孔、注浆填充、植筋锚固等技术措施进行整治的方法,最终治愈了隆起病害,确保了列车运营安全。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

从振动频谱角度探讨高铁隧道衬砌裂缝病害的安全评价

裂缝病害作为衬砌结构中常见的一种病害,是影响隧道安全服役的主要隐患之一。迄今为止,在高速列车通过隧道条件下,列车-轨道-隧道衬砌-赋存围岩结构系统的动态响应规律尚无明确结论。针对高速列车在轨道、地基和衬砌结构中易激发较强中、高频动态响应的特征,对隧道衬砌动态响应、裂缝病害的成因和分布规律的研究现状进行总结,探讨动载频率属性对衬砌结构的裂缝病害安全评价的影响机制,并对考虑裂缝病害影响的高铁隧道安全评价相关科学问题提出建议。     

京包线旗下营隧道基底结构病害整治对策探讨

针对京包铁路旗下营隧道存在的基底下沉与翻浆冒泥等,分析了基底病害类型及成因机理,确定了基底结构病害整治的总体思路,采用了钻探与物探相结合的基底病害检测手段,在掌握隧道基底现状的基础上,提出了可改善隧道基底结构受力性能的锚固桩结合灌注高分子树脂材料的病害加固处理措施,对既有铁路隧道基底结构的病害处理具有借鉴意义。     

既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响

采用地质雷达对一既有重载隧道基底混凝土厚度进行了探测,测试断面基底混凝土厚度小于设计值。利用ANSYS建立荷载—结构平面动力分析模型,依据现场取样试验结果并结合实车动态试验结果,分析了30 t轴重重载列车通过时隧道基底混凝土厚度对基底结构受力的影响。分析结果表明,基底混凝土安全系数从规范中的3.0降至2.0,有一定的安全储备。考虑到隧道结构尺寸要求,示范段内的隧道基底混凝土厚度Ⅴ级围岩区应不小于0.5 m,Ⅳ级围岩区应不小于0.4 m。因此,对于隧底出现的混凝土厚度不足情况,应酌情进行加固处理,从而保证列车安全运营。