铁路盾构隧道双层衬砌结构耐火性能的数值模拟分析

以某铁路盾构隧道为背景,选用RABT和RWS共2种火源曲线,通过数值模拟方法,分析在不均匀温度场作用下,铁路盾构隧道管片及二衬的应力和变形、管片混凝土的劣化深度、裂缝的产生及发展,并与单层管片衬砌结构进行对比,研究铁路盾构隧道双层衬砌结构的耐火性能。结果表明:在2种火源曲线下,无论是否使用防火涂料,铁路盾构隧道单层衬砌结构都无法达到耐火设计标准,而双层衬砌管片的温度远低于250℃的耐火极限;与单层衬砌相比,施作二衬后,管片温度与应力的变化幅度受火源曲线的影响减小,管片的最大主拉应力和主压应力均减小,衬砌结构的整体刚度增加、整体变形减小;衬砌的劣化深度对隧道半径和埋深不敏感,劣化深度为125~150mm;双层衬砌盾构隧道的防火效果较好,但建议二衬的混凝土设计标号不小于C30,设计厚度不小于150mm。     

铁路隧道圆形衬砌基本内轮廓的研究

结合西安—安康铁路秦岭特长隧道引进、应用掘进机修建的需要，对铁路单、双线隧道圆形衬砌基本内轮廓的拟定进行探讨，分析了控制衬砌断面设计的主要因素，提出初步研究成果。     

破碎围岩条件下铁路隧道单层衬砌结构力学特征研究

研究目的:文章以合武铁路大别山隧道为背景,对Ⅳ级围岩条件下采用的单层衬砌结构的接触力学特征、不同施工阶段的受力特征以及围岩稳定性等进行研究,并对单层衬砌结构的力学特征进行探索,以期为类似工程的设计和施工提供参考。研究结论:(1)相对于复合式衬砌而言,单层衬砌接触压力普遍较大,最大压力易出现于拱脚处,最小压力易出现于仰拱处,而其二衬的内力显著小于复合衬砌。(2)单层衬砌结构内力在隧道施工的不同阶段,初期支护与二衬的内力先按时间分配,后按刚度分配。(3)隧道左右拱腰侧与拱脚处的围岩的YAI值较小,容易发生失稳,应加以防范。     

铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术

针对铁路隧道衬砌表观病害检测需求，梳理并分析技术现状，介绍隧道衬砌表观病害智能检测系统的研制情况和系统组成。提出铁路隧道衬砌表观病害智能检测面临的技术难点，分析图像快速采集、病害智能识别、病害样本库构建等智能检测关键技术。通过基于实测数据集以及现场检测复核等手段，验证铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统关键参数。结合现场运用情况，分析铁路隧道衬砌表观病害智能检测系统运用效率。智能检测系统应用表明，铁路隧道衬砌表观病害智能检测技术可大幅提升隧道衬砌病害检测的自动化和智能化水平。     

运营隧道衬砌状态评估体系研究

基于既有铁路运营隧道衬砌状态评估经验和相关隧道状态等级评定规范，建立了采用衬砌厚度变化和衬砌围岩接触状态变化为定量评价指标的铁路隧道衬砌状态评估体系。     

强震区穿越软硬交界面铁路隧道结构抗震技术研究

高烈度地震区隧道洞口段穿越软硬交界面易遭受严重破坏,基于成兰铁路隧道工程,对洞口段软硬交界面隧道动力响应规律及其抗震设防措施展开一系列研究,得出双线铁路隧道洞口段穿越软硬交界面铁路隧道结构的动力响应规律;在基覆交界面处对比分析隧道减震层与渐进式注浆加固两种方案,得出在强震作用下隧道围岩渐进式注浆方案对衬砌结构具有良好的抗减震效果,大大减小隧道衬砌变形和应力峰值的结论。而隧道减震层方案对衬砌结构抗震性能提升较小,右线隧道拱腰和左线隧道拱腰受力最大,需加强隧道结构抗震加固措施。     

客运专线隧道断面方案研究和优化设计

研究目的:客运专线铁路隧道的建设在我国尚属首次,其断面选型和结构设计无成熟经验可以参考,原设计的时速250 km客运专线隧道衬砌断面和时速350 km客运专线隧道衬砌断面有不足之处。为满足客运专线隧道建设的需要,需要对客运专线隧道断面形式和结构进行优化设计研究。研究方法:广泛调研国外高速铁路隧道设计方案和施工经验,从隧道结构受力条件、排水系统布设及工程量大小等方面进行多方案比选研究。研究结果:合理选定了时速250 km客运专线隧道衬砌断面和时速350 km客运专线隧道衬砌断面形式,进一步优化了衬砌结构设计。研究结论:通过客运专线隧道断面研究和优化设计工作,克服了原设计客运专线铁路隧道衬砌断面的缺点。优化后的隧道衬砌断面具有受力更加合理、救援通道的使用更加方便、减少了隧道断面工程数量等优点。     

隧道钢纤维混凝土单层衬砌模型试验及数值模拟

为了对隧道钢纤维混凝土单层衬砌作出安全性评价,使用卧式加载系统对钢纤维混凝土衬砌模型进行了室内试验。在保持平面应变的情况下,对隧道衬砌模型进行垂直方向和侧向加载以模拟隧道实际受力状态;同时利用FLAC 3D软件建立了隧道数值模型。通过模型试验和数值模拟对特定隧道断面钢纤维混凝土单层衬砌的安全性进行了评价。模型试验及数值模拟分析结果表明,在设计荷载作用下对于衬砌各特殊验算截面,试验结果与数值模拟所得安全系数相差不大。模型试验与数值模拟相互验证,将二者相结合是一种评价隧道衬砌结构安全性的较为可靠的方法。     

铁路隧道概率极限状态设计分项系数标定与讨论

目前，我国结构设计规范中广泛采用以荷载和抗力分项系数代表概率可靠性的概率极限状态设计方法。然而，在Eurocode 7等岩土工程结构的设计规范及相关研究中，对荷载与抗力分项系数方法，即以一组固定分项系数来保证不同工况下工程结构可靠性提出质疑。基于多年来我国铁路隧道衬砌结构概率极限状态设计的研究成果与应用情况，进一步细化不同围岩分级、埋深和衬砌类型的分项系数标定，共标定28种工况下衬砌结构设计的分项系数；分别采用本文、《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》和《铁路隧道设计规范》的衬砌结构可靠性与安全性评价指标，对京张高铁八达岭隧道8种工况下设计方案的安全性与可靠性进行对比分析，不同工况下的隧道衬砌结构设计可靠指标与安全系数差异较大，说明荷载与抗力分项系数方法在铁路隧道衬砌可靠性设计中的稳健性较差。建议在隧道设计规范层面应逐步开展基于概率可靠性地勘和计算两阶段的研究，并提出铁路隧道设计方法转轨的部分建议。     

软岩隧道EPP混凝土受力特征及卸压效果分析

研究目的:软岩隧道在运营期间由于围岩蠕变导致隧道衬砌发生大变形及开裂，严重影响运营安全。在前期试验取得的EPP(聚丙烯)泡沫混凝土力学参数的基础上，开展软岩隧道EPP泡沫混凝土缓冲层受力特征及卸压效果分析，提出一种抵抗隧道围岩蠕变、减小衬砌变形的方法，为类似隧道工程设计提供参考。研究结论:(1)EPP泡沫混凝土作为软岩隧道缓冲层对衬砌受压有良好的改善效果；(2)以EPP泡沫颗粒含量为64%的混凝土作为缓冲层且厚度为0.8 m时，衬砌受到的压应力最小，衬砌处于全断面受压状态，且极限承载能力最高；(3)缓冲层的让压量是决定其卸压效果的直接原因，缓冲层EPP泡沫含量越高，厚度越大，让压量就越大，卸压效果最好；(4)EPP泡沫混凝土应用于土木工程领域铁路和公路工程方向软岩隧道初期支护与二衬之间缓冲层结构中，其应用前景广阔，为进一步改善EPP泡沫混凝土卸压性能及提升工程实用性，需对材料配合比及压缩特性开展优化研究。     

硫酸盐环境下铁路隧道结构衬砌混凝土病害调查及分析

为掌握实际服役条件下铁路隧道结构衬砌混凝土的硫酸盐腐蚀劣化规律,基于对硫酸盐环境下服役近40 a的10多座既有铁路隧道衬砌混凝土病害情况的实地调研和取样分析,并结合室内宏观、微观测试,剖析了硫酸盐侵蚀作用环境下既有铁路隧道衬砌混凝土的劣化模式,获得隧道衬砌混凝土病害的关键影响因素,探讨了相应的劣化机理。研究成果可为铁路隧道的维修提供重要技术支持。     

隧道衬砌裂纹、渗水的原因分析及处理措施

本文通过对洛湛铁路益娄段石坝隧道衬砌开裂、渗水的原因分析，指出了铁路隧道减薄型衬砌在施工中应注意的问题及裂纹整治的方法，总结了施工经验。     

喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的防水效能模拟试验研究

对丙烯酸盐喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的不同工作状态进行模拟与测试，以对其防水效能及影响因素做出评价。通过单层、双层混凝土试验板对防水层及隧道衬砌的局部结构进行了模拟，并通过手动泵进行渗漏水压加载。由试验可见，在单层试验板中没有排水层或排水层不通畅时，较低的水压就能在防水膜后形成渗流通路；在双层试验板中没有排水层或排水层不通畅时，防水膜能抵抗一定程度的渗漏水压；只有在双层试验板中的排水层畅通时，防水膜才能有效地将渗漏水控制在排水层中排走。试验结果表明，衬砌间的挤压应力、防水层的弹性恢复能力、通畅的排水层对丙烯酸盐喷膜防水层在隧道复合式衬砌中的防水效能发挥首要作用。     

铁路隧道衬砌结构内力的影响因素分析

以新建的200km时速双层集装箱运输的赣州至韶关铁路单线隧道衬砌断面为研究对象,借助数值模拟手段,得到了围岩压力百分比、弹性反力系数、二次衬砌厚度、浅埋隧道覆土厚度和偏压隧道地面坡对隧道衬砌内力的影响规律,其结果可为今后200km时速的铁路隧道衬砌设计和优化提供参考。     

高水压隧道衬砌背后水压力预测模型研究

研究目的:以邢和铁路天河山隧道为依托,开展隧道衬砌背后水压力预测模型研究.首先结合地下水动力学理论,考虑"围岩-注浆层-衬砌-防水板-盲管"不同介质渗透特性,理论推导隧道衬砌背后水压力和排水量预测公式;其次通过3DEC离散元验证理论预测模型的合理性;最后对衬砌背后水压力影响因素进行参数敏感性分析.研究结论:(1)本文提...     

基于可靠度理论的铁路隧道复合式衬砌结构设计软件研究及应用

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计领域得到迅速发展,但常规计算中引用的经验值“荷载分担比”对结果有很大影响,可建立初期支护与二次衬砌共同作用的复合式衬砌模型避免其影响。为了排除“荷载分担比”的模糊影响、实现独立进行复合衬砌结构设计,开发了铁路隧道复合式衬砌结构设计的专业软件CLAS,该软件支持对单层衬砌模型和复合衬砌模型进行3种设计方法计算,包括破损阶段法、极限状态法、可靠度分析。该软件由软件界面、前处理、截面检算、可靠度分析、后处理5部分组成。前处理支持导入AutoCAD文件完成几何建模;截面检算可采用破损阶段法和极限状态法,实现内力分析、安全性检算和配筋计算;可靠度分析提供JC法和蒙特卡罗法的计算;后处理提供结果数值导出与云图显示、计算报告生成功能。工程应用表明,CLAS功能全面、操作简单,精度满足工程要求;“荷载分担比”经验值对二次衬砌拱顶处的荷载有明显低估,复合衬砌模型能更有效地反映衬砌结构的受力情况。     

浅谈铁路隧道衬砌质量缺陷及质量控制思路

铁路隧道二次衬砌是保证铁路隧道安全运营的重要结构,二次衬砌质量一旦出现问题,将直接影响隧道的使用功能,甚至对后期运营安全埋下隐患.通过系统分析隧道衬砌混凝土强度不足、渗漏水、开裂掉块、背后脱空等隧道衬砌质量缺陷及发生的原因,从混凝土原材料、衬砌台车、养护台车、衬砌施工质量控制、养护作业等方面,提出了提高隧道衬砌质量的措...     

减震层对跨断层隧道抗错断效果的模型试验研究

为了研究跨断层隧道设置减震层时的抗错断效果以及跨断层隧道衬砌的破坏特征,以敦(敦煌)格(格尔木)铁路阔克萨隧道为依托,采用室内模型试验的方法,研究减震层对跨断层隧道在断层错动时的受力特征以及对跨断层隧道的减错效果,结果表明:不论是否设置减震层,跨越断层隧道节段以及与之相连的节段在断层错动时的受力较大、破坏较严重,是跨断层隧道抗错断的重点设防部位;设置减震层后衬砌应变和接触压力均有所减小,但减震层对接触压力的减小幅度要大于对应变的减小幅度;设置减震层后,断层错动引起衬砌环向应变的增大倍数在4.8～14.2,最大降低11.7%,接触压力增大倍数在1.4～5.6,最大降低11.9%,跨断层节段以及与之相连节段衬砌的破坏情况明显减弱,对跨断层隧道衬砌防错断具有较好的效果。     

铁路隧道衬砌表观病害等级评定研究

运营期铁路隧道衬砌存在不同程度的裂缝、渗漏水、剥落（掉块）等表观病害。本文首先分析了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、TB/T 2820.2—1997《铁路桥隧建筑物劣化评定标准隧道》等规范和标准评定隧道衬砌表观病害等级时存在的差异，针对QC/R 405.2—2019《铁路桥隧建筑物劣化评定第2部分：隧道》中存在的对细长裂缝没有给出判定规则、未考虑环向位置对等级评定的影响、不能依据检测图像对剥落（掉落）病害进行等级评定等问题，对裂缝长宽等级进行了细分，对病害环向位置进行了划分。在此基础上，对Q/CR 405.2—2019中高速、普速铁路隧道衬砌裂缝、渗漏水的等级评定规则进行了细化，实现了对不同属性特征的隧道衬砌表观病害等级的比较全面的评定。最后给出了隧道衬砌表观病害关注程度分类规则和不同等级病害的应对措施。     

下穿铁路的承压引水隧洞设计

研究目的：白水江三级电站引水隧洞最大水头高度42m，下穿既有内昆铁路手扒岩隧道，距隧道边墙基底仅13．06m，引水隧洞在施工中易引起铁路隧道下沉及衬砌破坏，为保证既有隧道运营安全，需采用合理的施工方法和衬砌型式。 研究方法：利用3D-σ矿分析了引水隧洞对铁路隧道的影响，采用理论分析和ANSYS程序计算出衬砌内力，并分析爆破振动的影响。 研究结果：确定控制衬砌型式的荷载组合，并对正常使用状态的裂缝进行了控制。 研究结论：对于下穿铁路隧道的承压引水隧洞设计，首先要分析引水洞施工对铁路隧道的影响范围，合理地进行荷载组合，按基本组合进行承载能力极限状态检算，并采用标准组合进行正常使用极限状态的裂缝验算；对于承压引水隧洞，裂缝验算一般是配筋计算中的控制条件；引水隧洞的开挖引起铁路隧道周边的围岩变形位移小，内水压力是主要控制荷载，施工中应采用钢纤维喷射混凝土及时支护。