铁路隧道二次衬砌脱空原因分析及防治措施

通过对铁路隧道二次衬砌背后脱空原因分析,从隧道开挖、初期支护、防水板施作、混凝土浇筑、拱顶注浆回填质量控制以及二次衬砌质量检测等方面提出针对性预防措施,并就二次衬砌脱空问题提出具体处理措施,对加强铁路隧道施工质量控制,确保铁路运营安全具有重要意义。     

铁路隧道二衬顶部脱空受力分析及整治措施

本文应用数值模拟方法对某铁路隧道二衬顶部小范围脱空情况进行了受力分析,并提出了顶部开天窗凿除补强的整治措施,同时对补强后的二次衬砌进行了受力分析。分析结果表明:隧道二衬顶部小范围脱空情况下,二衬在应力方面能够满足强度要求,但存在掉块等风险;开天窗凿除补强措施可有效利用既有衬砌结构,同时对既有线的安全和行车影响较小,具有较强的安全性和可操作性;采取补强措施后隧道二衬受力比补强前有一定程度的减小,强度满足要求。该隧道顶部脱空补强措施可为同类隧道工程整治提供参考。     

隧道二衬脱空声振检测试验研究

研究目的:隧道二衬脱空严重威胁线路的安全运营,及时开展检测、预防工作尤为重要。为解决现有检测方法中存在的问题,降低检测成本,本文进行声振检测试验研究,通过对响应信号进行频谱转换、特征值提取、神经网络拟合以得到初步的脱空判定标准。研究结论:(1)严重脱空信号的低频成分(1 000 Hz左右)突出,密实信号的高频成分(8 000 Hz左右)突出,轻微脱空信号表现为比例相近的低、高频成分均匀分布,曲线为多峰值形态;(2)主峰值频率、次峰值频率及峰值下降率可作为信号特征值,全面反映二衬结构状态;(3)将特征值与对应二衬结构状态作为输入、输出值进行BP神经网络训练,并对网络进行测试,预测值的均方误差较小(mse=6.475e-5),网络具有较好的预测能力,能够初步实现对二衬结构状态的定性识别判定;(4)该研究成果可为声振法在隧道二衬脱空检测中的工程运用提供理论依据。     

模态分析在隧道二衬脱空声振检测中的应用

研究目的:声振法在隧道二衬脱空检测中具有低成本、易实施的特点,但由于仪器设备及技术手段限制,目前尚无成熟可靠的脱空识别判定依据。针对单次振动激励下的响应块体,本文通过进行数值模态分析,以得到模态参数与二衬结构形态参数的对应关系,从而提出定量的脱空判定标准。研究结论:(1)完全脱空响应块体基频值随平均脱空深度增大呈三次多项式规律增大,浅部脱空块体的基频值低于深部脱空块体,平缓脱空面较倾斜脱空面块体基频值更大,脱空面为水平时基频达到最大值;前两阶固有频率差值变化规律同基频-平均脱空深度曲线类似;(2)局部脱空响应块体基频值随脱空长度增大呈Logistic函数规律减小,脱空长度相同时,基频值随起始脱空深度增大而增大;前两阶固有频率差值随脱空长度增大而增大,结果曲线在脱空长度为30 cm处存在节点,前后差异明显;(3)由判定曲线图可确定二衬结构的精确形态参数,实现定量脱空判定,并提出了快速求得脱空特征参数的作图法;(4)该研究成果可为声振法在隧道二衬脱空检测中的工程运用提供理论依据。     

高速铁路隧道二次衬砌脱空原因和整治及预防措施

高速铁路隧道二次衬砌脱空直接关系到铁路运营安全。本文首先提出了二次衬砌脱空是由于工艺设备改进缓慢和施工过程工序把控不严等原因造成。介绍了回填注浆法和开窗二次浇筑法两种二次衬砌脱空的整治措施,以及两种整治措施的优缺点和注意事项,随后提出了优先选用先进工艺设备、加强过程管控和适度改进现有工艺设备的预防措施。优先选用先进工艺设备方面介绍了目前较为先进的数控防水板台车和综合性二次衬砌台车两种设备;加强过程管控方面提出了严控超欠挖、测算应浇筑方量、严控防水板安装质量等方面的要求;适度改进工艺设备方面介绍了简易分层分窗浇筑、拱顶灌满回馈装置、带模注浆等方法。最后通过实例验证二次衬砌脱空整治措施和预防措施,均取得了较好的效果。     

隧道二衬质量问题成因分析及预防措施

随着国民经济的日益繁荣,科学进步的日新月异,隧道在我国各种交通线路中占的比重日益增大,而对隧道结构安全性起决定作用的二次衬砌实体质量也越来越多引起关注。本文以玉磨铁路在建隧道为工程背景,针对隧道工程实体质量检测中发现的各类问题如二衬厚度不足、二衬脱空、二次衬砌背后脱空、二次衬砌不密实等,提出成因分析并研究预防措施。并通过施工现场实践证明措施有效、可行,从而为解决此类工程问题提供有益参考。     

隧道二衬欠厚检测及结构安全性分析

针对西部某高速铁路隧道二衬病害问题,采用SIR-3000型探地雷达进行二衬检测,根据病害部位、类型以及程度不同,建立多种工况的有限元模型,并以拱顶、拱腰和边墙的安全系数为评价标准,对二衬病害引起衬砌结构安全问题进行总结。检测结果表明：二衬缺陷主要表现为欠厚问题,占总病害数的69.9%,且各部位欠厚数呈正态分布。分析表明：欠厚部位内力整体变小,安全系数减小,承载力降低;且距离欠厚部位越近,所受影响越大;二衬整体欠厚时,满足安全的临界厚度为19.2 cm;拱顶欠厚时,拱顶厚度16.7～26.3 cm为受拉破坏区间;拱腰欠厚时,无极限破坏情况;边墙欠厚时,临界厚度为3 cm。     

基于故障树的铁路隧道衬砌脱空原因分析及应对措施

为了解决铁路隧道衬砌脱空带来的安全、质量等问题,基于工程实例,采用故障树分析法,建立施工期铁路隧道衬砌结构的故障树风险分析模型。该模型以铁路隧道衬砌脱空为顶事件,从开挖初支问题、防水板问题、混凝土工程问题三个方面逐层展开,得到16个基本事件,根据各基本事件间的逻辑关系进行故障树计算,采用定性分析方法得出各基本事件对顶事件的相对影响程度。结果表明,施工过程管理是影响隧道衬砌质量的主要因素,混凝土工程中的模板作业、混凝土作业以及养护作业是影响隧道衬砌质量的重要因素。从施工管理、控制混凝土工程质量、控制防水系统质量、控制隧道开挖与初期支护质量4个角度提出了相应的处理方法及预防措施,实际应用中效果良好。     

铁路隧道复合衬砌脱空的危害分析与防治

铁路隧道复合衬砌脱空和支护厚度不足占隧道缺陷、病害的比例极高.以200 km·h-1客货共线双线隧道为例,采用ANSYS有限元分析软件,按“共同变形”受力模型计算分析脱空对结构承载能力的影响.初支脱空时,在不同级别围岩变形压力的作用下,初支拱顶部位向内侧压弯呈增大趋势,这是初支向内压裂(碎)乃至坍塌的主要原因之一;衬砌脱空时,导致衬砌拱顶部位向外侧或向其对应的空洞边缘外侧压弯呈增大趋势,造成衬砌向外压裂甚至可能引起脱空水平投影范围外沿侧纵向开裂.严重的脱空可能导致隧道结构在施工阶段或运营阶段发生压溃、侵限、放射状开裂和坍塌,而且初支脱空的危害性比衬砌脱空更大.通过分析脱空的形态和成因,结合工程实践经验,从施工和施工管理角度提出了脱空防治的具体措施和建议.     

新建铁路隧道二衬开裂与渗漏成因和防治措施

通过对新建铁路隧道二衬开裂和渗漏成因的分析,从合理选用外加剂和掺合料、优化混凝土配合比、采用整体式模板台车、混凝土浇筑和振捣、施工缝与变形缝的设置和处理、混凝土保护层设置、混凝土塌落度控制、混凝土拆模及养护等方面进行论述,并提出防治二衬开裂和渗漏的方法与措施。     

隧道二衬结构安全性评估及改进方案

为解决较长段深埋隧道二衬钢筋缺失情况下结构安全性问题,基于破损阶段法理论,运用ANSYS有限元软件建模分析隧道二衬结构受力情况,综合分析隧道埋深、围岩级别、围岩水平竖直荷载、初支二衬荷载分担比,并引入结构抗拉抗压安全系数来评定二衬结构安全状况,计算出隧道断面各点处弯矩值、轴力值,进而得出钢筋缺失段安全系数.以石家庄地区...     

隧道二衬严重开裂段病害综合治理研究

以易门—峨山—高仓公路的控制性工程田心隧道为工程背景,对该隧道二衬严重开裂段落病害的综合治理措施进行详述:根据现场调查和监测、检测资料对病害成因进行分析;提出隧道病害处治的设计和施工措施,包括:分段落提出所采用的处治措施,制定详细的病害处治施工流程;依次经过裂缝段临时支撑、注浆加固、二衬拆除及重筑、空洞回填注浆、二衬渗水引排、二衬局部裂缝修补、二衬内防水层施作、外贴纤维布加固等过程,并提出处治施工注意事项;严格按照施工流程,经过施工整治,隧道的病害得到了有效治理。     

谷竹高速公路片岩隧道二衬开裂机理研究

片岩作为工程中典型的软岩,在隧道工程施工过程中常常诱发各类不良地质灾害。本文依托谷竹高速公路片岩隧道工程实例,通过对武当群片岩进行的X衍射矿物成分分析、吸水试验、崩解试验以及单三轴力学试验,发现其具有可塑性、膨胀性、流变性、易扰动性、损伤劣化、遇水软化、各向异性等特性。结合试验结果,从区域地质条件、围岩特性、地下水作用、地应力、设计施工等方面对片岩隧道二衬开裂成因进行了深入分析,揭示了片岩隧道二衬开裂机理。     

极小净距交叠隧道二衬支护控制研究

青岛地铁2号线枣李区间隧道下穿3号线泉李区间隧道,交叠段隧道围岩以强风化花岗岩为主,岩体破碎。为保证地铁正常铺轨及长期安全运营,开展了二衬支护控制研究。通过理论分析确定出二衬最佳支护时段,并提出三种二衬支护方案,利用数值模型分析各方案对交叠段围岩拱顶沉降、二衬结构变形及应力、塑性区形态特征的影响。最终提出交叠隧道二衬支护的最优方案为:在交叠区影响范围外,3号线在隧道初支变形趋于稳定后施作二衬;在交叠区段,2号线开挖完成且3号线二次变形稳定后对其施作二衬。模拟结果验证了理论分析的正确性,为交叠隧道二衬支护控制提供了技术指导。     

高地应力软岩隧道围岩压力及二衬受力特征研究

为研究高地应力条件下软岩隧道围岩压力作用规律及二衬受力特征,依托兰新铁路第二双线大梁隧道,分别对隧道围岩与初期支护、初期支护与二次衬砌之间的接触压力进行现场监测,得出上述压力随时间变化规律和沿隧道横断面分布特征,基于实测围岩压力对隧道二次衬砌结构内力进行计算。研究结果表明:初支围岩压力和初支与二衬接触压力随时间发展呈不同变化规律;围岩压力在空间分布上表现出"两侧大、拱顶小"的侧向挤压特征;二次衬砌围岩压力分担比例平均值在45.0%~70.3%;实测围岩压力较规范围岩压力计算出的二衬内力更符合实际。     

盾构隧道沉降下整体道床变形及层间脱空分析

研究目的:盾构隧道管片沉降引起的整体道床脱空已成为影响地铁安全运营的重要因素。为揭示盾构隧道管片沉降下整体道床力学特性,建立轨道-整体道床-管片衬砌空间耦合有限元模型,并依托北京机场线T2支线东、西两侧线路的管片实际沉降监测数据,分析道床脱空下整体道床的变形以及破坏特征。研究结论:(1)当管片发生局部沉降,沉降波谷位于伸缩缝处时,道床上表面在沉降起始处出现开裂,道床底部两侧小范围会出现开裂;沉降波谷位于两伸缩缝中间位置时,道床上表面会出现大范围的开裂现象,且出现在管片沉降的起始位置,道床底部两侧及管片沉降波谷处会出现开裂现象;(2)当管片发生连续沉降,在两个沉降区的波谷都不位于伸缩缝处时,道床底部会出现大范围的开裂,道床上表面所受拉应力比较小,不会出现开裂;在其中一个管片沉降区的波谷位于伸缩缝处时,道床的两侧小范围会出现开裂,道床上表面会出现大范围的开裂;(3)该研究成果对地铁盾构隧道的养护维修具有一定的借鉴价值。     

基底脱空条件下铁路隧道行车安全性分析

结合大瑶山隧道基底病害,在混凝土塑性损伤本构模型基础上,建立隧道-围岩相互作用动力计算模型,研究基底脱空对铁路隧道行车安全的影响。结果表明:随隧道基底脱空距离增加,隧道底部结构动力响应和损伤增大,且脱空距离超过一定深度后变化加剧;对于内侧单边脱空、两侧对称脱空和中间扩展脱空方式,当脱空距离分别达60、60、180cm时,需采取限速、加固等措施保证隧道行车安全。各脱空方式中,以两端向中间脱空方式所受影响最大。在该脱空方式下,当脱空距离从0cm增加到90cm时,底部结构竖向位移最大增幅达1.5倍;加速度最大增幅达17.2倍;主应力最大增幅达3.2倍;损伤值最大增幅达1.4倍。当脱空距离达120cm时,底部结构已发生破坏。可见,基底脱空对结构稳定和受力极为不利,将加剧结构损伤破坏。研究结果可为铁路隧道行车安全性评价和基底脱空整治提供参考。     

隧道二衬拱顶混凝土纵向连续灌注施工技术研究

传统的隧道二衬施工工艺受灌注方式、现场管理、实际条件等因素的影响,容易导致隧道二衬冲顶时混凝土无法在拱部空间充填密实,进而形成二衬结构在不同程度和范围内出现混凝土松散、衬砌背后空洞甚至衬砌结构厚度不足等情况。为解决隧道二衬传统施工工艺上存在的问题,依托老鼻山隧道工程,提出隧道二次衬砌拱顶混凝土纵向连续灌注技术和装备总体设计,新技术操作简单,安全可靠,能大幅度提高二衬拱顶混凝土浇筑施工质量,彻底解决了目前隧道工程普遍存在的二衬拱顶混凝土施工质量缺陷和红线问题。新技术在成昆铁路隧道施工中得到了广泛推广和应用,获得了高度的社会评价。     

爆破施工对隧道二衬结构影响的试验研究

为了研究隧道爆破振动施工对隧道混凝土二衬结构的影响,结合湖南省张家界老木峪2号隧道对自制不同强度的混凝土试块在不同龄期、不同爆心距的条件下进行爆破振动试验。首先通过正交试验判断出爆破振动对各因素影响程度的大小,然后采用压力试验机测出不同强度混凝土试块的极限荷载,最后通过混凝土试块抗压强度的变化规律分析其对二衬结构的影响。试验结果表明:混凝土强度是抵抗爆破振动的主要因素,在Ⅳ级围岩台阶法施工情况下,24 h龄期时距爆破中心60 m处的C45强度混凝土受爆破影响最小。爆心距15 m处,C30,C35,C40和C45的混凝土强度折减比分别为21.1%,16.8%,13.2%和1.0%,远大于爆心距60 m处C30,C35,C40和C45的混凝土强度折减比4.1%,3.1%,2.2%和2.1%。     

地铁折返线隧道二衬特殊支架法施工技术

北京地铁10号线10标段折返线隧道二衬采用特殊支架法施工。介绍了纵分段、横分层、借梁换柱;散支散拼、隔段跳做;先二衬、后破除的施工方案,以及在工程实施中对施工节段长度、中隔壁凿除顺序、施工模架体系及组织运输等的合理选择,确保二衬施工安全、进度、质量及成本控制均达到预期目标。