Research on the Cause and Influential Factors of Tunnel Lining Cracking of Side Wall in Seasonally-frozen RegionsEI北大核心

Research purposes: In recent years, tunnel diseases like lining cracking and water leaking during spring thawing period, caused by frost heaving of surrounding rock, have occasionally occurred in high-latitude seasonally-frozen regions of northwest China and northeast China, which has seriously affected the tunnel structure and operation safety. Taking several railway tunnels in northwest China as an example, this paper investigates the cause and main influencing factors of longitudinal cracking of side wall in winter in seasonal frozen soil area by means of field test, laboratory experiment and numerical simulation. Research conclusions:(1) When the water content of surrounding rock of tunnel built in strongly-weathered sandstone is 12.3% and the frozen depth of surrounding rock is up to 60 cm, the maximum tensile stress of side walls is 2.28 MPa, which is larger than the ultimate tensile strength of C30 concrete, then the horizontal lining cracking will appear on side walls under the effect of continuous negative temperature in winter. If the lining bears part of the surrounding rock load, the longitudinal cracking degree of the side wall will increase. (2) Under the effect of frost heaving loads, the cracking of tunnel lining has its own characteristics of symmetry, seasonality and accumulation, etc. The cracks appear in winter and distribute in the middle of side walls. As the temperature is rising, the crack begins to shrink. (3) The frozen circle thickness and water content of surrounding rock should be used as main indicators during the process of calculation of frost heaving loads of surrounding rock in seasonally-frozen regions. (4) The research results can be used for reference in tunnel design, operation and maintenance in seasonal frozen soil area. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

改良粗颗粒填料在寒区高速铁路路基中的应用研究

高速铁路路基填料选用传统意义上平均冻胀率η≤1%且级配良好的非冻胀填料,目前高速铁路路基在寒季产生的实际冻胀量已超过规范规定15 mm的要求。针对寒区高速铁路路基冻胀问题,从填料改良方面开展研究,针对路基产生冻胀的主要位置,选取级配碎石为对象,以水泥、石灰、粉煤灰作为掺和料进行改良。通过室内试验,分析加入无机材料后填料渗透性和冻胀性的变化,对比加入3种掺和料的填料冻胀率,选取一种改良效果最为理想的材料,作为寒区高速铁路路基改良材料。研究结果表明:水泥、石灰以及粉煤灰的加入大幅度减少了水分从路基表面向基床内部的渗透,其中粉煤灰吸水能力较强,因此产生了较大的冻胀量,不适宜作为改良材料;水泥改良填料冻结时水分迁移量减少,冻胀量最小,说明相对石灰和粉煤灰,水泥最适合加入到级配碎石中,减小路基冻胀量。     

多年冻土区路基的结构设计分析

研究目的:本文从分析冻土区路基表层的冻胀特征和底层的融沉特征入手,提出路基结构设计中冻土区路基表层的防冻胀措施以及低含冰量冻土和高含冰量冻土路基的防热融措施。研究结论:认为按地质和地温条件处理冻土,保持多年冻土上限不下降后,路基结构按“封闭系统”冻结条件进行设计,表层冻融层内用不冻胀的粗粒料填筑,其它部分按常规路基设计,即可满足多年冻土区路基结构功能的要求。     

基于灰色关联优势分析冻胀融沉影响因素研究

为研究含水率、干密度、冷端温度、荷载对冻胀融沉特性影响的程度，建立灰色关联分析模型，对南京地区浅表层淤泥质粘土冻胀融沉试验数据进行计算，分析了各种因素对冻胀系数、融沉系数影响程度。结果表明:影响冻胀系数、融沉系数依次都为含水率、冷端温度、干密度、荷载，证明采用灰色关联分析影响冻胀、融沉因素的显著程度是准确可行的， 是一种很好的分析方法。     

寒区硬岩隧道冻胀力的量值及分布规律

根据寒区硬岩隧道冻胀力产生的机理,推导冻胀力的计算公式,并以此得出冻胀力的分布规律服从正态分布。采用半公式半经验的方法,即“等效弹性当量系数法”计算出冻胀力的量值。衬砌结构所受的冻胀力是由衬砌结构与围岩之间积存的水体冻胀引起的,其方向始终垂直于衬砌结构。积存的水体深度主要取决于施工因素,可近似为毛洞超挖的高度。冻胀力的大小与衬砌结构和冰的弹性当量系数的平均值、围岩的弹性抗力系数的平均值、水的冻胀率和积存水体的深度等有关,其量值随围岩级别的不同而有所差异,通常情况下冻胀力取0.9~1.43 MPa;而对冬季地下水仍很丰富的地区,其冻胀力取为0.92~2.31 MPa。当其它因素一定时,冻胀力随衬砌结构弹性当量系数的增大而增大,说明衬砌结构刚度的增加对抑制冻害不利,因此衬砌结构宜柔不宜刚。     

寒区高速公路路基填料冻胀特性的试验装置及方法

共和至玉树高速是我国在青藏高原多年冻土区修筑的第一条高速公路,建成后对于维护边疆地区的稳定和促进藏区的发展具有重要的意义。提高冻土区路基的稳定性是保证公路良好运营的最基本条件,以共玉高速公路多年冻土区路基填料为研究对象,通过现场调查和室内试验相结合的方法,根据填料冻胀特性要求,按照粒径大小确定出了路基填料的分类标准;总结出了适用于多年冻土区路基填料冻胀特性的试验方法;确定了最适宜的粗细填料冻胀特性试样高度;根据得出的路基填料冻胀试验的最小的试样几何尺寸数据,设计并试制出了用于测试路基细、粗填料冻胀试验制备试样的两类试模,同时在试验中引入压实度的因素使试验与实际更为吻合,解决了现阶段无法解决的冻土区填料冻胀试验的难题,为以后开展路基填料冻胀特性试验研究工作提供了依据。     

某铁路隧道底部结构隆起病害成因分析及治理对策探讨

西南地区YD隧道长约7 850 m,设计时速200 km,系双块式无砟轨道;建成通车后,K108+600~K109+350等区段底部结构出现不同程度的隆起,引起无砟轨道板开裂、破坏,致使轨道几何尺寸处于不稳定状态,影响列车正常运营。该隧道病害段穿越地层为薄至中厚中风化泥岩、砂岩缓倾互层围岩体,地应力测试表明该段存在与隧道轴线近似垂直的水平高地应力。通过采用现场调查测试、理论分析和数值计算等手段,分析总结认为该隧道底部结构隆起的主要成因是:1)以水平构造应力为主导的极高地应力作用于隧底下伏薄至中厚缓倾互层围岩体;2)仰拱参数不满足工程所处的地质环境。在锚索加固治理方案实施后,YD隧道的底部结构隆起依然没有稳定,在分析其原因、经验、教训的基础上提出治理及今后遇到类似工程的方向性建议:1)在缓倾互层围岩体环境中且埋深50~300 m的隧道工程中,应特别重视底部结构的针对性设计,恰当选择仰拱的矢跨比和刚度;2)锚索必然的松动、滑移特征决定了其不能作为隧底结构隆起病害整治的单独和主要技术手段,以低预应力锚杆锚固、至少是"刚柔相济"的方式应被重视。     

大连华昌变电站电缆隧道的套衬加固设计与施工

大连华昌变电站电缆隧道出现了严重的底鼓、衬砌裂缝等病害,采用现场测量、钻芯取样等方法对隧道的病害情况进行全面检测,并对病害产生的原因进行分析,认为病害是由地下水作用、原支护结构强度不足和施工质量差等因素综合引起的,决定采用电缆临时移位、底板钻孔注浆后凿除、加设钢筋混凝土内衬的整治方案。目前该工程已竣工,隧道结构稳定,电缆运行正常,取得了较好的整治效果。实践证明： 大连华昌变电站电缆隧道的病害整治方案是可行的。     

兰新铁路冻害原因分析及整治措施

分析兰新铁路冻害的原因,提出了兰新铁路冻害分为道床冻害和路基冻害,道床冻害是由于外界黄土进入道床及翻浆冒泥而产生。通过室内试验数据,说明路基土的土质、含水率及温度是路基冻害的主要原因。阐述了兰新铁路冻害整治的思路及措施。     

青藏铁路多年冻土隧道隔热保温研究

从冻土隧道冻害产生的基本因素、冻融圈的变化规律分析,提出青藏铁路多年冻土隧道隔热保温的设计思路及“防水板+隔热保温层+防水保护层”的隔热保温结构形式,并结合围岩温度变化进行现场测试,分析得出围岩地温在逐渐回冻,从而验证了隔热保温设计的合理性,其设计方法及思路可为以后相关类似工程的设计提供参考。