重载铁路隧洞病害机制及优化技术研究

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1、重载铁路隧洞病害机制及优化技术研究1绪论1.1重载铁路发展重载铁路（heavyhaulrail，长度15m，列车通过时中心水沟及侧沟有抽吸现象，线路下沉15mm，像这样的突发事故最近在全国隧道内已多次发生，严重影响行车速度和安全。兰州铁路局天兰线的松树弯隧道运营期间发现洞身渗漏水较严重，仰拱多处裂损下沉，在仰拱和边墙衔接处有纵横向裂缝，中心水沟破坏下沉，水渗入仰拱底部，造成基底泥化，失去承载能力。此外，如京广线南岭隧道，神朔线霍家梁隧道，朔黄线水泉湾隧道等都是隧道病害的典型实例，通过搜集相关资料对隧道基底结构病害典型实例进行了归纳分类，具体结果如表1.2。2重

2、载铁路隧道病害调查与分析2.1现场调研为掌握朔黄铁路全线隧道服役状态，通过收集查阅资料、技术交流、现场勘察等相结合，对朔黄铁路隧道病害进行记录分类，现场调研有以下方式。查阅朔黄铁路隧道前期相关的勘探、设计、施工、竣工等资料，掌握朔黄铁路各隧道工程概况、水文地质、结构型式等状况。朔黄铁路全线共有77座隧道，总长66338.22双延米，占线路总长的11.3%。沿线隧道集中分布在神池南至回风、南湾至温塘两段。前段线路走行在山西省神池、宁武和原平县境内，横穿恒山、云中山，线路100km，隧道32座，共长28.7km，占线路全长的28.7%，全线最长的长梁山隧道（127

3、80m）就在其中；后段线路走行于滹沱河峡谷，经山西省五台县、盂县至河北省平山县温塘，线路长92.6km，隧道45座，长37.6km，占线路全长的40.6%，全线第二长隧道寺铺尖隧道（6407m）位于该区段内。全线长3000m以上的隧道有4座，共长27409.5m，占全线隧道总长度的41.3%，长度在500m至3000m之间的中长隧道25座，共长27946m，占全线隧道长度的42.2%；长度500m及以下的短隧道48座，共长10983.12m，占全线隧道总长度的16.5%，如表2.1。2.2病害类型通过现场调查，发现部分隧道内混凝土衬砌均存在不同程度的裂损、基底

4、下沉及翻浆冒泥、渗漏水、材料劣化，地下水导致的衬砌腐蚀、冻胀开裂及基底翻浆冒泥等病害现象较为严重，衬砌、基底仰拱均有不同程度的开裂，有纵向、斜向、环向、十字形开裂及剥落掉块，并且个别地段有不同程度的渗漏水，如表2.2。渗漏水是朔黄铁路隧道主要病害之一，由此导致的衬砌腐蚀、冻胀开裂以及基底翻浆冒泥等现象较为严重，如图2.1，渗漏水的表现形式有：股状涌水、滴水和渗水，排水不畅处有积水，特点是位置大多固定，常年出水，水量随季节和降雨量变化，其中部分隧道地下水常年外渗，对衬砌危害较大，严重地段在冬季存在壁面结冰、接触网挂冰现象，对衬砌结构产生冻害损伤，在东风、西黄泥等

5、隧道表现尤为明显，全线总计59座隧道有渗漏水，约占总隧道的76.6%。全线77座隧道衬砌均有不同程度的开裂，如图2.2，由分布局部松散压力引起的拱腰斜向开裂、施工导致的不规则施工缝开裂、松散压力引起的衬砌纵向开裂、形变压力引起的纵向张拉裂缝、仰坡推力及分界面引起的洞口裂缝、松散冲击荷载引起的十字形交叉裂缝、基底围岩弱化引起的边墙开裂、偏压引起的开裂，对隧道衬砌结构危害较大，由此导致的拱顶掉块时有发生，约占总隧道的89.6%，如长梁山、沿长会二号、东风、张家坪、西黄泥等隧道在拱顶、拱腰、边墙等位置均有不同程度的纵向裂缝，其中，2005年8月长梁山隧道K24+87

6、3~K24+895有几处拱顶裂损严重，成纵环形分布，裂缝最大约7cm，工务部门将裂缝处的混凝土撬下4块（大的1块：长2m宽1.1厚0.2m；小的3块：长0.5m宽0.6m厚0.15m），并发现Φ22钢筋裂开；西黄泥隧道上行K213+500~K213+530处纵向裂缝宽1~5mm，下行K213+500至K213+530处纵向裂缝宽1~3mm，隧道有环向贯通裂缝，纵向裂缝最长达7m，隧道衬砌结构变形较大。3重载铁路隧道衬砌开裂机理与扩展规律分析........223.1衬砌裂缝的分类方法.......223.1.1按裂缝方向分类....223.1.2按裂缝

7、产生原因分类........223.1.3按受力变形形态分类........233.2朔黄铁路隧道衬砌裂缝分类.......243.3衬砌裂缝机理分析.....293.3.1理论分析....293.3.2扩展规律....303.4本章小结....324重载铁路隧道基底病害机理与受力特性....344.1基底病害类型及成因分析.....344.2基底受力分析......354.3基底动荷载特征与疲劳破坏分析......384.4本章小结.........645重载铁路隧道病害整治技术研究....655.1衬砌病害整治技术.....655.1.1衬砌渗漏水整治技术

8、........655.1.2衬砌开裂