既有隧道

既有隧道（精选十篇）

既有隧道 篇1

关键词：隧道,爆破,间距,振速分析

随着我国铁路及地铁工程的大量建设, 在新建隧道与既有隧道间距较小的情况下进行爆破开挖, 产生的爆破地震波会危及隧道衬砌结构的安全和稳定[1]。因此, 研究隧道爆破开挖对既有隧道衬砌结构的稳定性影响具有重要的理论意义和工程实用价值。运用MIDAS/GTS软件进行二维数值模拟分析隧道爆破开挖对既有隧道衬砌的影响, 讨论了不同间距新建隧道爆破施工对既有隧道衬砌振速的影响。主要分析了Ⅳ级围岩隧道爆破开挖对既有隧道衬砌迎爆侧振速的影响;Ⅳ级围岩隧道埋深不变不同间距情况下隧道爆破开挖对既有隧道衬砌迎爆侧振速的影响。

1 建立计算模型

计算采用迈达斯公司开发的岩土工程专用分析软件MIDAS/GTS (Geotechnical and Tunnel analysis System) 。MIDAS/GTS是将通用的有限元分析内核与土木结构的专业性要求有机地结合而开发的岩土与隧道结构有限元分析软件。MIDAS/GTS可以对复杂的集合模型进行可视化的直观建模;另外, MIDAS/GTS独特的Multi-Frontal求解器能为我们提供最快的运算速度, 这也是其强大的功能之一。计算模型采用MIDAS/GTS提供的瞬态特征值及时程分析对既有隧道进行动力分析。

1.1 计算参数

在爆破荷载作用下, 混凝土的极限强度和弹性模量将会与静载情况有所不同。岩石和混凝土结构对动荷载与对静荷载的反应也是有差别的, 岩石抵抗动荷载的动强度与静强度是完全不同的, 动强度为静强度的几倍。在动荷载作用下, 软岩的动抗压强度和动弹性模量将是静载时相应值的十多倍。

围岩和隧道衬砌结构的动强度与静强度有较大的差别, 主要原因是动荷载的瞬时性, 即荷载在短时间内在结构体上产生和衰减。表1和表2的围岩和衬砌修正后的力学参数是根据王思敬等[2]拟合出的动弹性模量 (Ed) 和静弹性模量 (Es) 的经验关系Ed=8.7577Eundefined以及戴俊[3]的观点, 在工程爆破的加载频率范围内, 动泊松比 (μd) 与静泊松比 (μs) 的经验关系μd=0.8μs, 同时参考众多学者在动力分析中所用材料的动力参数, 对围岩的强度进行了适度的提高。

1.2 计算模型

某Ⅳ级围岩既有隧道为直墙式无仰拱形式, 道洞高5.70m, 宽3.50m;新建隧道为曲墙式有仰拱结构形式, 道洞高9.77m, 宽8.1m。模型主要考虑隧道埋深为38m, 新建隧道宽度在8m左右, 当隧道间距大于3D以后爆破对既有隧道的影响就比较小了[4]。模型单元采用平面四节点四边形等参单元, 既有隧道和新建隧道都按实际尺寸建模。隧道间距分别为5m、10m、15m、20m、25m、30m6种情况的计算模型如图1所示。

2 振速分析结果

分析中考虑了材料的弹塑性本构关系, 采用Mohr-Coulomb屈服准则及其关联流动法则, 采用Newmark隐式时间积分法求解[5]。为了保证Newmark隐式时间积分结果的精度, 要求积分时间步长满足下式:

undefined (1)

式中:Tmax——体系的最大自振周期, 即第一自振周期。

分析中, 取时间积分步长为Δt=0.001s, 时程步数为N=1400, 这样总积分时间T=1.4s。

由图2可以看出, 振速最大值出现在0.407s时刻, 而爆破荷载的最大值在0.405s时刻, 振速最大值比荷载最大值有0.002s的延迟;0.002s的延迟主要是爆破荷载产生的冲击波在围岩中传播的时间。

图3中横坐标1、2、3、4、5、6分别代表既有隧道迎爆侧衬砌的拱顶、拱腰、拱脚、墙腰、墙脚各点。由

图3可以看出, 既有隧道衬砌的振动速度随着隧道间距的增大而减小, 当间距小于15m时, 振动速度随间距的变化比较大;间距大于15m时, 振动速度随间距的变化比较小。因此, 当隧道间距比较大时, 衬砌振动对距离的敏感度减低, 即隧道间距增大振速增大速率比较小;而隧道间距比较小时, 衬砌振动对间距变化的敏感度很高, 即隧道间距振速增大速率比较大。

由表3可看出, 拱圈和墙脚的振速相对边墙中上部位小得多, 随着隧道间距的变大, 振动速度变化不大, 说明这两部位相对来说受爆破振动影响较小。

3 小结

两平行隧道在隧道埋深不变的情况下隧道间距变化对既有隧道衬砌的影响是不同的。既有隧道衬砌的不同部位对间距变化的敏感度也不同。间距大小变化对隧道衬砌内外侧边缘应力大小变化影响也是不同的。

1) 新建隧道爆破开挖产生的振动对既有隧道衬砌迎爆侧的边墙的墙顶和墙腰之间部位影响最大。

2) 既有隧道衬砌的振动速度随着隧道间距的增大而减小, 当间距小于15m时, 振动速度随间距的变化比较大;而大于15m时, 振动速度随间距的变化比较小。所以, 当隧道间距比较大时, 衬砌振动对距离的敏感度减低, 即隧道间距增大振速增大速率比较小;而隧道间距比较小时, 衬砌振动对间距变化的敏感度很高, 即隧道间距振速增大速率比较大。

参考文献

[1]佟铮, 马万珍.爆破与爆炸技术[M].北京:中国人民大学出版社, 2001.

[2]王思敬, 吴志勇, 董万里, 等.水电工程岩体的弹性波测试[M].北京:科学出版社, 1980:229-253.

[3]戴俊.岩石动力学特性与爆破理论[M].北京:冶金工业出版社, 2002:147-149.

[4]张守中.爆炸基本原理[M].北京:国防工业出版社, 1988.

既有隧道 篇2

通过南京龙蟠路明挖隧道近距离上跨南京地铁盾构隧道的`施工实例,论述了在既有隧道上方修建明挖隧道的施工方法及措施.该技术有效控制了盾构隧道上浮等潜在危险源,确保了施工安全,为以后类似工程实施提供借鉴参考.

作 者：赵炜 Zhao Wei  作者单位：中铁隧道股份有限公司,河南,新乡,453000 刊 名：市政技术 英文刊名：MUNICIPAL ENGINEERING TECHNOLOGY 年，卷(期)： 27(3) 分类号：U455.49 关键词：明挖隧道   盾构隧道   近距离施工   隆起   上浮   抽条开挖  

既有隧道 篇3

关键词：盾构隧道；地表沉降；垂直建造

一、盾构隧道的定义及其内涵

盾构法作为暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，是指盾构机在地下掘进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制钢筋混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构法施工的复杂性非常强，其作业水平直接决定了其对周围环境的影响程度。因而，在准确把握盾构施工的主要因素的前提下进行理论分析，才能使得到的结果更符合实际情况。

二、盾构隧道的优点和缺点

（一）盾构隧道的优点

1、挖掘的速度快，安全性高。

2、建筑隧道全程基本上可以实现自动化作业，降低了工人的劳动强度，减轻了工作压力。

3、不会对交通设施和地下管线造成影响。

4、隧道在河流中建造时不会阻碍航运工作，没有施工噪音，不会受到气候条件影响。

5、使施工过程更加经济化，技术更加先进化。

（二）盾构隧道的缺点

1、每一条隧道都是结合了符合相关条件的信息制造的，因而具有很强的针对性，不能直接用于其他隧道的建设，需要进行改造。机器本身造价昂贵，施工成本高。

2、一旦出现隧道曲率半径过小或隧道顶覆土太浅的情况就无法按照原有的方案施工。

3、在含水量较大的地质条件下施工，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水技术要求较高。

4、在水底施工时，如果出现覆土太浅的情况，容易造成安全隐患。

5、采用全气压法疏干和稳定地层时，因施工条件较差，需要花费较大的成本来进行劳动保护。

三、建筑模型的模拟计算

国际社会对关于建造盾构隧道造成周围地质环境破坏的相关课题的研究已取得了很大发展。近年来，新建盾构隧道下穿既有隧道已经引起了各方关注，并成为对相关项目研究的主要内容。然而目前对该课题的研究主要集中在地面下沉的方面，但是，关于新建隧道下穿既有隧道的研究大多是从位移沉降角度进行分析，缺乏对隧道衬砌内力的探索。为了说明此观点，这里列举了某新建盾构隧道模拟垂直下穿某城市地铁隧道的事例，通过使用有限元数值模拟技术，进一步阐明了新建盾构隧道垂直下穿既有隧道时，对周围土层变化产生影响的规律。

（一）建立几何模型

保证计算结果的准确性离不开模型的模拟计算，其中，几何模型的建立是模拟计算的前提和基础。笔者在研究过程中，结合了土层变化、衬砌性质、盾构机器施工方式等因素，建立了比较符合实际情况的几何模型。

整体模型高100m，长120m.宽90 m，如图所示。越江隧道的轴线沿Y方向，地铁隧道沿X负方向掘进。模型共43920个单位，43484个节点。如下图1所示。

图1 几何模型构建示意图

（二）选择各项单元和参数

在实际作业中，盾构机壳体存在着很大的刚度，盾构壳由于其刚度较大，结合线性弹性本构关系，参考钢结构来决定其弹性模量和泊松比的取值范围。采用盾尾注浆的方法可以使被干扰破坏的土层更加稳固，其材料要大于土的特性值，小于水泥土的特性值。纵向螺栓与横向螺栓将管片接连起来就形成了隧道的衬砌，一般情况下，使用错缝拼装的方式可以实现衬砌的整体性的目的。以上这些情况容易造成混凝土的实际刚度大于衬砌的刚度，使得纵向和横向的刚度不一致。为了避免这些情况的出现，模型的衬砌使用线性弹性本构关系的原理制定。具体参数设定参考下表1：

（三）模拟施工过程

未受到任何干扰破坏的土层具有原始的应力状态；开始最初的挖掘隧道的工程后，土层受到改变，土层的应力就会重新分布，越江隧道开挖后，地层受到扰动，引起土体应力重新分布，土层的应力状态就变为了二次应力状态；而新建隧道的动工又再一次改变了土层，应力状态再次改变。所以，施工过程的模拟需要针对以上几种情况来逐步进行。详情如下图2及图3所示：

图2

图3

（四）研究分析计算结果

新建盾构隧道对既有隧道的影响突出表现在位于盾构隧道正上方的地铁隧道截面，也就是建筑计算模型中新建盾构隧道轴向的对称面。新建盾构隧道对既有隧道的影响程度是由在对称面上产生的内力变化、横向位移、最大沉降所反映出来的。施工所要关注的重点也要包括地铁隧道纵向、横向差异的沉降。因而要结合既有隧道在对称面上的节点和新建盾构隧道在纵向的外边缘点来进行计算结果的分析。

具体方法可研究下图4：

图4 隧道应力与位移随开挖过程的变化曲线

（五）分析影响范围

新建盾构隧道的工程项目对既有隧道的沉降、侧移等方面的影响是必然的。但这些影响并不是广泛的存在于所有地方，由于这项技术本身的特性，在一些部分只存在着极小的影响，也可以通过对技术的改良、操作水平的提升，让这些影响不复存在，实际上，随着建筑工程的不断推进，这些影响也会慢慢消失。

从模拟施工过程的环节可以看出，盾构机在刚开始工作时，几乎不会对既有隧道的侧移、沉降等方面造成影响；在进一步的挖掘后，对既有隧道的侧移、沉降完全没有造成任何影响。这个观察结果更进一步的证实了以上观点。

（六）研究的结论

1、新建盾构隧道对既有隧道造成侧移和沉降的影响都体现在对称面处。通过对计算结果的研究可以得出这样的结论：新建盾构隧道对既有隧道造成的下沉影響较大，侧移影响较小。

2、新建盾构隧道对既有隧道的影响程度是由盾构机施工进度决定的。

3、随着既有隧道所受到的压力和应力不断增加，可能会造成隧道表面的破裂和渗水情况，设计人员和施工人员需要特别关注这个问题。

4、新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响不存在普遍性，影响范围是有限的。

结束语

结合以上研究成果来看，尽管新建盾构隧道垂直下穿会对既有隧道和土层造成一定程度的影响，但并不存在于所有环节，其影响只针对部分环节，影响程度也是可以随着技术的不断改良而逐渐降低的，因而总体上并不会阻碍到整个建筑工程的完成。只要各环节的工作人员具备高超的专业水平和职业素养，按照合理的流程作业，同时高度重视前文中提到的一些问题，灵活地处理好各种突发状况，一定可以保障整个工程的顺利进行。随着更多高质量的、先进的隧道工程顺利完工，我国的交通行业一定会更迅速地发展。

参考文献：

[1]张海彦，何平，秦东平等.新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响[J].中国铁道科学，2013，34（2）

[2]李鹏，杜守继，刘艳滨.地铁盾构隧道穿越大直径越江隧道的影响分析[A].2011全国青年岩石力学与工程学术大会论文集[C].2011.

[3]张海彦，何平，胡友刚等.盾构隧道穿越既有混凝土桥梁结构的风险控制指标[J].中国铁道科学，2014，35（3）

既有隧道 篇4

1 工程地质概况

根据地勘资料可知:既有铁路隧道穿越土层以(3)1层粘土和(3)2层粉质粘土,局部略夹薄层粉土为主;既有铁路隧道与新建盾构隧道之间土层以(3)3层粉土夹粉质粘土为主,为弱透水层;新建盾构隧道以(3)3层粉土夹粉质粘土和(6)1层粉质粘土为主,(3)3粉土夹粉质粘土为弱透水层,(6)1层粉质粘土为微透水层。

2 计算模型尺寸及参数

2.1 计算模型尺寸

基于Ansys数值软件建立3维模型模拟盾构穿越既有铁路隧道(见图1),对其变位和受力进行分析。模型尺寸:横向×纵向×深度=60 m×60 m×51.5 m,隧道内径6 m,外径6.7 m,管片厚0.35 m,灌浆层厚0.15 m,管片宽度1.2 m,弹性模量34.5 GPa;盾构外径7 m,上下两隧道正交通过,下隧道覆土厚18 m,上隧道覆土厚度7.5 m,既有隧道和在建隧道净距3.5 m。

2.2 计算模型参数

本文中所有地层参数均采用Ansys软件中提供的D-P模型,地层的基本参数如表1所示:

3 数值模拟研究

3.1 推力影响分析

盾构机开挖面距既有隧道水平距离12 m,灌浆压力为0.30 MPa,掌子面推力分别为0.30MPa,0.35 MPa,0.40 MPa,对已有隧道的变形影响见图2。可以看出,在建隧道盾构施工会引起前方既有隧道的沉隆变形和纵向与水平位移,并随着推力的增大变形明显增大。

3.2 注浆压力影响分析

掌子面推力采用0.30 MPa,探讨灌浆压力分别为0.15 MPa,0.25 MPa,0.30 MPa,对已有隧道的变形影响见图3、图4。

计算结果表明,在建隧道的注浆压力对已建隧道的沉隆变形影响非常大,注浆压力越大,在建隧道隆起变形越大。施工时应加强现场监测,根据已建隧道及周边变形,通过调整注浆压力大小来控制既有隧道的挠度变形。

从计算结果看,在建隧道的注浆压力对已建隧道的纵向水平变形的影响比较小,引起已建隧道的纵向水平偏移的主要因素是掌子面推力。

3.3 工况影响分析

对盾构到达既有隧道前、到达时、通过后对既有隧道变形的影响进行比较,所采用灌浆压力0.30MPa,掌子面推力为0.30 MPa。结果见图5、图6。

可以看出,盾构到达前会造成前方隧道的隆起,随着盾构的前移又逐渐下沉。

结果显示,盾构施工会引起既有隧道向盾构前进方向偏移,并且在盾构到达时其变位达到最大值,这主要受盾构机前行推力的影响,实际施工时当盾构机接近既有隧道时应适当减小推力、减缓推进速度,同时加强对既有隧道、地表变形和受力状态的监控检测,确保施工顺利进行。

3.4 隧道间距影响分析

地质条件情况同上,两隧道正交,既有隧道与新建隧道的间距分别为2 m,3.5 m,5 m和6.5 m,两隧道空间位置图见图7。

比较工况:开挖面在既有隧道正下方,灌浆压力0.30 MPa,掌子面推力为0.30 MPa。

图8至图11为既有隧道竖向位移云图,图12为不同间距时既有隧道最大竖向位移比较图。在图中可以看出随着隧道间距的不断增大,既有隧道的最大竖向变形值不断减小,隧道间距与既有隧道竖向变形之间的关系可以用式(1)表示:

式中:s为既有隧道最大竖向变形值,d为两正交隧道间距。

图13为不同间距时既有隧道的弯矩分布图。实线所示为既有隧道下无新建隧道时的弯矩分布形式。从图中可知,新建隧道的修建使得既有隧道的弯矩有较大程度的增加,随着间距的不断增大,弯矩的增加量也逐渐减小,当间距达到6.5 m时,最大弯矩的增加量仅为20%(50 k N·m增加60 k N·m)左右,而当间距为2 m时,弯矩增加近3倍(50 k N·m增加148 k N·m)。

以上计算结果表明,当两隧道正交分布时,一定要设置合理的间距,否则会造成既有隧道因变形或内力超过其初始设计值而发生工程安全事故,如遇城市地下空间狭小等问题,不能设置安全间距时,则应考虑适当加固两隧道间的土体,增加其刚度,减少隧道间的应力传递。

4 结论

(1)隧道施工中会造成既有隧道向盾构前进方向偏移,在建隧道与既有隧道间距越小,引起的纵向变形越大。在横向,随着距离的增加,既有管道的竖向变位迅速减小,至在建隧道轴线30 m以外,不同间距的隧道施工引起的变形逐渐趋于一致。

(2)新建隧道和既有隧道间距与既有隧道的竖向变形之间存在线性关系;当间距为6.5 m时,既有隧道弯矩增加20%,而间距为2 m时弯矩增加3倍。

(3)注浆压力越大,既有隧道上方地面的隆起可能就越大。

摘要：以无锡地铁某盾构隧道区间穿越既有铁路隧道为工程实例,基于Ansys数值软件建立3维力学模型,从盾构隧道施工过程中的盾构推力、注浆压力、施工工况、相邻隧道间距4个方面对盾构隧道施工引起的既有铁路隧道的结构变形和受力规律进行了数值模拟,并分析了既有隧道变形的机理和影响因素。

关键词：地铁,盾构隧道,既有隧道,数值模拟,结构变形

参考文献

[1]钱双彬,董军,陈方权,等.既有隧道受邻近盾构施工作用的变形行为研究[J].建筑技术,2009,40(1):78-81.

[2]汪洋,何川,曾东洋,等.盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟[J].铁道学报,2010,32(2):79-85.

[3]姚捷,杨光华,张玉成,等.相邻线路盾构施工对既有隧道的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(2):3945-3951.

[4]李喆，张子新.相邻隧道施工对上海地铁二号线的影响分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(1):5125-5129.

[5]赵旭峰,王春苗,孙景林,等.盾构近接隧道施工力学行为分析[J].岩土力学,2007,28(2):409-415.

[6]孙钧,刘洪洲.交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模拟[J].同济大学学报,2002,30(4):379-385.

既有隧道 篇5

关键词：铁路既有线隧道病害整治技术

中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)006-063一01

1引言

由于受当时技术水平的限制，我国的许多铁路既有线隧道在使用后出现了种种病害，譬如隧道漏水、隧道衬砌腐蚀、隧道洞门损坏等等，有些线路出现问题后由于及时妥善处理，使得病害得到了有效控制，但是有些尚未整治的路段严重危及行车交通安全，有的甚至给国家和人民的生命财产带来了很大损害。因此，铁路既有线隧道病害的整治已势在必行。

2铁路既有线隧道存在的病害类型

铁路既有线隧道存在的病害类型概括起来主要有隧道漏水、衬砌腐蚀裂损以及隧道洞门损坏几种，下面我们分别来分析。

2.1隧道漏水

隧道漏水作为既有线隧道的病害之一，使得洞内的养路条件恶化，严重缩短铁路的寿命。尤其是在寒冷地区，隧道漏水容易造成墙体结冰，隧道拱部挂冰，严重影响行车的安全。同时隧道漏水，洞内结冰，可能会造成洞内线路冻胀甚至冻裂，阻碍交通，而且隧道漏水会带来经济上的损失，因为在日常维修中，冬季刨冰等工作也增加了养护维修工作量。

2.2衬砌腐蚀裂损

衬砌腐蚀裂损不但降低了衬砌的承载能力，缩短了隧道的寿命，而且会使得隧道衬砌外鼓，从而影响大货列车的安全通行。更有甚者，衬砌成块往下掉，在拱顶形成漏洞，围岩外露，严重危及了养护人员的生命安全和行车安全。

2.3隧道洞门损坏

隧道洞门损坏会严重影响行车的安全。尤其是在雨季仰坡或边坡容易产生坍塌、滑石、渗水等现象，从而导致洞门端翼墙发生裂损变形。

3铁路既有线隧道病害整治技术探析

针对上述铁路既有线隧道存在的病害类型，笔者对症下药，提出三项行之有效的铁路既有线隧道病害整治技术。

3.1隧道漏水的整治

在实施具体的隧道漏水整治技术前，施工单位应先组织专业人员进行周密细致的调查，搞清楚隧道漏水与具体的水流的来源有关还是因为现有的排水设备不够完善，找出隧道漏水的具体原因，然后根据隧道的实际情况具体问题具体分析，坚持“截水、排水、堵水”三位一体的原则。截水是指在隧道洞外采取相关措施，把流向隧道的水源拦截住。排水是指利用相关的排水设备把拦截在隧道内的水源想方设法排出去。堵水是利用各种技术，例如衬砌圬工内压浆、喷浆、喷混凝土等在隧道内对衬砌表面可见的渗漏处所封堵引排。

3.2隧道衬砌腐蚀的整治

隧道衬砌腐蚀作为铁路既有线隧道的主要病害之一，在不同的适用条件下有不同的整治方法，所以，我们必须做到具体问题具体分析。在洞内缺少排水沟或排水沟损坏的情况下，我们可以采用改善隧道排水设备，增建或改建洞内排水沟的方法来预防隧道衬砌腐蚀；针对原隧道衬砌背后地下水位较高，大面积渗漏腐蚀需要排堵结合整治漏水腐蚀病害这一问题，我们需要采用钻孔降排衬砌背后地下水的方法；针对衬砌无裂损，混凝土衬砌大面积渗漏水这一病害，我们要及时采取喷射防水防侵砂浆或喷涂阳离子乳化沥青胶乳的方法来整治隧道衬砌腐蚀。

3.3隧道衬砌裂损的整治

由于种种原因，譬如地层的压力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用或者施工技术的不完善使得隧道衬砌结构物容易产生裂损，从而影响隧道的正常适用，因此，我们必须及时有效的做到隧道衬砌裂损的整治。例如可以采用压浆的方法填充衬砌后空隙，约束其变形，固结稳定衬砌背后松散围岩，填充衬砌裂缝孔隙：用改建加深(或新设)侧沟、更换铺底的方法来解决泥质基岩隧道基床排水不良，铺底混凝土破损等问题i对于拱圈衬砌严重裂损变形，断面大部分侵入隧道建筑限界这一病害可以采用换拱的方法来解决。

3.4隧道洞门损坏的整治

隧道洞门设计不恰当或施工质量不完善，容易造成隧道洞门的破损，从而影响隧道的使用和交通的正常运行，我们采取行之有效的整治技术，避免种种危害交通安全的现象发生。针对端墙前倾，洞口段衬砌拱墙环向裂开这一问题，我们可以采取清除坍滑土体更换墙后冻胀土，并加强排水的整治技术来解决；对于端墙及洞口段衬砌纵裂这一病害，我们可以及时的采取加固地基，封闭基面，防止地表水下渗，网喷加固裂损衬砌的方法来解决；对崩坍落石现象我们可以采取修建支挡墙或喷锚加固围岩，接长明洞防护的办法来整治。总之，对于隧道洞门损坏的种种症状，我们都要做到具体问题具体分析，及时妥善的处理。

4结语

总之，铁路既有线隧道病害不只有上述几种，除此之外还有整体道床破损、隧道冻害以及附属构造物的损害等等，上面笔者只是简单的介绍了几种。针对铁路既有线病害的类型，我们要做到具体问题具体分析，运用科学的方法来整治，有效预防各种病害的发生。

参考文献：

[1]林懂明，南昆线八渡K343滑坡的工程地质条件及治理研究[J]，工程地质学报，2002

既有隧道 篇6

关键词：爆破,振动,邻近隧道,动应变,振速

随着我国铁路建设事业的不断发展, 单线铁路早已不能满足需要, 因此, 越来越多的新建复线工程将投入建设。由于受地形地质条件、交通运输等因素的限制 , 新建隧道与既有隧道之间设计距离较近, 这样, 采用爆破施工对既有隧道的影响不可忽视。由于爆破振动的影响, 新建隧道在施工过程中对既有隧道的结构破坏、影响运营安全的情况时有发生, 同时也妨碍了新建隧道的安全施工, 因此对新建隧道对邻近既有隧道安全施工技术进行研究显得非常重要。

结合吐库二线新库鲁塔格隧道的施工实际, 介绍了爆破振动动应变测试试验方案和测量方法, 并以实测动应变数据为基础, 研究隧道内动应变与爆破振动速度的关系, 对新建隧道对邻近既有隧道的影响进行研究。

1 工程概况

新库鲁塔格隧道是南疆铁路吐—库增建二线全线控制性工程, 全长3132m, 距离库尔勒车站14km, 位于既有隧道右侧, 线间距仅22m。地形起伏不大, 为低中山, 山体平均高程1250～1300m, 相对高差约200m。地表风化剥蚀严重, 山体多呈低山秃岭状, 基岩破碎裸露, 无植物生长。按现行《铁路隧道设计规范》[1]围岩划分标准, 测试段围岩级别属Ⅲ级。

该工程测试段采用全断面法进行爆破开挖, 爆破施工参数见表1。

2 测试方法与结果

2.1 测试方法

隧道掘进爆破试验区段岩体为Ⅲ级围岩, 完整性较好。爆破振动测点沿隧道壁迎爆侧竖向布置, 如图1所示, 沿隧道走向测试断面间隔3m。

既有隧道衬砌表面迎爆侧动应变测试, 采用DH5938动态信号测试分析系统 (6通道) 进行动应变测试, 应变片联结采用直角应变花方式, 每一通道连接一个应变片。DH5938动态信号测试分析系统包含动态信号测试系统所需的信号调理器 (应变、振动等调理器) 、直流电压放大器、低通滤波器、抗混滤波器、16位A/D转换器、以及采样控制和计算机通讯的全部硬件, 是以计算机为基础、智能化的动态信号测试分析系统。应变测量时, 输入桥路方式、应变计电阻、导线电阻、应变计灵敏度系数, 软件完成对测量结果的自动修正。输入被测试件材料的弹性模量和泊松比, 软件将完成两片直角应变花主应变的计算。

2.2 测试结果

在试验区测试点竖向布置方式共进行了6次隧道掘进爆破振动动应变测试, 采集到5组有效数据, 30幅振动波形图。图2为第3测试断面动应变波形图。

通过测试系统, 从波形图上提取出各个测试断面每个通道动应变最大值。应用所提取数据, 可作出如图3所示的图形。

从图3可以看出, 最大动应变值出现在5、6通道, 5、6通道应变片位于隧道边墙顶部位置。因此可以判断, 爆破对迎爆侧边墙顶部位置影响最大, 应重点监测, 对该位置着重分析。

各个测试断面5、6通道所在测点, 即为最不利位置, 对既有隧道的影响也是最大的, 我们可以通过分析该处所测得数据, 对整个隧道进行影响分析。该位置动应变值及其它相关参数, 见表2。

3 分析与讨论

3.1 动应变与振速关系研究

对振速与动应变建立关系, 是此次测试中的重要内容之一。

根据波动力学、参考相关文献[3], 有:

σp=ρCpV (1)

式中:σp——应力波在某点产生的法向应力;

ρ——岩体密度;通过做岩石室内试验得, ρ=2770kg/m3;

V——质点振动速度;

Cp——岩体纵波速度, 查阅《铁路隧道设计规范》取, Cp=3500m/s。

依据某点应力应变关系, 有:

σp=Eε (2)

式中:ε ——应变;

E——弹性模量, 通过现场测试, 取E=19.6GPa;

由 (1) 和 (2) 两式可得:

带入各个参数值, 根据公式 (3) , 计算出振动速度见表2。

3.2 爆破振动影响控制标准

隧道衬砌与围岩的安全与否不仅取决于隧道结构的抗震能力, 而且与震动波的强度有关。因此, 在实施爆破前, 应先评定其可能产生的振动等级, 以便将振动破坏等级控制在安全范围内。

目前, 爆破振动对建筑物的破坏程度通常以振动速度为衡量标准。按《爆破安全规程》[4]规定, 既有隧道允许的振动速度为小于10～20cm/s, 而长江水利水电研究院建议的安全爆破振动速度规定如表3[5]。

从表2的统计计算结果来看各测试断面最大振速值在7.89～15.60cm/s范围内。依据《爆破安全规程》, 振速在允许范围以内。根据当时监测, 既有隧道内部衬砌完好, 无破坏现象发生。

同时, 可以利用爆破振动监测仪等测试振速的仪器, 对所计算结果进行校核, 这样就可以进一步判断爆破的安全性。

从 (3) 式可以看出, 围岩参数确定以后, V与ε成正比。因此, 可以根据《铁路隧道设计规范》确定出不同围岩级别、不同的建筑物类型对应的围岩参数及安全允许振速范围值, 进而可以换算得出安全允许应变值。例如:交通隧道, 三级围岩, Cp=2.5～4.0km/s, ρ=23～25kN/m3安全允许振速V=10～20cm/s, 对于衬砌弹性模量E, 按照《铁路隧道设计规范》规定, 边墙采用C25混凝土, E=29.5GPa, 对既有衬砌, 由于受到一些外在因素的影响, E应适当降低, 根据实测经验, 取E=20.0 GPa, 则安全允许应变ε=100.00～28.75με。这样, 可以通过测试应变, 以应变值的大小评判爆破振动对建筑物的破坏程度。

4 结论

1) 在隧道横断面, 迎爆侧边墙顶部位置动应变、振速最大。

2) 本次测试所测动应变, 换算的振速满足控制标准的要求, 对既有线安全运营提供保障。

3) 建议采用测试动应变的数值, 来衡量新建隧道施工爆破振动对既有隧道影响。

4) 通过本次测试, 对新建隧道施工爆破振动对既有隧道影响的试验研究, 形成了一种新的方法, 为以后的相关研究可以提供借鉴。

参考文献

[1]铁道部第二勘察设计院.TB10003-2005, 铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社, 2005.

[2]穆生武.南疆线吐鲁番至库尔勒段增建二线新库鲁塔格隧道出口Ⅲ级围岩全断面爆破设计图[Z].2008.

[3]戴俊.岩石动力学特性与爆破理论[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

[4]中华人民共和国国家标准编写组.GB6722-2003, 爆破安全规程[S].北京:冶金工业出版社, 2003.

既有隧道 篇7

关键词：隧道,下穿,方案,高速铁路

新建铁路与既有铁路相交,通常以立交桥的方式通过,在隧道地段相交,无论对既有铁路还是新建铁路都将面临许多问题需要解决,尤其是被交铁路属于高速铁路时更为困难。新建宁德白马港铁路支线天池山隧道与已建成通车的杭深铁路天池山隧道即存在交叉情况,新建隧道需要下穿既有客运专线铁路隧道。本文以此为背景,研究其相关施工方案与措施,为类似工程施工提供借鉴和参考。

1工程概况

新建宁德白马港铁路支线天池山隧道为单线铁路隧道,位于福建省福安市境内,全长3 168 m,洞身段于SDK2+373.06处下穿既有杭深铁路天池山隧道(全长2 929 m)在K765+054.1呈26.27°斜交,两隧道内轨顶高差值为22.24 m,新建隧道二次衬砌拱顶外缘与既有隧道衬砌仰拱净距为12.32 m。

新建下穿隧道所经地段为Ⅲ级围岩,J3x侏罗系凝灰岩弱～微风化地层,褐灰色、紫红色,中粗粒结构,块状构造,岩质坚硬,岩体较完整,地下水不发育,弹性波速3 000 m/s以上。既有隧道,通过地层为Ⅲ级围岩,熔结凝灰岩,褐黄色、浅灰色、青灰色,弱风化,凝灰结构,块状构造,结构致密,含石英和长石晶屑,岩质较坚硬,岩体较完整,部分岩体破碎,地下水不发育。支护形式为Ⅲ级围岩复合式衬砌(有砟轨道带仰拱),下穿范围此种支护形式共64 m,两端相接分别为Ⅳ级复合和Ⅲ级复合无仰拱衬砌结构,此处埋深约65 m。

既有杭深线天池山隧道全长2 929 m,与新建白马港铁路支线天池山隧道交汇于K765+054.1处,隧道围岩为熔结凝灰岩,褐黄色、浅灰色、青灰色,弱风化,凝灰结构,块状构造,结构致密,含石英和长石晶屑,岩质较坚硬,岩体较完整,部分岩体破碎,地下水不发育,Ⅲ级围岩。

2主要措施

为了减少对既有杭深双线铁路天池山隧道的影响,新建隧道下穿段SDK2+335～SDK2+410在施工过程中采用了相关防护与保护性措施,主要包括:

1)施工采用弱爆破,爆破振速控制在3 cm/s内;2)超短台阶开挖,台阶长度控制在3 m～5 m;3)设置超前小导管进行预支护;4)采用加强型初期支护参数,与普通Ⅲ级围岩相比较,增加喷混凝土厚度,加密钢筋网间距;5)对二次衬砌混凝土加做配筋,并增设Ⅰ16工字钢,按间距1.2 m布置;6)各工序适度紧跟,及早封闭,保证既有杭深铁路天池山隧道结构满足最大容许沉降3 mm,最大容许振动速度3 cm/s的安全要求;保证既有杭深铁路结构混凝土拉应变不大于0.05%,压应变不大于0.3%;7)加强超前地质预报和监控量测,在对前层地质进行物探的基础上增加超前水平钻探或加深探测,同时对新建隧道进行水平相对净空变化及拱顶相对下沉量测,对既有隧道进行沉降、轨道平顺度及振动速度进行测量;8)在既有隧道运营期间,与相关运营管理部门协商,利用天窗时间进行新建隧道的爆破施工。施工前对杭深线通过本段的行车密度进行详细调查,下穿段施工时,白天禁止爆破,作业在天窗点内进行,在首趟列车运行前,按设计完成本循环开挖段的初期支护,掘进时间安排在晚间动车停运期,以确保行车安全。

3施工方法

3.1 超前预支护

小导管采用ϕ42热轧无缝钢管及钢花管(厚3.5 mm,长4 m),环向间距0.3 m,外插角分别为10°,40°,超前双层小导管和Ⅰ16钢架配合使用;前端做成尖锥状,尾部焊上箍筋。先按设计要求钻孔,钻孔半径比钢管半径大3 mm～5 mm,然后将小导管穿过钢架,用钻机顶入,顶入长度不小于钢管长度的90%,并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管安设后,用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙,必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土,以防止工作面坍塌。隧道的开挖长度小于小导管的注浆长度,预留部分作为下一次循环的止浆墙,导管注浆采用水泥砂浆,水灰比0.5∶1(重量比),注浆压力0.5 MPa～1.0 MPa。

3.2 开挖与钻爆

1)开挖:

采用二级超短台阶(间距3 m～5 m),上台阶开挖高度5.7 m,下台阶开挖高度4 m。每循环进尺控制在1榀钢架间距即1.2 m以内,弱爆破用药量以振动速度不大于3 cm/s控制,边开挖边进行初期支护,尽量减少对既有隧道的扰动。

2)爆破:

由于隧道要求沉降量小,因而必须采用光面爆破,充分考虑Ⅲ级围岩特点,合理布置周边眼间距及其最小抵抗线,周边眼与辅助眼眼底在同一垂直面上,辅助眼交错均匀布置,掏槽炮眼加深20 cm;周边眼采用间隔装药并控制装药量,导爆管起爆。炸药采用低猛度的乳化炸药。

先布置掏槽眼,掏槽区布置下方偏离中心线1.5 m～1.8 m,且距底板线1.5 m～1.8 m,采用1段～15段毫秒雷管,抛碴在2.0 m～2.5 m范围内,采用契眼中空掏槽(空眼采用110 mm,每次三个,装药眼皆为45 mm)。再按光面爆破原则布置周边眼;内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍左右,抵抗线为间距的0.7倍左右。并适当加密二台眼,底板眼间距,其间距与内圈眼相似。

装药量据类似经验Ⅲ级围岩周边眼取0.25 kg/m、断面开挖取0.5 kg/m3～1.94 kg/m3。采用六孔掏槽法,中间孔不装药。底部少量装药,最后起爆抛槽碴可确保掏槽抛碴(见图1)。起爆顺序按掏槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼。一般掏槽孔段间延时差为50 ms～75 ms。

3.3 工序与程序

为确保新建隧道施工时对既有隧道尽可能少的扰动,在Ⅲ级围岩中进行施工,采用上下两台阶法开挖,循环进尺控制在1.2 m左右。严格按照控制爆破试验获得的爆破参数进行爆破作业,按照监控方案进行监控,以确保既有隧道结构安全。

隧道开挖采用光面爆破,开挖前先将衬砌紧跟到距下穿段约40 m处。每循环进尺1.2 m过后立即架立钢架,随即初喷、打锚杆、挂网、分层复喷至钢架完全覆盖3 cm以上。

拱墙二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车、混凝土搅拌运输车运输、泵送混凝土灌注,插入式振捣器捣固,挡头模采用钢模或木模。混凝土浇筑要左右对称进行,防止钢模台车偏移,二次衬砌的施工在此段落更要紧跟,具备施工条件后第一时间内完成二衬的施工。

仰拱距掌子面距离控制在25 m以内,以保证其安全距离。仰拱开挖爆破按微震动设计,循环进尺控制在1.5 m。随开挖随喷射混凝土,及时封闭。

每一循环(掘进1.2 m)时间分配:凿岩机钻眼2 h,装药1 h,通风1 h,出碴2.5 h,测量1.5 h,立设拱架2 h,打设锚杆1 h,喷射混凝土2 h,开挖台架就位0.5 h,超前小导管打设和注浆5 h。

3.4 监控与量测

1)既有隧道监测。

对既有隧道的监测,其目的是根据监测结果掌握地层稳定性规律,及时了解既有隧道衬砌力学行为的变化情况,预见事故和险情,为及时调整和修正支护参数及施工方法提供科学依据,特别是隧道混凝土结构形变、整体沉降、爆破震动速度、轨道平顺性等指标对列车正常运营带来的影响,可以预防由于新建隧道带来的运营风险。

对既有杭深线天池山隧道(K765+019～K765+089)受影响段,进行结构变形和整体沉降、轨道平顺性及振动速度测量,测量断面间距为10 m,每天1次～2次,同时在杭深线运营期间,利用其天窗时间进行本隧道下穿段的施工。每次量测后应及时对原始数据进行整理,并绘制量测数据时态曲线,以寻求数据之间的规律,通过数据反馈信息了解隧道变形规律。数据异常时,应根据具体情况及时调整和修正新建隧道施工方法。

2)新建隧道监测。

新建隧道监测项目主要为水平相对净空变化量测、拱顶相对下沉量测、爆破震动速度量测,量测断面间距为10 m,每天1次～2次,如发现地质条件恶化,立即采取紧急措施。对易引起坍塌的岩块及时进行锚杆支护或喷射混凝土封闭。

对已施工地段的观察每天至少应进行一次,内容包括初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录,特别注意喷混凝土是否发生剪切破坏;有无锚杆脱落或垫板陷入围岩内部的现象;钢拱架有无被压屈、压弯现象;是否有底鼓现象。

3)监测数据使用。

按变形等级指导施工:实测位移值U<最大允许位移值U0/3时,可正常施工;当U0/3≤U≤2U0/3时,需加强支护;当U>2U0/3时,需采取特殊措施。

据位移变化速度判别:净空变化速度持续大于5.0 mm/d时,围岩处于急剧变形状态,需加强支护。水平收敛(拱脚附近)速度小于0.2 mm/d,拱顶下沉速度小于0.15 mm/d,围岩基本达到稳定。

据位移时态曲线的形态判别:当围岩位移速率不断下降时(du2/d2t<0),围岩趋于稳定状态;当围岩位移速率保持不变时(du2/d2t=0),围岩不稳定,应加强支护;当围岩位移速率不断上升时(du2/d2t>0),围岩进入危险状态,须立即停止掘进,加强支护。

4结语

新建线路下穿既有铁路,为防止在下穿过程中造成既有铁路区段内土体下沉,造成隧道塌方,危及隧道施工及既有线行车安全,需要采取相关措施。白马港铁路支线天池山隧道在不封锁线路的情况下利用“天窗”时间,安全高效的完成了下穿隧道施工。既要考虑隧道施工方法稳妥,更要重视对既有线路的监控与观测,必要时还需进行加固;为保证新建隧道顺利施工要与铁路运营管理相关部门步调一致,共同维护既有铁路的安全;在施工过程中,制订出有针对性的、操作性强的专项方案,合理安排施工步序、强化监控量测是工程安全的保证。

参考文献

[1]汪明坤.浅谈隧道下穿既有铁路施工[J].中国高新技术企业,2011(7):49-50.

[2]任登富.大断面铁路隧道下穿既有线隧道施工技术[J].西部探矿工程,2011(4):148-150.

[3]周明亮.近距离下穿运营地铁隧道的关键技术[J].都市快轨交通,2011,24(3):89-92.

既有线隧道病害整治设计 篇8

随着我国《中长期铁路网规划 (2008年调整) 》中关于高速铁路“四纵四横”规划的稳步实施, 越来越多的既有长大干线需要相应进行扩能改造。在这些运营多年的线路上, 许多隧道不同程度地存在各种病害, 其不仅制约了线路的扩能改造, 而且危及到列车的运营安全, 必须得到有效的整治。本文以作者负责的平南铁路电气化改造工程既有隧道病害整治设计项目为例, 细述了既有隧道普遍存在的病害情况、形成原因以及相应的整治措施, 以期为从事既有隧道病害整治的设计、施工人员提供经验借鉴。

1 工程概况

平南铁路电化工程共有5座隧道, 分别是甘坑隧道 (L-350m) 、托坑隧道 (L-163m) 、长岭皮隧道 (L-96m) 、红花岭隧道 (L-404m) , 长度403.5m、龙华隧道 (L-2051m) , 前4座单线隧道1992年开工兴建, 1993年底建成运营, 龙华隧道为双线隧道, 2008年开工兴建, 2010年建成运营。

外业勘测期间, 通过收集秋检资料、现场调查、无损检测等方式, 将各隧道的病害情况进行归类统计, 总计渗水漏水85处, 衬砌裂缝25处, 区域渍水348m2, 衬砌厚度不足1处, 衬砌背后不密实处6处, 道床翻浆冒泥1处, 将所有情况绘入各隧道病害情况展示图。

2 病害分析

2.1 衬砌病害

衬砌病害主要有衬砌裂损、衬砌变形等, 造成这些病害的原因是:洞口段浅埋偏压段, 在地应力长期作用下, 衬砌出现破损开裂;塌方未有效处理, 导致围岩松弛, 成为垂直荷载作用在拱顶, 引起拱部开裂;各种原因造成的衬砌与围岩不密贴, 使得衬砌承受荷载不均匀, 不能提供地层反力, 造成衬砌开裂、掉块;衬砌混凝土浇筑时造成的局部厚度不足、回填不密实等问题, 以及围岩应力重分布、地下水作用等各种因素, 加剧了衬砌破损、变形使得混凝土构件强度急剧降低。

2.2 道床翻浆冒泥

有仰拱地段, 翻浆冒泥的成因多是由于软质地段节理、裂隙较发育, 开挖时的扰动使原本密封的节理缝隙变成张性节理并延长, 为地下水储存创造了条件, 大量的地下水汇集于此, 此时隧底成为隔水层, 而排水系统的淤积堵塞、排水不畅, 致使地下水位升高, 长期浸泡基底, 在列车动载反复作用下, 软化、研磨软岩成泥。无仰拱地段, 铺底厚度较薄, 基底的软化与密实度不足, 致使铺底混凝土出现开裂现象, 两个因素互为因果, 循环往复, 翻浆冒泥现象愈为严重。

2.3 渗水、漏水、渍水

隧道衬砌与水有关的病害, 基本都是“防、排、堵、截”系统失效造成的, 例如, 防水板的破损、混凝土的裂损、排水管道的堵塞、截水盲沟的淤塞等, 而隧址区降雨量较大、地表水、地下水丰富导致隧道衬砌周围有了充足的水源。种种因素叠加一起、相互影响, 造成隧道衬砌渗水、漏水、渍水现象越来越突出。

3 病害治理

对既有隧道出现的病害情况进行分类分析后, 有针对性地采取措施进行治理, 设计的重点集中在三项:隧道衬砌结构加固设计;隧道渗漏水整治设计;隧道道床基底整治设计。

3.1 衬砌裂损治理

衬砌裂损加固前先对裂缝进行嵌补, 对隧道的渗漏水进行封堵、引排, 根据裂损程度, 采取相应的措施:轻微地段嵌补入AB型双组份灌浆树脂;严重地段采用自进式中空锚杆注浆加固;长度大于6m的单条渗水裂缝, 沿缝两边分别钻设1排自进式中空锚杆注浆加固, 排距1m, 每排中锚杆距离1m, 锚杆长度为4m;龟裂渗水裂缝地段且限界富余时, 采用锚喷网加强支护, 锚杆长度与间距根据实际情况进行选择, 喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土, 厚度为10cm;龟裂渗水裂缝地段且限界无富余时, 在衬砌表面沿环向凿槽, 在槽内钻设自进式中空锚杆, 注浆后埋入与锚杆尾部位置相符的开孔W270钢带, 锚杆与钢带采用螺栓连接, 槽内植入U型钢筋后, 剩余空间采用C25钢纤维细石混凝土喷平。如图1所示。

3.2 二次衬砌厚度不足治理

根据《铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定》, 当实测衬砌厚度与设计厚度比值<0.6, 且连续长度<5m时, 或比值≥0.6且<0.75, 但连续长度>5m时, 衬砌缺陷判定为“严重”级;当实测衬砌厚度与设计厚度比值<0.6, 且连续长度>5m时, 衬砌缺陷判定为“极严重”级。对衬砌缺陷判定为“严重”级的采用自进式中空锚杆注浆加固, 锚杆长度与间距根据实际情况进行选择, 喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土, 厚度为10cm。对衬砌缺陷判定为“极严重”级的应采用锚杆加钢带方法进行加固, 在衬砌表面沿环向凿槽, 在槽内钻设自进式中空锚杆, 注浆后埋入与锚杆尾部位置相符的开孔W270钢带, 锚杆与钢带采用螺栓连接, 槽内植入U型钢筋后, 剩余空间采用C25钢纤维细石混凝土喷平。如图2所示。

3.3 衬砌背后空洞治理

较严重的空洞应进行衬砌背后回填注浆处理, 注浆孔采用风钻钻孔, 孔径45~50mm。注浆材料采用水泥砂浆, 水灰比1:1, 灰砂比1:2.5, 回填注浆压力控制在0.1~0.2MPa。空洞深度≤40cm时, 一次性填充。当空洞深度>40cm且≤3m时, 分层注浆:2m以内当空洞体积≤1.5m3时注入水泥砂浆, >1.5m3时注入C25细石混凝土;2m以外吹入细砂。同时存在衬砌裂损与衬砌厚度不足的地段, 应先进行加固整治, 再进行空洞注浆。分层注浆前先对注浆区域前后5m范围内采用I18工字钢架临时支撑, 间距1.0m/榀。衬砌背后空洞注浆与隧道渗漏水一起进行综合整治。如图3所示。

3.4 隧道渗漏水治理

隧道渗漏水整治时, 拱部主堵、边墙主排, 采用“防、堵、排、截”手段综合治理, 渗漏水整治结合隧道衬砌裂损、衬砌背后注浆等进行综合治理。

隧道拱部大面积渗漏水地段, 在拱部衬砌背后进行注浆堵水。注浆钢管采用φ42马牙扣形注浆管, 注浆孔间距视具体情况可调整, 一般为3m (纵) ×2m (环) , 梅花型布置。注浆孔用风钻钻孔, 孔径为45~50mm。注浆管长度根据衬砌实际厚度调整, 但需深入岩层>30cm。注浆材料采用水泥浆, 水灰比 (重量比) 1:1。如果衬砌背后围岩裂隙较大, 先压注水泥砂浆, 二次压注纯水泥浆。注浆压力控制初压0.1~0.2MPa、终压0.4~0.5MPa。注浆前采用I18工字钢架进行临时支撑。

施工缝及裂缝渗漏水一般地段, 采用在衬砌内凿楔形槽并填充“渗克宝”快速堵漏剂进行堵水。施工缝及裂缝渗漏水严重地段进行凿槽埋设φ100mm半圆形PVC管进行引排, 然后用“渗克宝”快速堵漏剂进行封堵处理, 再刮涂“渗克宝”渗透结晶型防水涂料。出现股水、射流的漏水缝, 凿槽埋管进行引排。

衬砌表面湿渍区域, 拱部用高压水冲洗后刮涂“渗克宝”渗透结晶型防水涂料, 边墙一般地段以间隔25m凿槽引排。

存在滴水点、淌水点的地段采取凿楔形槽, 填充“渗克宝”快速堵漏剂后, 表面刮涂“渗克宝”渗透结晶型防水涂料。如存在承压水, 埋管进行引排处理。滴水点、淌水点病害处理在注浆前处理完成。

3.5 道床翻浆冒泥治理

道床翻浆冒泥地段, 采用注入加固型TGRM水泥基特种灌浆料, 水灰比为0.4:1, 其作用有两个:固结基底, 防其继续泥化;填充空洞或不密实地段。注浆管采用准42马牙扣形注浆管, 注浆孔用风钻钻孔, 孔径为45~50mm, 钻孔倾角为15°、30°。钻孔完成后清孔、埋设注浆管。埋管前在马牙扣处缠绕铅油麻丝, 锤入钢管进孔内时务必使麻丝与孔壁充分挤压紧密。孔外周围使用塑胶泥封堵严密。注浆压力控制初压0.1~0.3MPa、终压0.5~0.6MPa。如图4所示。

4 结语

既有隧道病害整治, 技术难度大、作业风险高, 考虑到铁路正常运营, 必须杜绝反复治理的情况出现。病害整治设计前, 必须进行全面、准确、客观的调查分析, 这是有效治理的大前提。在分析基础上, 根据具体病害的情况与成因, 综合比较各种方案的可行性。本文所列举的治理措施经过现场实践检验, 效果显著, 基本实现了“一次根治, 不留隐患”的治理目标。

参考文献

[1]铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册-隧道[M].中国铁道出版社, 1995.

[2]铁运函[2004]174号, 铁路运营隧道衬砌安全等级评定暂行规定[S].中国铁道出版社, 2004.

[3]铁建设[2008]14号, 改建既有线和增建第二线铁路工程施工技术暂行规定[S].中国铁道出版社, 2008.

[4]JGJ145-2013, 混凝土结构后锚固技术规程[S].中国建筑工业出版社, 2013.

既有公路隧道衬砌裂缝成因分析 篇9

关键词：隧道,衬砌裂缝,分布形态,裂缝成因

0 引言

衬砌裂缝是常见的衬砌病害类型。JTG H12—2015 公路隧道养护技术规范中, 衬砌所占的分项权重为40, 是最重要的。规范还规定: 隧道拱部衬砌出现大范围开裂、结构性裂缝深度贯穿衬砌混凝土时, 隧道土建技术状况直接评定为5 类。由此可见衬砌裂缝在隧道各类病害中的重要性。衬砌裂缝是导致既有隧道渗漏水的主要原因, 严重裂缝甚至会引起结构的承载力急剧下降, 导致衬砌结构突然失稳和垮塌。衬砌裂缝亦是既有公路隧道安全运营评价的重要指标之一。

笔者多年来对省内既有高速公路隧道和干线公路隧道进行定期检查时发现, 正式通车运营2 年以上的既有公路隧道, 100%都存在衬砌裂缝。干线公路隧道衬砌裂缝明显比高速公路衬砌裂缝数量多、宽度大。因此, 及时调查发现裂缝, 合理分析裂缝产生原因并提出针对性的处理建议是至关重要的。笔者对省内既有公路隧道衬砌裂缝进行了汇总研究, 总结了衬砌裂缝的分布形态, 分析了衬砌裂缝产生的原因。

1 衬砌裂缝分布形态

1. 1 竖向 ( 环向) 裂缝

隧道衬砌竖向 ( 环向) 裂缝垂直隧道轴线, 多发生在施工缝、沉降缝、不同地质地段相接处, 最典型的位置是每一板模筑混凝土的中间部位。裂缝一般自边墙底部开始至拱腰处结束, 左右边墙处基本对称, 部分裂缝向上延至拱顶相接, 呈环状贯穿衬砌横断面, 见图1。裂缝数量多, 分布规律基本一致。

1. 2 纵向裂缝

隧道衬砌纵向裂缝平行于隧道轴线, 多发生在拱顶和拱腰部位, 并且拱腰分布比拱顶数量多, 如图2 所示。该类裂缝数量所占比例较小, 但其危害性最大, 若裂缝发展则可引起隧道衬砌断裂或塌方。

1. 3 斜向裂缝

隧道衬砌斜向裂缝一般和隧道纵轴呈45°左右, 多发生在拱腰和边墙部位, 见图3。该类裂缝数量所占比例较小, 但其危害性仅次于纵向裂缝。

1. 4 组合裂缝

由上述3 种裂缝中的两种或多种组合而成, 一般呈X形、Y形, 裂缝数量多分布密时形成网裂。

以某高速隧道为例, 该隧道为分离式, 双车道。右洞净宽10. 75 + 2 × 0. 75 = 12. 25 m, 净高5 m, 长度为813 m。该隧道右洞存在裂缝共计161 条, 其中, 环向裂缝78 条, 占48. 5% , 环向裂缝长度多介于2 m ~ 7 m, 裂缝最长环向贯通隧道。裂缝宽度多介于0. 20 mm ~ 0. 40 mm, 最大缝宽3. 00 mm。斜向裂缝59 条, 占36. 6% 。纵向裂缝24 条, 占14. 9% , 斜向裂缝长度多介于1 m ~3 m, 最长达18. 5 m, 最大缝宽1. 09 mm。纵向裂缝长度多介于5 m ~ 12 m之间, 拱顶部分纵向裂缝较长, 最大长度为26. 5 m, 裂缝宽度多介于0. 10 mm ~ 0. 80 mm, 最大缝宽2. 28 mm。

典型衬砌裂缝见图4。

2 衬砌裂缝发展趋势

笔者通过汇总近年来省内既有公路隧道的定期检查数据, 分析比较近5 年的定期检查报告和管养部门的养护资料, 分析得出衬砌裂缝存在如下发展趋势:

1) 大部分隧道衬砌裂缝长度和宽度基本无明显变化。

2) 裂缝宽度与温度有一定关系, 检测季节不同, 裂缝会有所不同。冬季裂缝宽度和数量较夏季要大一些。此规律在北部寒冷地区尤为明显。

3) 部分隧道衬砌在碱蚀、干缩等多种因素作用下产生少量新裂缝, 隧道洞口附近的裂缝增加较为明显。

4) 通过对已灌缝处理裂缝进行比较分析, 发现大部分灌缝处理的裂缝灌缝效果较好, 几乎无开裂发展。由此也可判断裂缝总体上基本趋于稳定。

5) 部分隧道抹面封闭裂缝局部重新开裂, 这与处理裂缝的工艺方法和多种因素作用导致裂缝重新开裂有关。

3 衬砌裂缝主要成因分析

3. 1 设计原因

由新奥法原理可知初期支护是承载主体, 它能充分发挥围岩的自承作用, 使二次衬砌所受的力减到最小, 亦即二次衬砌作为安全储备。而当初期支护承载能力不足时, 二次衬砌参与受力, 当受力过大超过混凝土的拉应力时导致出现衬砌裂缝。因此初期支护的承载能力和二次衬砌的安全储备均不容忽视。JTJ026—90 和JTG D70—2004 公路隧道设计规范中, 对复合式衬砌各设计参数存在差别。

笔者对不同设计时间的2 座断面基本相同的隧道复合式衬砌结构相关参数进行了对比 ( 见表1) , 可以得出: 依据JTG D70—2004 设计的隧道在中空锚杆、钢筋网、钢格栅、喷射混凝土强度、预留变形量、二次衬砌混凝土强度等方面均有所提高。

另外, 设计时若对不良地质围岩考虑不恰当, 则会造成初期支护设计相对较弱。地质不良地段围岩容易产生坍塌, 使地层压力增大或造成偏压, 轻者引起衬砌开裂, 严重的导致衬砌破坏。

3. 2 施工原因

1) 施工过程中未严格按新奥法要求施工。

施工过程中未严格按新奥法要求进行施工是导致二次衬砌产生裂缝的因素之一。主要体现在施工期间未有效开展监控量测工作, 对新奥法的认识模糊, 隧道施工过程中不能很好的理解与贯彻利用围岩、初期支护及二次衬砌三者之间的关系, 初期支护的稳定时间和二次衬砌的施作时间不尽合理, 造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力, 导致二衬开裂。

2) 施工不当引起的裂缝。

a. 模筑混凝土施工时施工工艺有缺陷, 造成混凝土产生竖向裂缝。该裂缝在早期即发生且趋于稳定, 无外力作用一般不会发展。

b. 模筑施工时预留拱部下沉量设置不当, 或边墙基础的虚碴未清理干净, 混凝土浇筑后, 拱脚或基底产生不均匀沉降容易产生变形裂缝。

c. 施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇筑中断时间超过混凝土的初凝时间, 继续浇筑混凝土时, 原有的混凝土表面处理不当, 致使新旧混凝土接槎间出现裂缝。

3. 3 温差影响

公路隧道衬砌为封闭环, 气温骤降时, 临空表面变形自由, 与围岩密贴面变形受到约束, 衬砌内外剧烈的温差使衬砌产生较大拉应力, 造成混凝土衬砌开裂。该裂缝具有规律性, 它们一般沿隧道的环形方向分布, 间距相等。公路隧道衬砌模筑混凝土施工时每板长度约为8 m ~ 10 m, 由于温差引起的最大拉应力在中间, 如其超过抗拉强度, 则衬砌出现开裂, 于是应力重分布, 而应力分布后的部分最大拉应力仍然在开裂后的每段中部出现, 当其仍超过抗拉强度时, 又将第二次出现裂缝, 如此下去, 均从中间开裂, 一直到中间最大拉应力小于混凝土的抗拉强度, 裂缝便稳定, 不再增加[5]。

3. 4 地下水影响

JTJ 026—90 公路隧道设计规范版中隧道永久荷载未考虑水压力, JTG D70—2004 版中考虑了水压力, 水压力对隧道衬砌结构的作用是不容忽视的。若地下水不能有效的排出, 则作为外力作用于支护衬砌结构, 水压力作用会打破隧道原有的平衡状态, 使衬砌受到侧向压力, 引起隧道从拱部到边墙的水平裂缝及环状开裂。省内隧道所处地质均存在含水段, 水文地质情况为渗水或滴水。通过实地调查可知, 隧道均存在渗水痕迹, 因此地下水对隧道衬砌的影响不容忽视。另外, 地下水还会使衬砌混凝土的材质劣化, 在围岩应力、温度应力、冻融影响等因素综合作用下, 加速衬砌裂缝病害的发生和发展。

4 结语

隧道衬砌裂缝成因复杂, 衬砌结构设计较为薄弱、施工不当、温差、地下水等多方面的因素导致了裂缝的出现。大部分隧道衬砌裂缝总体上基本趋于稳定, 不影响隧道结构的安全运营。考虑到隧道结构的耐久性, 建议对衬砌裂缝加强观测和及时封闭处理。

参考文献

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[5]蒲眷平, 夏才初, 李永盛, 等.隧道的温度应力及由其引起的裂缝开展规律的研究[J].中国公路学报, 2000 (2) :76-79.

既有隧道衬砌病害处治技术探讨 篇10

1 隧道衬砌病害成因

隧道衬砌病害主要包括衬砌裂损和衬砌变形, 其表现为隧道衬砌的各类裂缝、勾缝脱落、压溃、错台、断面变形或缩小等。

造成衬砌病害的原因主要有:

(1) 地质的影响:当围岩压力过大或分布不均匀, 超过衬砌实际强度和刚度时, 衬砌就会产生裂缝、变形或位移, 严重时会产生局部掉块、失稳, 甚至拱坍墙倒。

(2) 地形的影响:隧道在傍山临水时容易产生偏压, 当洞顶覆盖层较薄时, 易造成衬砌开裂。

(3) 地下水的力学影响:地下水的动静压力、严寒地区的冻胀力和地下水作用于隧道体周围的软弱破碎岩层, 导致衬砌周围出现空洞等约束不均匀, 都有可能造成衬砌开裂。

(4) 衬砌结构形式的影响:由于衬砌计算时的假定与实际受力状态有一定差异, 当差异较大时, 容易引起衬砌开裂。

(5) 地震的影响:由于抗震设防考虑不足, 造成衬砌开裂。

(6) 地下水环境的腐蚀作用:由于有的隧道地下水具有腐蚀性, 对钢筋混凝土的腐蚀没有具体应对措施, 导致衬砌结构耐久性不足而损坏。

(7) 施工方法与施工质量的影响:由于施工方法不同、施工质量不好, 造成围岩松动, 压力增大, 衬砌厚度不够、强度不足, 衬砌背后回填不密实, 运营后会出现结构的变形和裂损。

(8) 运营维护的影响:如果养护工作不及时跟上或病害整治效果差, 将会加剧或产生衬砌的裂损。

2 隧道衬砌病害处治技术

2.1 隧道衬砌病害处治原则

(1) 必须充分了解隧道病害处治方案、设计意图和技术要求, 严格遵循设计和施工规范的有关规定。

(2) 应认真分析裂缝产生的原因和性质, 根据不同受力情况和使用要求, 分别采取不同的治理方法。

(3) 裂缝处理后应能保证结构原有的承载能力、整体性以及防水、抗渗性能。

(4) 防止进一步人为的损伤结构, 尽量避免大动大补, 并尽可能保持原结构的外观。

(5) 处理方法应从实际出发, 在安全可靠的基础上, 要考虑技术上的可能性, 力求施工简单易行, 以符合经济合理的原则。

2.2 稳固隧道围岩的工程措施

(1) 治水稳固岩体

地下水的浸泡与活动对遇水软化围岩的强度削弱最大。通过疏干围岩含水, 并采取相应治水措施是稳固岩体的根本措施之一, 但注意环境受地下水影响敏感或地下水大量流失易造成环境破坏的地段慎用。

(2) 锚杆加固岩体

对较好的岩体 (小于Ⅴ级) , 自衬砌内侧向围岩内打入一定数量和长度 (3～5m) 的金属锚杆、砂浆锚杆, 可以把不稳定的岩块固定在稳定的岩体上, 提高破损围岩的黏结力, 形成一定厚度的承载拱;在水平层状的岩石中把数层岩层串联成一个组合梁, 与衬砌共同承受外荷载。对松散破损的岩体采用锚杆加固不仅可以有效地控制岩体的变形和提高其稳定性, 而且可以使岩体对衬砌的压力大小和分布图形产生有利的转化。

(3) 注浆加固岩体

通过向破损松动的岩体压入水泥浆液和其他化学浆液加固围岩, 疏散地下水对围岩的浸泡与渗入衬砌, 使衬砌背后形成一个1～4m厚的人工固结圈, 就能有效地稳固岩体, 防止地下水的渗入, 甚至使作用在衬砌上的地层压力大小和分布图形产生有利的转化, 有利于衬砌结构的受力和防水。

如果衬砌有防排水系统, 不宜采用上述锚杆、注浆加固岩体方法。

(4) 支挡加固岩体

对靠山、沿河偏压隧道或滑坡地带, 可采用支挡措施, 包括设支挡墙、锚固沉井、锚固钻 (挖) 孔桩等来预防山体失稳与滑坡, 这种工程措施只能用于洞外整治。

(5) 回填与换填

如果衬砌外周围存在着各种大小的空隙 (如超挖而没有回填等) , 不仅使地层压力分布产生不利影响, 而且使得衬砌结构失去周边的有利支撑条件, 不能使衬砌的承载能力得到更大的发挥。此时应采取回填措施, 用砂浆或混凝土将围岩空隙回填密实。

如果隧底存在厚度不大的软弱不稳定的岩体或有不稳定的充填物, 可以采取换填办法处理。

2.3 隧道衬砌更换与加固

已裂损的衬砌一般均有相当大的支护潜力, 可以充分利用, 仅在没有加固条件或经济上不合理的情况下, 或者根据长远技术改造规划的要求才采用更换衬砌的办法。加固工程的主要方法如下:

(1) 压浆加固

①圬工体内压浆。衬砌裂损发展非常缓慢或者已呈稳定时, 可以进行圬工体内压浆, 一般以压环氧树脂浆为主, 并选择无水季节施工。

②衬砌背后压浆加固。主要是针对衬砌的外鼓和整修侧移。在拱后压浆增加拱的约束可以提高衬砌刚度和稳定性。一般可以局部应用, 主要在发生外鼓变形的部位使用。

如果衬砌同时存在外鼓与内鼓部位, 首先采取临时措施控制内鼓继续变形, 然后在外鼓变形的部位压浆加固之后再对内鼓采取加固措施, 最后再对全断面进行整体加固。

(2) 嵌补加固

对已呈稳定暂不发展的裂隙, 如果不能采取压浆加固则可以采取嵌补, 即将裂缝修凿剔深, 在缝口处用水泥浆、环氧树脂砂浆或环氧树脂混凝土进行嵌补。

对发展较快的裂损, 为确保安全, 可以采取刚拱架临时加固, 只加固拱部时用上部拱架加固, 拱架脚可以嵌入墙顶或支撑于埋在墙顶的牛腿上, 并加纵向连结。如果要全断面加固则可用长腿刚拱架。为了增加纵向抗弯能力, 支撑纵向应加强连接, 如果隧道内部净空条件不足, 刚拱架可以部分或全部嵌入被加固的圬工体内, 并在刚拱架之间再加纵向连结, 然后灌注混凝土做成薄套拱型, 如图1所示。

此法在衬砌厚度太薄或衬砌严重破损碎裂时不能采用。

(3) 喷锚加固

对裂损衬砌的所有内鼓变形和内向移动的裂损部位, 采用 (预应力) 锚杆加固岩体 (如图2所示) 是有效的, 此时锚杆即可沿内缘张裂纹的走向两边布置, 做局部加固, 也可做全断面加固, 将衬砌与岩体嵌固在一起, 形成一个均匀压缩带, 以增强围岩的稳定性, 提高支护结构的承载能力。采用此法时应检查衬砌厚度、背后超挖回填及围岩整体性情况。锚杆的设置应在衬砌的背后压浆后两个星期进行。锚杆的锚固段应设在稳定围岩中。对于衬砌上的裂纹应及时嵌填。

喷混凝土可以使所有已裂损的圬工块体紧密结合, 阻止这些块体的松动, 同时在喷射压力作用下嵌入裂缝内一定深度, 使裂缝重新闭合, 增强裂损衬砌的整体性, 较大幅度的提供裂损衬砌的承载能力, 达到加固的目的。必要时也可以在喷层中加入钢筋网用于防止收缩裂纹, 提高加固结构的整体性和抗震、抗冲切能力。

喷锚加固是较为常用的加固衬砌裂损的措施。

(4) 套拱加固

如果混凝土质量差, 厚度不够, 或受机车煤烟侵蚀, 掉块剥落严重, 并且拱顶净空有富余时, 可对衬砌拱部加筑套拱 (如图3所示) 或全断面加筑套拱 (如图4所示) 。如果隧道内净空条件不足, 可以采取落道加套拱的办法。套拱与原衬砌间用Φ16～18mm的钢筋纤钉锚接, 纤钉埋入原拱20cm左右作为钢筋的生根处。套拱中的主筋也可用钢拱架、格栅来代替, 其间距为50～80cm, 纵向用拉杆焊接。套拱用强度等级不低于C20的混凝土灌注, 其厚度为20～30cm。套拱拆模后要进行压浆, 以填充其背后空隙, 使新旧拱圈联成整体。当拱部灌注混凝土难度较大时, 可以采用喷混凝土、网喷混凝土和喷钢纤维混凝土进行加固。事实上, 套拱加固已日益被喷锚加固所代替。

(5) 结构抽换

结构抽换是指拆除原隧道衬砌混凝土, 重新施作新的衬砌混凝土。抽换的范围可以是全断面, 也可以是拱墙, 或是只进行拱部抽换。

隧道衬砌结构如果裂缝交错分布, 密度较大, 并伴有片块剥落, 严重错台, 侵入净空限界, 使原衬砌失去使用功能, 则应考虑拆除旧的衬砌结构, 重新施作新的衬砌。

重新施作的衬砌混凝土要适应抽换地段的地质条件、受力要求, 一般来讲应比原衬砌混凝土有所加强, 如混凝土等级的提高、混凝土厚度的增加或由无筋混凝土改成有筋混凝土等等。

(6) 其他加固手段

当仅有墙脚内移而不下沉和隧底岩土隆起时, 可在墙基处增设混凝土支撑以扩大基础 (如图5所示) 。要求与钢轨、轨枕不发生挤压, 尺寸一般为40cm×40cm, 间距1.5～2.0m。

隧底围岩软弱下沉或隧底填充上鼓时, 可加设仰拱 (如图6所示) 。边墙基底软弱时, 可将墙基延伸至坚实稳固的岩层或增设仰拱。若隧底或墙基下因溶洞或其他洞穴而引起衬砌结构开裂时, 可加设钢筋混凝土托梁, 使墙基与道床设于钢筋混凝土托梁上。

4 结束语

隧道病害处治是一种技术难度大、风险高的特殊工作, 处治绝不允许失败和再次处治。病害处治设计时, 首先必须对隧道病害进行全面、客观、准确的检测, 并对病害原因进行全面分析, 这是处治设计的基础。在检测与分析的基础上, 根据隧道病害的严重程度、病害类别等, 综合比较各种处治方案后确定安全、合理的设计方案。隧道病害处治要综合运用各种技术, 确保处治施工的质量和效果, 要坚持“一次根治, 不留后患”的治理原则。

摘要：详细分析了常见隧道衬砌病害形成的原因, 并在此基础上探讨了隧道衬砌病害处治的相关技术。

关键词：隧道,病害,衬砌,处治

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