隧道養(yǎng)護與維修(隧道)

1、高鐵工務(wù)維護高鐵工務(wù)維護鐵道工程系維護教研室鐵道工程系維護教研室朱永偉朱永偉4 襯砌裂損及整治措施3 隧道水害及整治措施1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作2 隧道檔案的建立5 襯砌侵蝕及整治措施6 隧道凍害及整治措施1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 鐵路隧道: 附屬設(shè)施是硬件，管理法規(guī)是軟件，只有硬件與軟件都抓好了，才能保證隧道的暢通無阻。機械通風(fēng)管理和火災(zāi)防災(zāi)方面。 隧道檢查有：經(jīng)常檢查、定期檢查、特別檢查和限界檢查等。 1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 1.隧道檢查 隧道病害的類型主要有水害、凍害、襯砌裂損和襯砌侵蝕。最常見為水害，素來有“十隧九漏”之說。1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作2.隧道檢查的方法 將襯砌劃

2、分為左右拱圈、左右邊墻及仰拱五個部分，再將每個部分依其內(nèi)緣周長劃分四個等分，即把襯砌斷面分為二十個部位。1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作3.襯砌裂損的描述（1）裂損部位1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 3.襯砌裂損的描述 （2）裂縫寬度 值是在縫口處沿垂直裂面方向量取的。按裂縫寬度的大小可分為四個等級，即：0.3mm為毛裂縫；0.32.0mm為小裂縫；2.020mm為中裂縫；20mm為大裂縫。1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作3.襯砌裂損的描述 當(dāng)襯砌出現(xiàn)錯牙狀裂縫時用裂縫錯距表示。沿裂縫垂直方向量取的值稱垂直錯距；沿裂縫水平方向量取的c值稱水平錯距。（3）裂縫錯距1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 走向大致相同的兩條相

3、鄰裂縫之間的距離稱為裂縫間距。它被用來描述襯砌的破損程度。一般采取每一節(jié)段或每一節(jié)段中的某一部位（如左半拱、右邊墻、仰拱等）為單位來分析。3.襯砌裂損的描述（4）裂縫間距1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 裂縫密度即裂縫總面積（各裂縫長度與裂縫寬度乘積的綜合）與所分析的節(jié)段或節(jié)段某一部分襯砌表面積之比值。用此比值的百分數(shù)來表示襯砌裂損的程度。3.襯砌裂損的描述（5）裂縫密度1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 引起隧道病害的原因有多種，主要可分為兩類，即人為因素和自然因素。 人為因素主要指由于設(shè)計和施工不當(dāng)引起，主要包括以下幾個方面：u 建筑材料 u 設(shè)計不當(dāng) u 施工不當(dāng)1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 自然因素指

4、隧址處工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、交通等狀態(tài)的變化而引起，主要包括以下幾個方面： 地質(zhì)狀態(tài) 內(nèi)部荷載 地貌改變 地下水影響 雖然隧道破損的因果關(guān)系比較復(fù)雜，但兩者之間的關(guān)系一般具有如下圖所示的現(xiàn)象。 圖1-4 襯砌裂損的形式圖1-5襯砌沿縱向剪斷 如圖1-4a，由于側(cè)向壓力較大時，隧道襯砌則會發(fā)生位移、裂縫、塌落、壓剪破壞；如圖1-4b，在豎向壓力較大時，拱圈下沉，拱頂開裂；如圖1-4c，當(dāng)局部壓力較大或有態(tài)壓力時，則會發(fā)生局部脫落；如圖1-4d，錨桿墊板動處圍巖由于受力集中而出現(xiàn)了塑性破壞；圖1-5為在圍巖產(chǎn)生下沉?xí)r，而引起隧道沿著縱向發(fā)生不同的位移變形。1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作u建筑材料因素u設(shè)

5、計因素u施工因素u地質(zhì)狀態(tài)u地下水效應(yīng) 包括對襯砌結(jié)構(gòu)的剛度及變形狀態(tài)、材料強度及變形性、仰拱及基底效應(yīng)等進行評價。 1.隧道結(jié)構(gòu)的評價 2.圍巖狀態(tài)的評價 包括對隧道襯砌與圍巖的接觸狀態(tài)、松動區(qū)的大小及形狀、作用于隧道襯砌上的壓力、抗力效應(yīng)、靜水及附加壓力、巖石的力學(xué)性能等進行評價。 1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作 根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)的評價和圍巖狀態(tài)的評價結(jié)果，可對隧道結(jié)構(gòu)進行靜力學(xué)計算分析，必要時可做動力學(xué)分析，進行截面的強度驗算，評價隧道的安全及穩(wěn)定性。 通過對舊隧道綜合狀態(tài)的評價，可以確定維修的必要性及相應(yīng)的維修及加固方法。4 襯砌裂損及整治措施3 隧道水害及整治措施1

6、 隧道運營階段的養(yǎng)護工作5 襯砌侵蝕及整治措施6 隧道凍害及整治措施2 隧道檔案的建立2 隧道檔案的建立 每座隧道都應(yīng)建立隧道檔案，特別是長大隧道的檔案建立更應(yīng)詳細。隧道檔案中應(yīng)收集有該隧道的設(shè)計、施工及竣工資料，此外還包括養(yǎng)護與維修過程中的一些紀錄資料。 1.隧道概況：隧道所處線路及區(qū)間名稱，隧道全長、起訖里程、開工、竣工年月，地質(zhì)情況等。 2.隧道結(jié)構(gòu)的斷面形狀：內(nèi)輪廓尺寸、襯砌材料、避車洞設(shè)置情況等。 2 隧道檔案的建立 3.輔助坑道：記錄豎井、斜井、橫洞及平行導(dǎo)坑的位置及其它情況。 4.線路情況：縱坡、平面、設(shè)備、道床、軌枕、鋼軌等情況。 5.洞內(nèi)排水設(shè)施：排水溝類型、長度、深度；檢查

7、井形狀、間距、數(shù)量；盲溝情況、鉆孔排水、泄水洞排水等情況。2 隧道檔案的建立 6.洞外排水設(shè)施：洞外排水溝及山上排水溝類型、長度等。 7.路塹的起訖里程、護坡材料等。 8.通風(fēng)設(shè)備情況。 9.電力及照明設(shè)備情況。 10.通訊設(shè)施情況。2 隧道檔案的建立 主要病害狀況卡片可以用列表的方式表示，如下表所示。記錄日期病害性質(zhì) 位置自 至 長度（mm）最大數(shù)量發(fā)生時間年 月 日 危險 程度 簡要 分析主要病害狀況卡片病害種類：2 隧道檔案的建立 u 病害種類包括隧道水害、凍害、襯砌病害、整體道床病害、限界不足及有害氣體危害等；u 隧道水害中分涌水、漏水、滴水、滲水和潤水；隧道凍害中分襯砌凍害、線路凍害

8、、排水溝凍結(jié)及掛冰等；襯砌病害包括襯砌變形、裂損、侵蝕等；u 至少每年記錄或修改一次；在填寫卡片時應(yīng)注意以下幾點：2 隧道檔案的建立u 最大數(shù)量是指漏水量或刨冰量（t/d），以及凍脹量的最高記錄；u 發(fā)生時間是指與季節(jié)有關(guān)的病害發(fā)生時間，如常年漏水、季節(jié)漏水或雨后幾天漏水等。在填寫卡片時應(yīng)注意以下幾點：2 隧道檔案的建立 1.隧道歷史概況 2.隧道現(xiàn)狀分析2 隧道檔案的建立 1.技術(shù)圖紙 2.隧道襯砌展示圖紙 3.隧道綜合最小限界圖紙2 隧道檔案的建立 1.襯砌裂縫記錄。 2.隧道洞外降雨記錄。 3.襯砌漏水記錄。 4.隧道洞內(nèi)、外地下水的水源、流量及流速觀測記錄。 5.其它項目觀測記錄（如：

9、襯砌被腐蝕記錄、冬季刨冰記錄、洞內(nèi)排水溝凍結(jié)記錄、襯砌變形記錄等）。4 襯砌裂損及整治措施1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作5 襯砌侵蝕及整治措施6 隧道凍害及整治措施2 隧道檔案的建立3 隧道水害及整治措施3 隧道水害及整治措施 施工中的隧道水害主要是指隧道圍巖的地下水或部分地表水，以滲漏或涌出方式進入隧道內(nèi)造成的危害。 隧道水害是指在隧道的修建或運營過程中遇到水的干擾和危害。 1.施工中的隧道水害3 隧道水害及整治措施 隧道襯砌的漏水現(xiàn)象一般表現(xiàn)為滲、滴、淌、涌幾種。 以上四種漏水現(xiàn)象，其出露部位與水量的不同，對隧道產(chǎn)生不同的危害: 2.運營中水害種類及其危害（1）隧道漏水u 對電力牽引區(qū)段和電力

10、配線，使電絕緣失效，發(fā)生短路、跳閘等事故，危及行車安全;u 洞內(nèi)空氣潮濕，影響?zhàn)B護人員身體健康，使洞內(nèi)設(shè)備（通訊、照明、鋼軌等）銹蝕; u 混凝土襯砌風(fēng)化、腐蝕、剝落，造成襯砌結(jié)構(gòu)破壞；u 涌水病害造成襯砌破壞，隧底積水造成道床基底被軟化或掏空，使道床翻漿冒泥或下沉開裂，中斷行車; u 有凍害地段的隧道漏水會造成襯砌掛冰侵限和凍融破壞。u 水壓較大時會導(dǎo)致襯砌破裂；u 使原完好的圍巖及圍巖的結(jié)構(gòu)面軟弱夾層因浸水而軟化或泥化，失去承載力，對襯砌壓力增大而導(dǎo)致襯砌破裂；u 使膨脹性圍巖體積膨脹，導(dǎo)致襯砌破壞；u 在寒冷地區(qū)發(fā)生冰脹和圍巖凍脹，快速導(dǎo)致襯砌破壞。 主要是指運營隧道中地表水或地下水向隧

11、道周圍滲流匯集。如果不能迅速排走而引起的病害有：（2）襯砌周圍積水u 襯砌基礎(chǔ)下沉，邊墻開裂或者仰拱、整體道床下沉開裂；u 圍巖滑移錯動導(dǎo)致襯砌變形開裂；u 對超挖回填不密實或未全部回填者，引起圍巖坍塌，導(dǎo)致襯砌破壞；u 侵蝕性水對襯砌的侵蝕。 主要是指由于地下水滲流和流動而產(chǎn)生的沖刷和溶蝕作用。其危害有： （3）潛流沖刷3 隧道水害及整治措施 1.勘測與設(shè)計 在防水設(shè)計之前，設(shè)計人員對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況就了解得不夠仔細，對襯砌周圍地下水源、水量、流向及水質(zhì)情況掌握不準等因素導(dǎo)致了隧道的防排水設(shè)計很難在隧道的使用期內(nèi)完全滿足防排水的要求。 2.施工 施工不當(dāng)也可產(chǎn)生水害，施工單位一味追求施

12、工速度，忽視二次襯砌質(zhì)量，對排水設(shè)施不按施工3 隧道水害及整治措施 規(guī)范要求操作等，使地下水豐富地區(qū)的隧道造成嚴重的滲漏水。 3.材料 如果所選用的防水材料達不到國家質(zhì)量標準，會導(dǎo)致隧道的滲漏水病害。 4.監(jiān)理 監(jiān)理工程師應(yīng)對防水材料的選擇和使用，鋪設(shè)基層的處理，鋪設(shè)工藝等進行跟蹤檢查，確保防水質(zhì)量。 3 隧道水害及整治措施 5.驗收 工程竣工后，從襯砌表面往往看不出什么問題，管理單位缺乏檢驗手段，有時又接近運營期限，往往對交驗前的滲水情況，缺乏進一步查驗，只好按竣工報告及施工總結(jié)，勉強驗收，導(dǎo)致運營后滲漏水逐漸嚴重。 6.匹配 防水技術(shù)的匹配就是指防水設(shè)計、防水材料和防水施工工藝與防水工程相

13、適應(yīng)的問題。 1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作5 襯砌侵蝕及整治措施6 隧道凍害及整治措施2 隧道檔案的建立3 隧道水害及整治措施4 襯砌裂損及整治措施4 襯砌裂損及整治措施 襯砌變形有橫向變形和縱向變形兩種，其中橫向變形是主要變形。襯砌橫向變形是指襯砌由于受力原因而引起拱軸形狀的改變。 1.襯砌變形 襯砌移動是指襯砌整體或其中一部分出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(傾斜)、平移和下沉(或上抬)等變化，也有縱向與橫向移動之分，其基本形態(tài)如表13-4和表13-5所示。 2.襯砌移動表13-4隧道襯砌縱向移動的基本形態(tài)表13-5 隧道襯砌橫向移動的基本形態(tài)續(xù)上表 3.襯砌開裂 襯砌開裂是指襯砌表面出現(xiàn)裂紋（或龜裂）和裂縫（寬度

14、較大）或貫通襯砌全部厚度的裂紋的總稱，是襯砌變形的結(jié)果。襯砌開裂包括有張裂、壓潰和錯臺三種。 1.張裂 彎曲受拉和偏心受拉引起的裂損，其特征是裂紋、裂面與應(yīng)力方向正交，縫寬由表及里逐漸變窄。如圖13-6所示。 2.壓潰 彎曲或偏心受壓引起的襯砌裂損。裂紋邊緣呈壓碎狀，嚴重時受壓區(qū)表面產(chǎn)生魚鱗狀碎片（中間厚，四周薄）剝落掉塊等現(xiàn)象，如圖13-7所示。圖13-6圖13-7 3.錯臺 由剪切力引起的裂縫，裂縫寬度在表面至深處大致相同，襯砌在裂縫兩側(cè)沿剪切方向有錯動，即形成錯臺，如圖13-8所示。圖13-8 1.裂損的自然發(fā)展過程 襯砌結(jié)構(gòu)受力（輕微變形、移動）局部出現(xiàn)少量裂紋（變形范圍，變形量增大；

15、移動部位，移動量增大）裂紋寬度、密度增大，隧道凈空變?。▏乐?變形，移動顯著增大）隧道凈空嚴重縮小、襯砌破碎、失去承載能力局部掉塊、失穩(wěn)、甚至拱坍墻倒。 2.裂損發(fā)展的主要規(guī)律 襯砌的裂損發(fā)展一般有緩慢變化，急劇變化，相對穩(wěn)定等三個不同的階段，往往是交替呈周期性地出現(xiàn)。 3.裂損的分布特點 了解和掌握襯砌裂損的分布特點，就能及早發(fā)現(xiàn)病害，及時采取對策。襯砌裂損的分布一般有以下特點。u 洞口與洞口段，特別是斜交洞門有偏壓或邊、仰坡不穩(wěn)固的洞口段。u 設(shè)有大型洞室的節(jié)段或各種洞室的接頭處。u 洞身穿過斷層、構(gòu)造破碎帶、接觸變質(zhì)帶、滑坡帶等山體壓力大且?guī)r體不穩(wěn)定的節(jié)段。u 洞身穿過軟弱圍巖的節(jié)段。u

16、 偏壓隧道沒有采用加強襯砌或偏壓襯砌的節(jié)段。u 寒冷地區(qū)圍巖有凍脹現(xiàn)象的節(jié)段。u 襯砌實際厚度不足或圬工強度過低的節(jié)段。（1）按縱向節(jié)段分布：u 洞口附近及傍山隧道靠山側(cè)裂損多，靠河側(cè)少。靠山側(cè)以拱腰、墻腰內(nèi)緣張裂多，靠河側(cè)墻頂壓劈或墻腳張裂較多。u 襯砌斷面對稱，實際荷載分布不對稱的變形、移動和裂損的部位也不對稱。u 襯砌的變形、移動和裂損多沿施工期間出現(xiàn)過的裂縫和施工縫發(fā)展。 u 施工中超挖過大沒有回填或回填不密實及施工中發(fā)生大塌方的節(jié)段。u 施工中已經(jīng)發(fā)生裂損的節(jié)段。（2）按橫斷面分布：u 襯砌背后存在沒有回填或回填不密實處則該部位易出現(xiàn)較大的移動和外鼓。u 襯砌背后臨時支撐未能全部拆除

17、的，在支撐部位會出現(xiàn)較大的集中荷載，此處襯砌內(nèi)緣易出現(xiàn)張裂和錯臺。u 采用三心圓尖拱襯砌的隧道，易在拱腰墻腰產(chǎn)生內(nèi)鼓開裂拱頂內(nèi)緣壓碎。u 由于各種原因（如坍方、拱架下沉、施工困難等）造成襯砌厚度不足，則此處襯砌容易發(fā)生變形和裂損。（2）按橫斷面分布：4 襯砌裂損及整治措施 整治襯砌裂損病害首先要消滅已有的襯砌裂損帶來的對結(jié)構(gòu)及運營的一切危害，并防止再加大裂損。其次是采取以穩(wěn)固圍巖為主，穩(wěn)固圍巖與加固襯砌相結(jié)合的綜合治理措施。 1.襯砌裂損的整治原則 2.穩(wěn)固巖體的工程措施 (1).治水穩(wěn)固巖體 地下水的浸泡與活動對各種圍巖的穩(wěn)定性消弱最大。通過疏干圍巖含水，堅決地采取治水措施是穩(wěn)固巖體的根本措

18、施之一。 （2）錨桿加固巖體 對較好的巖體（小于級），自襯砌內(nèi)側(cè)向圍巖內(nèi)打入一定數(shù)量和深度（35m）的金屬錨桿、砂漿錨桿，可以把不穩(wěn)定的巖塊固定在穩(wěn)定的巖體上，提高破碎圍巖的黏結(jié)力。 （3）注漿加固巖體 通過向破碎松動的巖體壓入水泥漿液和其它化學(xué)漿液（如鉻木素、聚氨酯等），加固圍巖。 （4）支擋加固巖體 對靠山、沿河偏壓隧道或滑坡地帶，除治水穩(wěn)固山體外，尚可采用支擋措施，包括設(shè)支擋墻、錨固沉井、錨固鉆（挖）孔樁等來預(yù)防山體失穩(wěn)與滑坡，這種工程措施只能用于洞外整治。 （5）回填與換填 如果襯砌外周圍存在著各種大小空隙（如超挖而沒有回填等），要采取回填措施，用砂漿或混凝土將圍巖空隙回填密實。如果隧

19、底存在厚度不大的軟弱不穩(wěn)定的巖體或有不穩(wěn)定的充填物，可以采取換填辦法處理。 3.襯砌更換與加固 （1）壓漿加固 圬工體內(nèi)壓漿加固： 襯砌裂損發(fā)展非常緩慢或者已呈穩(wěn)定，可以進行圬工體內(nèi)壓漿，一般以壓環(huán)氧樹脂漿為主，并選擇無水季節(jié)施工。 襯砌背后壓漿加固： 主要是針對襯砌的外鼓和整體側(cè)移。在拱后壓漿增加拱的約束可以起到提高襯砌剛度和穩(wěn)定性的作用，所以一般可以局部應(yīng)用，主要在發(fā)生外鼓變形的部位。 （2）嵌補加固 對已呈穩(wěn)定暫不發(fā)展的裂縫，如果不能采取壓漿加固者則采用嵌補加固。 （3）噴錨加固 裂損襯砌的所有內(nèi)鼓變形和向內(nèi)移動的裂損部位，采用（預(yù)應(yīng)力）錨桿加固巖體（如圖13-10所示），可將襯砌與巖體

20、嵌固在一起，形成一個均勻壓縮帶，以增強圍巖的穩(wěn)定性。 (4) 套拱加固 如果混凝土質(zhì)量差，厚度不夠，或受機車煤煙侵蝕，掉塊剝落嚴重，并且拱頂凈空有富余時，可對襯砌拱部加筑套拱（如圖13-11所示）或全斷面加筑套拱（如圖13-12所示）圖13-10 錨噴加固圖13-11拱部套拱加固圖13-12全斷面套拱加固 (5) 更換襯砌 拱部襯砌破壞嚴重，已喪失承載能力，用其它整治補強手段難以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，或者襯砌嚴重侵入限界，采用其它整治措施有困難時，采用全拱更換，徹底根除病害。 (6) 其它加固手段 當(dāng)僅有墻腳內(nèi)移而不下沉和隧底巖土隆起時，可在墻基處增設(shè)混凝土支撐以擴大基礎(chǔ)，如圖13-13所示。隧底圍巖

21、軟弱下沉或隧底填充上鼓時，可加設(shè)仰拱，如圖13-14所示。圖13-13 墻基混凝土支撐加固圖13-14 增設(shè)仰拱加固1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作6 隧道凍害及整治措施2 隧道檔案的建立3 隧道水害及整治措施4 襯砌裂損及整治措施5 襯砌侵蝕及整治措施5 襯砌侵蝕及整治措施 1.水蝕 主要指襯砌受到地下水的作用而產(chǎn)生的腐蝕。一般發(fā)生在隧道的拱部、邊墻、仰拱、排水溝和電纜槽等各部位。 （1）溶出型侵蝕 （2）硫酸鹽侵蝕 （3）鎂鹽和氨化物的侵蝕 2.煙蝕 主要是指在蒸汽機車牽引的區(qū)段，其產(chǎn)生的“煙霧”對襯砌混凝土產(chǎn)生的侵蝕，分為化學(xué)性侵蝕和機械性侵蝕。 3.凍蝕 凍蝕是指在嚴寒地區(qū)的隧道，混凝土襯砌

22、由于凍融交替產(chǎn)生的侵蝕。 4.骨料溶脹 骨料溶脹指襯砌混凝土中的粗、細骨料中含有遇水溶解和膨脹的材料而造成的對襯砌的侵蝕。 5 襯砌侵蝕及整治措施 在各類侵蝕病害中，除了煙的機械侵蝕外，水是主要的致害媒介，因此，防蝕必先治水。環(huán)境水對混凝土和水泥砂漿的侵蝕作用主要可歸納為三種：溶出性侵蝕（即非結(jié)晶性侵蝕）、結(jié)晶性侵蝕和復(fù)合性侵蝕（溶出性和結(jié)晶性兩種侵蝕同時作用或交替作用）。 1.防侵蝕原則5 襯砌侵蝕及整治措施 (1) 采用抗侵蝕混凝土 1）抗侵蝕水泥材料的選擇 2）采用外加劑 (2)采用防蝕層 1）防蝕層鋪設(shè)面的確定 2）制作防蝕層 3）伸縮縫、變形縫防蝕 4）已腐蝕襯砌的加固與翻修 2.防侵蝕的方法1 隧道運營階段的養(yǎng)護工作2 隧道檔案的建立3 隧道水害及整治措施4 襯砌裂損及整治措施5 襯砌侵蝕及整治措施6 隧道凍害及整治措施6 隧道凍害及整治措施 1.冰柱、冰溜子 滲漏的地下水