隧道工程毕业设计-隧道病害整治方法探讨.doc

毕 业 设 计 （论文）题目：隧道病害整治方法探讨 毕 业 设 计（论文）评 议 意 见 书专 业铁道运输工程姓 名孙志超题 目隧道病害整治方法探讨指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师：年 月 日答辩组意见答辩组负责人：年 月 日备注毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：隧道病害整治方法探讨 一、 毕业设计论文内容通过隧道病害方面的学习，认识到隧道病害的危害、影响，比如滑坡的危害，风沙对隧道的危害，钢轨接头对隧道的危害等等。基于这些危害提出一些可行的解决方法， 施工单位应养成“边施工，边管护”的习惯，完成某一项目施工后随即进行养护处理。监理人员在现场发挥监督管理作用，发现质量问题立刻指出且要求返工维修。施工单位所采购的材料要符合建筑行业规定的标准，现场配制混凝土也要严格控制原始材料的比例。只有材料质量优化改善，正常使用即可起到良好的抗寒抗冻效果，建筑物结构不易受损。二、 基本要求1.加没保温衬层在消除隧道渗、漏水的基础上，隧道衬砌加筑一层保温层，净空富裕地段修建在原衬砌的内侧，改建衬砌段可设在衬砌外侧。适用于隧道的内衬保温材料有：加气混凝土，膨胀珍珠岩(膨胀蛭石、漂石)混凝土，多孔烧粘土陶粒混凝土。这些材料可制成预测块砌筑，以便施工和更换、也可喷射混凝土。2.降低水的冰点向围岩中注入丙二醇、氯化钙、氯化钠，使水的冰点降低，从而降低围岩的起始冻结温度，达到防冻目的。3.采暖防冻在浅埋侧沟洞口段上下层水沟间铺设暖气管道，冬季每天以锅炉供热汽三次，保持气温+3 +4 ，不发生冰塞，或夏季白天机械送热风融化泄水洞内结冰。三、 重点研究问题1、线路爬行2、钢轨接头病害3、曲线钢轨病害四、 主要技术指标1.新建和改建排水设备要求实测隧道内最大冻结深度，合理确定水沟埋深；严寒地区适当把主扩水沟(渗水沟、泄水洞)设在冻结圈以下，并要最大限度地降低冻结圈内围岩的含水量。适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-15 、当地粘性土冻深在1.5 m2.5 m、水量小的条件。防寒泻水洞见图3-5，适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-25 、当地粘性土冻深大干2.5 m、水量较大的条件2.保温水沟寒冷地区当设没埋侧沟时，必须采取可靠的保温防冻措施。浅埋保温侧沟，适用于寒冷地区。最冷月平均气温低于-10 ，当地粘性土冻深在 1.01.5 m范围，冬季有水的条件。而且，还要按实际需要修筑盲沟、泄水孔、横向沟(洞)、保温出水口等配套排水设备。衬砌背后空隙用砂浆回填密实，排水设施或泄水沟应保证不冻结。五、 其他需要说明的问题由于某些技术发展不完善和条件的限制等原因，文章可能对某些观点的阐述不准确,也可能因为本人水平的原因，对某些观点的阐述可能有错误。望给予批评指正。开题报告 铁路线路由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，常年裸露在大自然中，轨道几何尺寸不断发生变化。路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。伴随着铁路跨越式发展战略的不断深化，威海地方铁路实现了货物直通运输并开办集装箱运输业务的重载列车运行。重载列车的开行，在快速扩充运输能力，大大降低成本的同时，也相应地加剧了对铁路线路的破坏。导致钢轨、联接零件及轨枕不断磨损，线路设备、道床变化加快。道床脏污、板结、变形、翻浆冒泥等病害增多。从维修中可以看到，重载铁路轨道结构破坏主要以线路爬行、钢轨及接头联接零件病害和曲线病害居多。为了能够预防这些病害的发生和发展，工务段要找出其病害形成的原因，进行合理整治，以加强设备的使用寿命，保持线路设备完整和质量均衡。以规定速度安全、平稳和不间断地运行。摘要 线路规划是铁路工程改造的重点，属于前期性的项目策略内容。为了保证铁路工程施工的正常进度，大多数工程单位在没有做好前期规划的前提下盲目动工，导致铁路建设期间产生异常病害，严重影响了铁路结构使用性能的发挥。从经济收益、交通运输、行业发展等多个角度考虑，施工单位必须要及时处理铁路病害问题，采取针对性的防治措施完善铁路工程建设。铁路工程是国家投资的重点项目，对社会交通运输水平的提升有很大的影响。新时期国家投资交通事业发展，铁路线路规划方案受到了高度重视，其不仅决定了项目规划的具体方案，也影响了后期作业的成本资金消耗。因多方面条件的限制，铁路线路在改造施工期间常会面临多种病害现象，若不及时采取措施处理则会降低工程建设的质量。针对这一点，本文主要分析了铁路线路常见的病害形式及处理方法。铁路线路由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，常年裸露在大自然中，轨道几何尺寸不断发生变化。路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。关键词: 线路病害； 方法； 整治 目录摘要 1第一章 隧道病害及预防整治8 1.1 隧道病害概述8 1.2 隧道病害的类型、特征及预防8第二章 隧道病害分析及施工技术18 2.1 隧道病害的介绍18 2.2 病害的表现形式.19 2.3 混凝土结构病害的处理20 2.4 防范铁路病害的策略20 2.5 具体的整治施工技术21第三章 结论 26 3.1 隧道病害的危害及影响 .26 3.2 结论.27参考文献27第1章 隧道病害及预防整治1.1 隧道病害概述 随着我国西部大开发战略的实施，铁路不断向多山的西部地区延伸，研究隧道病害的预防整治具有了很强的紧迫性和必要性。隧道，从狭义上讲是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。广义上讲隧道是以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2 m2的洞室。隧道是铁路、道路、水渠、各类管道等遇到岩、土、水体等障碍时开凿的穿过山体或水底的内部通道，是“生命线”工程。铁路隧道、公路隧道和地铁隧道属交通隧道，是主要的隧道类型。我国地域辽阔，各地自然条件差异很大，隧道所穿越山体的工程地质及水文地质条件复杂多变，同时既有隧道又受修建时期的设计与施工技术条件的限制。1.2 隧道病害的类型、特征及预防1.2.1 隧道水害 隧道水害主要指运营隧道水害，即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害。隧道水害是最常见的隧道病害。隧道和地下工程处于岩土层中，修建后成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道穿过或靠近含水地层，时刻受地下水的渗透作用，如衬砌的防水及排水设施不完善，地下水就会侵入隧道，发生隧道渗漏水病害。在我国已投入使用的所有隧道中，出现漏水、渗水病害的几乎占隧道总数的1/3。不漏水的隧道几乎是没有的，而完全防止漏水也相当困难。隧道中发生漏水后，将显著缩短铁路线路的材料及隧道本身的使用年限，将会影响列车的运行。为了将隧道水害减少到最低限度，在隧道进行防水的同时，还要迅速把积水排出。隧道水害对隧道的危害极大，隧道渗漏水不仅会腐蚀隧道的内部设备(如线路的钢轨和扣件、通风设备及电气设备等)，而且还是衬砌裂损的主要因素之一。在严寒地区的冬季，洞口段常因拱顶漏水而结冰，形成“挂帘”现象，必须经常“打冰”；有时轨道间会结冰而影响行车安全，此时就必须“刨冰”。当隧道内积水量大时会淹没道床，使碎石道床道碴松动，影响线路的稳定。此外，由于水能软化地基，因此对整体道床来说，如其下基岩被水软化将导致整体道床产生裂损、沉陷、翻浆冒泥等病害，并使线路的轨距、水平、方向难以保持，危及行车，总之，隧道渗漏水是隧道内各种病害的主要根源。整治水害是隧道养护中的一项十分重要的工作.隧道渗水和漏水隧道渗漏，按其发生的部位和流量可分为：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、地质条件等的影响。隧道渗漏按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。地下水补给有稳定的地下水源补给，其流量四季变化不大；地表水补给，其流量随地表水季节性变化而变化。同一渗漏水处所也可能有两种补给水源.隧道渗漏水对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生许多不良影响甚至威胁。渗漏水促使混凝土衬砌风化、剥蚀，造成衬砌结构破坏；渗漏水还会软化围岩，引起围岩变形；有些隧道渗水中含石侵蚀性介质，造成一般的衬砌混凝土和砌筑砂浆腐蚀损坏。降低衬砌的承载能力；在寒冷和严寒地区，隧道漏水会造成边墙结冰、供部挂冰，侵入隧道建筑限界、还会造成衬砌冻胀裂损。渗漏水加快内部设备(通讯、照明、钢轨等)锈蚀，影响设备的正常使用，缩短线路设备的使用寿命，增加维修费用。水害引发路基下沉、基底裂损、翻浆冒泥等病害，导致铁路线路轨距水平变形超限、冻胀引发洞内线路起伏不平，以及洞内漏水潮湿降低轮机粘着力，均会影响行车安全；水害使电绝缘失效、短路、跳闸，影响安全运营，引发漏电伤人事故；少数隧道，暴雨后隧道铺底破损涌水，造成淹没轨道，冲空道床、影响行车安全。重渗漏水引发地面和地面建筑物的不均匀沉降和破坏。漏造成地表水和含水层水大量流失，破坏周围水环境，造成环境灾害。衬砌周围积水指运营隧道中地表水或地下水向隧道周围渗流汇集，如不能迅速排走，会引起的病害。这种病害包括：水压较大时导致衬砌破裂。围岩浸水软化，承载力降低，对衬砌压力加大，导致衬砌破裂。膨胀性围岩体积膨胀，导致衬砌破裂。寒冷地区引发冻胀病害。潜流冲刷指由于地下水渗流和流动而产生的冲刷和溶蚀作用，其危害有：衬基础下沉，边墙开裂或仰拱、整体道床下沉开裂。围岩滑移错动导致衬砌变形开裂。超挖围回填不实或未全部回填者，引起围岩坍塌，导致衬砌破坏。以上为运营隧道水害。隧道水害的另一类是施工中的隧道水害，主要指隧道施工过程中围岩的地下水或部分地表水、以渗漏或涌出方式进人隧道内造成的危害。施工隧道水害，轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成巨大经济损失，危害环境，如大瑶山隧道因突水造成班古坳竖井淹没，丧失作用。 在多年来隧道病害整治实践工作中，我们已经积累了丰富的经验，创造了很多行之有效的方法。归纳起来就是：截、堵、排相结台，因地制宜，综合整治。整治运营隧道渗漏水病害的原则，应做到拱部边墙不滴水、隧底不涌水、道床不积水、安装设备的孔眼和锚杆不渗水；寒冷地区洞内无冻害、冻胀、无积水。为了达到这些要求，特别是已形成病害的隧道的治水原则：应因地制宜地采用截、堵、排综合整治措施，衬砌拱部宜考虑封闭防水，边墙设置排水设施。在下一章及以后的章节中，我将对隧道水害的整治预防问题进行深入的研究和细致的讨论。1.2.2 隧道衬砌裂损 隧道衬砌是承受地层压力、防止围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。作用在支护衬砌上的地层压力，主要有形变压力、松动压力，在膨胀性地层有膨胀压力，在有冻害影响的隧道存在冻胀性压力。由于形变压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学状态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。衬砌产生裂缝，造成开裂性损害，是运营隧道主要而又多见的一种病害，按裂缝产生的状况，衬砌裂缝可分为以下几种类型：衬砌开裂,隧道衬砌裂缝由裂缝走向及其和隧道长度的相互关系，分为纵向裂缝、环向裂缝和斜向裂缝三种。环向工作缝裂纹，一般对于衬砌结构正常承载影响不大。拱部和边墙的纵向及斜向裂缝，破坏结构的整体性，危害较大纵向裂缝 ,纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害性最大，发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。纵向裂缝分布具有拱腰部分比拱顶多，双线隧道主要产生在拱腰，单线隧道主要产生边墙的规律。从受力分析来看，拱顶混凝土衬砌一般是内缘受压形成内侧挤压衬砌开裂、剥落掉块；拱腰部位主要是混凝土衬砌内线受拉张开；拱脚部位裂缝则会产生衬砌错动，导致掉拱的可能；边墙裂缝常因混凝土衬砌内缘受拉张开而错位，会使整个隧道失稳。环向裂缝，主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉阵缝等处理不当所引起，多发生在洞口或不良地质地带与完整岩石地层的交接处。环向裂缝约占裂缝总长的30 %40 %. 斜向裂缝一般和隧道纵轴呈45 左右，也常因混凝土衬砌的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成的，其危害性仅次于纵向裂缝，也需认真加固。有关部门曾对我国铁路88座典型隧道，全长78 km，裂纹总长度32482延长米的裂损情况进行了调查统计。纵向裂纹、斜向裂纹及环向裂纹三种类型情况。按衬砌受力变形形态和裂口特征分类，主要分为衬砌受弯张口型裂纹，内缘受挤压闭口型裂纹，村砌受剪错台型裂纹，收缩性环向裂纹等四种，其中，以拱腰受弯张口型纵向裂纹最为常见，衬砌向内位移；相应拱顶部位发生内缘受压闭口型裂纹，向上位移。纵向和斜向裂纹，使隧道衬砌环向节段的整体件遭到破坏。当拱腰和边墙中部出现两条以上粗大的张裂错台，并与斜向、环向裂纹配合，衬砌被切割成小块状时，容易造成结构失去稳定、发生坍落，对运营安全威胁最大。 隧道混凝土衬砌裂缝情况调查统计表顺序裂纹种类占裂缝长度的比例()部位占裂缝长度的比例()1纵向裂缝79.3拱腰纵裂墙边纵裂拱脚纵裂拱顶纵裂64.719.912.23.222横向裂缝4.9拱部边墙3环向裂缝14.1拱部边墙混凝土衬砌发生收敛变形、造成隧道净空不够，或侵占预留加固的空间，个别隧道的混凝土衬砌侵人3040 mm，此运营隧道需定期进行限界测量，作为加固的依据。 按隧道衬砌受力变形形态和裂口特征分类表顺序裂纹种类隧道混凝土衬砌受力变形形态和裂口特征1、衬砌受弯张口型裂纹 常见在拱腰部位，边墙中部，衬砌承受较大的地层压力的作用，衬砌受弯向内位移，内缘拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，发生张口型裂纹。2、内缘受挤压闭口型裂纹 常见在对应于两拱腰处发生较严重的纵向张裂内移地段的拱顶部位，出现闭口型纵裂，衬砌向上位移。其中较严重处，拱顶内缘在高挤压应力作用下发生剥落掉块。3、趁砌受剪错台型裂纹 偶见拱腰部位衬砌，在其背后局部松动滑移围岩的推动作用下，沿水平工作缝较薄弱处，有一侧的衬砌变形突出，形成错台型裂纹。4、收缩性环向裂纹多见在隧道靠洞口地形，受气温变化影响较大，混凝土衬砌环向施工缝出现收缩性裂纹。我国西南地区不少铁路隧道混凝土衬砌被酸性地下水所腐蚀。这些地区的地下水中硫酸根在水中含量高达6000 mg/L，因而造成混凝土衬砌和道床被腐蚀成豆腐渣状，强度降低30 %，这种混凝土衬砌的处理和加固难度较大。衬砌与围岩之间没有回填密实，出现脱空，空洞从0.31.5 m不等，一般加固方法较困难。仰拱破碎，道床下沉，翻浆冒泥，直接影响行车安全，加固修衬又受行车时间限制，因此施工时必须及时处理。裂缝整修，小裂缝,又无渗水，可用水泥浆嵌补，或先凿槽后再用1:1水泥砂浆或环氧树脂砂浆涂抹。为防止砂浆固结收缩,可在制备砂浆时加入l0 17 微膨胀剂；裂损严重,拱圈有多道裂缝，部分失去承载能力，原则上拆除重建，一般用锚网喷或喷射早强钢纤维混凝土；开裂严重，但拱圈基本形状无较大变形时。可采用素喷或网喷混凝土整治；衬砌背后空洞压浆，底板的稳定处理，换拱、换边墙1.2.3 隧道冻害 隧道冻是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。寒冷地区指最冷月平均气温为-5 -15 地区。严寒地区指最冷月平均气温低干-15 地区。隧道冻害会导致衬砌冻胀开裂，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。我国幅员辽阔，冻土地区分布广泛(其中多年冻土占整个陆地面积的1/5)，现有的铁路、公路隧道相当一部分处于冻土分布地区。随着铁路和公路交通的进一步发展、在寒冷地区特别是西部地区修建的隧道不断增多，隧道冻害问题会随之增多，例如青藏铁路格尔木到拉萨段有多座隧道在高原多年冻土区，青藏公路也有多座隧道位于高原多年冻土区。因此隧道冻害也是高寒地区隧道最常见的病害。拱部挂冰、边墙结冰隧道漏水冻结，在拱部形成挂冰，不断增长变粗；在边墙形成冰柱，多条相近的冰柱连成冰侧墙；如不及时清除，挂冰、冰柱和冰侧墙侵入限界，对行车安全造成严重威胁。围岩冻胀病害 ，级围岩和风化破碎、裂隙发育的级围岩，在隧道冻结圈范围内含水量达到起始冻胀含水量以上，并具有水分迁移和聚冰作用条件下，围岩产生强烈的冻胀，抗冻胀能力差的直墙式衬砌产生变形，限界缩小，衬砌裂损；洞门墙和冀墙前倾裂损，洞口仰拱坍塌。隧道拱部发生变形与开裂，拱部受冻害影响，拱顶下沉内层开裂，严重时有错牙发生，拱脚变形移动。冻融时又有回复，产生残余裂缝，多次循环危及结构安全。隧道边墙变形严重，边墙壁后排水不畅，积水成冰，产生冻胀压力，造成拱脚不动，墙顶内移，有的是墙项不动、墙中发生内鼓、也有墙顶内移致使断裂多段。隧道内线路冻害，线路结构下部排水措施，在地下水丰富地区，水在冬季就冻结，道床隆起，在水沟处因保温不好，与线路一样有冻结，这样水沟全长也会高低不平。冻融使线路和道床翻浆冒泥、水沟断裂破坏。水沟破坏后排水困难，水渗入线路又加大了线路冻害范围。构砌材料冻融破坏，隧道混凝土设计标号较低，抗渗性差，在富水区域水渗入混凝土内部。冬季混凝土结构内冻胀，经多年冻融循环使结构变酥、强度降低，造成冻融破坏，洞口段陈融变化不大，衬砌除结构内因含水受冻害外，岩体冻胀压力传递等破坏，促使衬砌发生纵向裂纹和环向裂纹。隧底冻胀和融沉，对多年冻土隧道，隧底季节融化层内围岩若有冻胀性，而底部没有排水设备，每年必出现冻胀融沉交替，无铺底的线路很难维持正常状态，有时铺底和仰供也发生隆起或下沉开裂。衬砌发生冰棱 ，硬质围岩衬砌背后积水冻胀，产生冰冻压力(称为冰劈作用)，传递给衬砌。经缓慢发展，常年积累冰冻压力像楔子似的，使衬砌发生破碎、断裂、掉块等现象。已裂解为小块状的拱部衬砌温凝土块，在冰劈作用下，可能发生错动掉块。衬砌的工作缝和变形缝充水冻胀、经多次冻融循环，使裂缝不断扩大开、疏松、剥落等病害。洞内网线挂冰，隧道漏水落在铁路电力牵引区段的接触网和电力、通讯、信号架线上结冰。如不及时除掉，会坠断网线、放电、跳闸，中断通讯、信号，危及行车和人身安全。严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止冻融坍塌等，可以根据实际情况综合应用讨论。其具体整治有以下几种措施：(1)综合治水隧道冻害的根本原因就是围岩地下水的冻结，如果能将水排除在冻结圈以外，杜绝水进人冻结困，就能达到防止冻害的目的，因此，综合治水是防治冻害的最基本措施。综合治水要在查明冻害地段隧道漏水及衬砌背后围岩含水情况后，采取“防、排、堵、截”综合治水措施，消除隧道漏水和衬砌背后积水，具体措施包括：加强接缝防水，防水材料要有一定抗冻性，以消除接缝漏水。完善冻害段隧道的防、排水系统，消除衬砌背后积水，并防止冻结圈外的地下水向冻结圈内迁移。新建和改建排水设备，要求实测隧道内最大冻结深度，合理确定水沟埋深；严寒地区适当把主扩水沟(渗水沟、泄水洞)设在冻结圈以下，并要最大限度地降低冻结圈内围岩的含水量。深埋渗水沟见图3-4，适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-15 、当地粘性土冻深在1.5 m2.5 m、水量小的条件。防寒泻水洞见图3-5，适用于严寒地区、最冷月平均气温低于-25 、当地粘性土冻深大干2.5 m、水量较大的条件。保温水沟，寒冷地区当设没埋侧沟时，必须采取可靠的保温防冻措施。浅埋保温侧沟，适用于寒冷地区。最冷月平均气温低于-10 ，当地粘性土冻深在 1.01.5 m范围，冬季有水的条件。而且，还要按实际需要修筑盲沟、泄水孔、横向沟(洞)、保温出水口等配套排水设备。衬砌背后空隙用砂浆回填密实，排水设施或泄水沟应保证不冻结。多年冻土中的隧道，在多年冻土区修建隧道可采用中心深埋泄水洞以及隧道综合排水、防寒措施，见图3-6。(2)更换或改造土壤将冻结圈内的围岩更换或改造，将冻胀土变为非冻胀土、透水性强的粗粒土或保温隔热材料，从而达到防治冻害的目的。更换土壤一般是将砂粘土、粉砂、细砂更换为碎、卵石或炉渣，换土厚为冻深的0.851.0倍，同时加强排水，防止换土区积水。改造土壤就是采用压浆固结方法，在砂类土及砾卵石等容易压浆的岩土中注入水泥水玻璃或其他化学浆固结冻结圈内岩土，消除冻胀性。改造土壤的另一种方法就是在冻结圈注入憎水性填充材料，使之堵塞所有孔隙、裂隙，阻止土中水分迁移和聚冰作用。(3)保温防冻保温防冻通过控制湿度，使围岩中水分达不到冰点，以达到防冻目的，方法主要有保温、供热、降低水的冰点。加没保温衬层，在消除隧道渗、漏水的基础上，隧道衬砌加筑一层保温层，净空富裕地段修建在原衬砌的内侧，改建衬砌段可设在衬砌外侧。适用于隧道的内衬保温材料有：加气混凝土，膨胀珍珠岩(膨胀蛭石、漂石)混凝土，多孔烧粘土陶粒混凝土。这些材料可制成预测块砌筑，以便施工和更换、也可喷射混凝土。降低水的冰点，向围岩中注入丙二醇、氯化钙、氯化钠，使水的冰点降低，从而降低围岩的起始冻结温度，达到防冻目的。采暖防冻，在浅埋侧沟洞口段上下层水沟间铺设暖气管道，冬季每天以锅炉供热汽三次，保持气温+3 +4 ，不发生冰塞，或夏季白天机械送热风融化泄水洞内结冰。(4)结构加强防水混凝土曲墙加仰拱衬砌，冻结圈或融化圈内的岩土，经受强烈频繁的冻融破坏，岩土性质改变，冻胀性由弱变强，冻害逐步发展，需要采用加强衬砌，一般宜采用半圆形拱圈、曲边墙加仰拱衬砌型式，这适用于级围岩和风化破碎、裂隙发育的级围岩地段。防水钢筋混凝土衬砌，为了减少开挖和衬砌施工，可采用加设单层或双层钢筋网的防水钢筋混凝土衬砌，适用于级以上局部冻胀性围岩地段。网喷混凝土加固，加设抗冻胀锚杆有锚固条件的级以上围岩，局部冻胀性硬岩地段，对既有冻胀裂损衬砌，可应用喷锚加固技术，但需满足限界要求。(5)防止融塌隧道洞内要防止基础融沉，可采用加深边墙至冻土上限以下或冻而不胀层；防止道床春融翻浆可采用加强底部排水，疏干底部围岩含水或采用换土法。除此以外，还可以采用以下措施：加大侧向拱度，使拱轴线能更好地抵抗侧向冻胀；拱部衬砌厚度增加，一般加厚l0 cm左右；提高衬砌混凝土标号或采用钢筋混凝土；隧底增设混凝土支撑。1.2.4 隧道衬砌腐蚀病害 铁路、公路线分布广，隧道所接触的地质条件干差万别。其中有些地区富含腐蚀性介质。衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理性侵蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀的主要影响因素有：衬砌垮工的质量和水泥的品种，渗流到衬砌内部的环境水含侵蚀性介质的种类和浓度、环境的温度和湿度等自然条件。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低隧道衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。为确保隧道建筑物的安全使用，应积极对衬砌腐蚀病害进行防治，研究分析隧道产生腐蚀的原因及作用机理，指导隧道腐蚀的预防和整治。(1)隧道衬砌物理性腐蚀隧道衬砌受到物理性侵蚀的种类主要有：冻融交替部位的冻胀性裂损，干湿交替部位的盐类结晶性胀裂损坏两种。冻融交替部位的冻胀性裂损，隧道在寒冷和严寒地区衬砌混凝土充水部位。普通混凝土是一种非均质的多孔性材料，其毛细孔、施工孔隙和工作缝等，易被环境水渗透。充水的混凝土衬砌部位，受到反复的冻融交替冻胀破坏作用，产生和发展冻胀性裂损病害，造成混凝土裂损。干湿交替盐类结晶性胀裂损坏，隧道周围有含石膏、芒硝和岩盐的环境水。渗透到混凝土衬砌表面毛细孔和其他缝隙的盐类溶液，在干湿交替条件下，由于低温蒸发浓缩析出白毛状或棱柱状结晶，产生胀压作用，促使混凝土由表及里，逐层破裂疏松脱落。常见在边墙脚高1 m，混凝土沟壁，起拱线接缝和拱部等处裂缝呈条带状，局部渗水处成蜂窝状腐蚀成孔洞，露石、骨料分离，疏松用手可掏渣。干湿交替盐类结晶性胀裂损坏会造成混凝土或不密实的砂石衬砌和灰缝起白斑、长白毛，逐层疏松剥落。沿渗水的裂缝和局部麻面处所，呈条带状和蜂窝状腐蚀成凹槽和孔洞，深1025 cm。(2)隧道衬砌化学性腐蚀隧道衬砌混凝土腐蚀是一个很复杂的物理的、物理化学的过程。综合国内外目前研究成果，根据主要物质因素和腐蚀破坏机理，分为硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、软水溶出性侵蚀、碳酸性侵蚀、一般酸性侵蚀5种。硫酸岩侵蚀，腐蚀机理：主要原因是水中的硫酸盐离子浓度过高而与水泥等反应破坏混凝土。镁岩侵蚀，腐蚀机理：主要原因是水中含有硫酸镁、氯化镁等盐，其中镁盐与水泥石中的氢氧化钙发生反应生成硫酸盐腐蚀混凝土，或生成易溶于水的氯化钙等随水流失而造成对混凝土的侵蚀。软水侵蚀(溶出性侵蚀)，腐蚀机理：主要原因是水中碳酸氢根含量过少，在渗透水的作用下，混凝土中的氢离子随水陆续流失，使得溶液中的钙离子浓度降低，而使混凝土结构变的松散，强度逐渐降低。碳酸性腐蚀，腐蚀机理：主要原因是水中的含量过高，与碱性水泥石反应，导致水泥石中钙离子的流失而使混凝土结构松散。一般酸性腐蚀，腐蚀机理；主要原因是水中合有大量的氢离子，各种酸与水泥石中氢氧化钙的作用后，生成相应的钙盐，降低混凝土的强度。隧道衬砌防腐蚀措施，应首先从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施产生腐蚀的三个要素是，第一，腐蚀介质的存在；第二，易腐蚀物质的存在；第三，地下水的存在且具有活动性。针对隧道腐蚀产生的原因和条件，目前，对隧道侵蚀采取的防治措施主要有以下几种：提高衬砌的密实度和整体性。外掺加料来提高混凝土的抗腐蚀性。选用耐侵蚀的水泥。加强衬砌外排水的措施。使用密实的、与混凝土不起化学作用的材料，在衬砌外表面做隔离防水层。采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌。向衬砌背后压注防蚀浆液。采用防腐蚀混凝土。1.2.5 隧道震害 隧道是处于地下的工程结构物，为岩土体所包围，其受力状态不同于地面结构，而且结构物的变形主要受到岩土体的约束，受力状态铰为复杂。 地下结构在地震作用下，由于周围岩土介质的存在，会发生不同于地面结构的响应。地震以地震波的形式传播能量，当地层被从基岩传入场地时，土壤介质在地震波的作用下，会产生运动，同时将运动传递给地下结构。对于小断面地下结构，在动力荷载作用下，土体结构相互作用可以忽略，此时地下结构随自由场土介质一起运动，因而动应力较小。而当地下结构存在明显的惯性或者土体结构间的仰坡因地震造成地层断裂、滑坡和崩塌落石，破坏和封堵洞门。刚度失配时，地下结构会产生过度变形而破坏。此时，地下结构与周围岩土介质之间会发生运动相互作用和惯性相互作用。(1)地震震级高，隧道距地震断裂带距离近的隧道。(2)隧道洞口，具体又包括以下部位：隧道洞口边坡。地震荷载引起隧道侧压增大，导致衬砌拱部上凸、塌落。地层横向剪切运动导致隧道横向错位。地震引发泥石流掩埋洞口。(3)特殊地层条件，一般包括：断层地带或隧道与断层、软弱带相交的部位。地层易发生液化的地带。施工中曾发生围岩塌方，衬砌上部山体己松动。(4)衬砌有缺陷的地段和部位，一般包括：衬砌质量不好，衬砌背后有空洞，衬砌与围岩结合不好的地段，衬砌接缝处理不好冻害、腐蚀导致衬砌强度降低。没有衬砌或村砌很薄。正在施工的隧道。使斜坡稳定，不设仰供，新设抵抗偏压的加厚边墙混凝土，拱架保护工程，内衬砌，锚杆加固工程。表面有岩石滑下危害的洞口，要延长隧道，重新衬砌，进行防护。有泥石流危险的洞口，治理山坡，筑防砂堤。有山体崩毁或流砂的区间以及随喷水而有泥砂流出的区间山体注浆及排水。1.2.6 隧道内空气污染隧道在运营过程中交通车辆、电气设备、抛弃的废弃物等释放出多种有害气体，瓦斯隧道本身还会释放出瓦斯气体，而隧道是一个闭塞空间，一般只有进出口与大气相通、有害气体不能很快消散。当积累的浓度超过一定值时、会引起严重影响。这些有害气体的影响是多方面的，第一，危害养护维修人员和机车车辆乘客人员的身体健康，有害气体浓度积累过高时，导致人急性中毒；第二，腐蚀隧道内的结构物、钢轨、扣件等设备；第三，降低隧道内能见度，妨碍行车安全和维修工作的正常进行。隧道通风就是采用自然或机械方式在隧道内形成风流，解决隧道运营环境中有害气体造成的空气污染问题。选择合理的通风方式和参数，需要对隧道内有害物质及浓度分布范围、洞内空气的污染影响因素、有害物的允许浓度标准、有害气体对人体健康的影响和改善洞内空气环境质量的措施等问题进行深入的研究。目前的隧道内空气卫生标准主要是针对蒸汽机车和内燃机车通过的隧道提出的,并且仅含两个指标(一氧化碳和氮氧化物)，而国内外研究结果表明，运营隧道空气中的主要有害物质一般应包括二氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、臭氧、总烃和粉尘六种，国外研究表明，电气机车通过的隧道中二氧化硫往往是主要有害物；国内研究表明，铁路隧道内粉尘污染较严重。解决隧道内有害气体对养护维修人员和机车乘务人员的危害，以及对各种设备的腐蚀是防治有害气体的主要任务。根据多年实践，解决这一问题的途径有：(1)将有害气体在一定时问内排出洞外，这是最重要的；(2)减少隧道内和司机室内有害气体的浓度；(3)使在隧道内的人员避免呼吸到高浓度的有害气体；(4)减少养护维修人员在恶劣环境中工作和接触有害气体的时间及劳动强度；1.2.7 隧道火灾 隧道火灾一般是车辆可燃材料燃烧所致，如座椅、轮胎、聚合物饰物、油桶和车辆运载货物等。众所周知，燃烧实际上是一个化学反应过程。可燃物质和所需空气在燃烧时便产生大量废气和热量，其主要特征为：(1)产生浓烟；在多数情况下，空气的供给往往超过所需的数量，于是，燃烧时产生的废气和过量的空气混合便成为了浓烟。(2)燃烧持续时间短；一般的车辆大约7min后闪燃。车辆着火持续时间随外条件而变化。火持续时间在30分钟至数小时之间。在隧道内燃烧作用取决于可燃物质数量、隧道横断面和燃烧持续时间，即在单位燃烧速度相同的情况下，同样的燃烧作用与隧道截面有关。(3)隧道内温度急剧升高；火场处温度的发展过程并不是按“温度-时间”标准曲线逐渐上升的，而是一开始就有一个急剧增加的过程。即在火灾开始的10分钟内，温度就上升到1000 以上。(4)放出大量的热量；在洞内燃烧过程中，产生大量热量，可燃物质的能量最多有10 以内部能量形式储存在隧道内烟气当中，而大部分能量以热传导的方式传递给隧道衬砌(有时引起析砌表面混凝土剥落)。修建一个平行的通风道，既可通风，也可用于逃离；采用防火的建筑材料与防火衬砌材料；积极建立启动隧道火灾检测报警系统；安装灭火装置和灭火器材；训练隧道灭火队伍；第二章 铁路病害及整治措施2.1 隧道病害 铁路线路由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，常年裸露在大自然中，轨道几何尺寸不断发生变化。路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。伴随着铁路跨越式发展战略的不断深化，威海地方铁路实现了货物直通运输并开办集装箱运输业务的重载列车运行。重载列车的开行，在快速扩充运输能力，大大降低成本的同时，也相应地加剧了对铁路线路的破坏。导致钢轨、联接零件及轨枕不断磨损，线路设备、道床变化加快。道床脏污、板结、变形、翻浆冒泥等病害增多。从维修中可以看到，重载铁路轨道结构破坏主要以线路爬行、钢轨及接头联接零件病害和曲线病害居多。为了能够预防这些病害的发生和发展，工务段要找出其病害形成的原因，进行合理整治，以加强设备的使用寿命，保持线路设备完整和质量均衡。以规定速度安全、平稳和不间断地运行。2.2 隧道病害的主要表现及防治 通过对钢轨病害的综合整治和预防，可延长设备使用寿命，减少养修成本的投入。但是，由于钢轨受力特征极其复杂，探索和总结钢轨病害整治、预防措施的工作仍然十分艰巨。1、线路爬行。线路爬行是万病之源，形成爬行的原因很多，其中主要有：钢轨在动荷载下的挠曲；列车运行的纵向力；钢轨温度变化；车轮在接头处撞击钢轨；列车制动等。当线路上防爬设备不足，扣件的扣压力及道床纵向阻力不够时就会加剧线路爬行。一般认为钢轨挠曲是线路爬行的主要原因，而其他的因素则促成和加剧了线路的爬行。防止线路爬行的措施主要是增加线路纵向阻力。加强轨枕与道床间的防爬阻力，方法是保持道床的标准断面，做到轨枕底下道碴厚度够，轨枕盒内道碴丰满，轨枕两端碴肩够宽，加强捣固。整好长平，保持线路平顺，夯实道床。此外对脏污严重的道床一定要进行清筛，以防止因翻浆冒泥和线路爬底，降低线路纵向阻力。2、钢轨接头病害。由于轧钢质量不好，出厂时钢轨内就存在核伤。接头养护不良，加重车轮冲击。车轮行经钢轨接头处，因接头形成了折角，车轮从一根钢轨走上另一根钢轨时，有悬空跳过去的现象，发生了冲击，这个冲击力一部分使钢轨端部和夹板挠曲，一部分使钢轨顶面及夹板和连接零件发生磨耗。如有低接头和接头松软或轨缝过大，过车时接头处发生的折角就会增大，车轮对接头的冲击也越严重，结果造成钢轨、夹板和连接零件的严重磨损或折断。在车轮冲击力作用下，端部顶面受到很大的压力，产生塑性变形。由于淬火与未淬火部分的硬度不同，形成马鞍型磨耗。钢轨接头病害的处理要求施工人员采取有效的焊接工艺，对钢构件实施有效的焊接处理，保证接头的质量以防止病害发生。3、曲线钢轨病害。钢轨在空间的位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因。由于钢轨位置不正确，使里外股钢轨受力不均匀和钢轨偏压，列车行走不平稳产生附压力打击钢轨而加速轨面磨耗。超高不合适，引起里外股钢轨受偏载和轮轨的不正常接触，而加速了钢轨的磨耗。轨底坡不正确，使钢轨顶面与车轮踏面不相吻合，钢轨顶面受偏压，也会加速钢轨磨耗。预防曲线病害的方法：保持正矢不超限，定期调查现场正矢，细心计算，全面拨正。特别是要保持曲线头尾的圆顺。对于曲线“鹅头”、“支嘴”等病害要及时整治。做好缓和曲线超高顺坡和正矢的递减，顺坡和递减时应等量进行，不要忽大忽小，缓和曲线头尾可适当增减3mm 的超高。合理设置外轨的超高。超高过大会加剧外股钢轨的侧面磨耗和里股钢轨的垂直磨耗。相反如超高过小，对外股钢轨也不利。2.3 隧道混凝土结构病害的处理 铁路路面病害不仅降低了工程的质量标准，也会对车辆交通的安全性构成威胁。因此，及时处理铁路路面病害是作业期间需要注意的问题，施工单位必须根据诱发病害的主要因素制定处理措施。目前，常见的路面病害有裂缝、沉降、起砂，每种病害的处理方法如下：2.3.1 起砂病害 起砂是由于混凝土路面受到力作用，部分混凝土脱落而引起的缺损，也会引起路面错台。骨料配制、气候条件等也会造成不同程度的起砂。起砂处理剂是该病害的常用材料，将其喷洒于铁路路面起砂位置，经过化学反应后可重新凝固混凝土，严重起砂的路面必须摊铺新的混凝土材料。2.3.2 裂缝病害 由于导致裂缝出现的因素较为复杂，处理时应从多方面考虑问题。一是材料方面，严格控制混凝土材料的配合比，选用高质量的原材料可保证混凝土性能；二是修补方面，裂缝处理技术包括：灌注技术、开凿技术、填充技术等，施工人员处理时可根据裂缝的情况灵活运用。2.3.3沉降病害 路面沉降多数由于底部结构不牢固所致，受力不均后对路面结构产生应力破坏。处理沉降问题需尽可能从路基进行，破损路面开挖到一定程度后重新填充材料。若路面沉降严重，重新施工后应配备相应的加固结构，支撑基层结构的受力状态，防止路面沉降面积不断扩大。2.4防范建筑结构病害的策略 冬季铁路线路施工病害的发生率极高，这是由于低温条件下钢结构、混凝土结构均会发生不同程度的变形，影响了线路规划施工的质量。搞好建筑工程低温季节施工的防御工作是施工单位需重点研究的问题，只有从根本上解决了低温状态对现场施工及工程材料的不利影响，才能保证工程按照预期的时间顺利完2.4.1养护管理 施工单位应养成“边施工，边管护”的习惯，完成某一项目施工后随即进行养护处理。如：混凝土浇筑后覆盖土工膜保温，加快混合料凝固的时间，保证材料凝固后强度、硬度、耐久性达到标准要求。监理人员在现场发挥监督管理作用，发现质量问题立刻指出且要求返工维修。2.4.2材料管理 材料质量决定了建筑工程的质量，防范低温季节带来的不利影响可从材料环节采取措施。施工单位所采购的材料要符合建筑行业规定的标准，现场配制混凝土也要严格控制原始材料的比例。只有材料质量优化改善，正常使用即可起到良好的抗寒抗冻效果，建筑物结构不易受损。结论综上所言，铁路线路牌规划施工是一项复杂性的工程，其在作业期间要求施工单位从多个角度考虑问题，制定严格的监管方案以防病害的发生。除了对铁路钢结构病害进行防治外，还要考虑混凝土结构潜在的病害问题。病害原因分析，地质条件差，本洞口段表面为第四系坡积层，受F9、F10断层的影响，结构松散，软弱面较多，辟为水田，且洞口正处于坡间凹地，给地表水渗入带来条件，易吸水饱和而坍塌；在不良地质地段进行大跨度公路施工使洞口围岩受到扰动，改变了围岩的受力状态。左线隧道出口段初支完成后，改变场区水流的通道。左、右线成洞面间的土方过早的开挖，致使成洞面间的临空面加大，减弱了对洞口仰坡的阻力。相应的病害诊治施工技术，疏排地表水，在滑坡边缘以外稳定地层设环行截水沟，拦截地表水，避免流入滑坡体内。在滑坡体范围内布设枝状排水系统，使地表水和洼地积水尽快流出滑坡体范围以外。平整夯填滑坡体范围内的裂缝，以防地表水下渗。引排地下水，为引排滑面或滑坡范围内封闭低洼处积聚的地下水，采用平卧钻机或可旋钻机，向滑坡体内钻斜角不大的平眼，然后在孔内插入带孔眼的塑料管用以引排地下水疏干土体。2.5 具体的整治施工技术进口段表层为第四系松散坡积物，下为流纹凝质岩，极严重风化，呈土状，受F9，F10断层影响，岩体破碎，稳定性极差，为类围岩，设计采取超前小钢管注浆支护，围岩加强衬砌。在完成隧道一百多米上导坑及支护任务后，因连续暴雨，致使土体富水饱和，地表泉水涌出，诱发洞口土质边坡滑移，拱部初支下沉开裂，最大裂缝宽度15cm，错台最大10cm，洞内滲水严重。监控量测洞内拱顶下沉速率56mm/d，水平收敛最大57mm/d，地表下沉速率最大达35 mm/d，施工情况相当严峻。病害发生后，业主、监理、设计和我局项目部人员及专家组多次会诊，及时研究制定应急措施，有效地控制病害进一步发展。 2.5.1.病害原因分析 本洞口段表面为第四系坡积层，受F9、F10断层的影响，结构松散，软弱面较多，又辟为水田，且洞口正处于坡间凹地，给地表水渗入带来条件，易吸水饱和而坍塌；在不良地质地段进行大跨度公路施工使洞口围岩受到扰动，改变了围岩的受力状态。左线隧道出口段初支完成后，改变场区水流的通道。左、右线成洞面间的土方过早的开挖，致使成洞面间的临空面加大，减弱了对洞口仰坡的阻力。2.5.2 病害诊治施工技术 在滑坡边缘以外稳定地层设环行截水沟，拦截地表水，避免流入滑坡体内。在滑坡体范围内布设枝状排水系统，使地表水和洼地积水尽快流出滑坡体范围以外。平整夯填滑坡体范围内的裂缝，以防地表水下渗。为引排滑面或滑坡范围内封闭低洼处积聚的地下水，采用平卧钻机或可旋钻机，向滑坡体内钻斜角不大的平眼，然后在孔内插入带孔眼的塑料管用以引排地下水疏干土体。为稳定滑坡体，减少隧道结构纵向受力，确保隧道施工及运营安全，在滑坡体范围大致沿主轴方向交错设置6根抗滑桩(见图1、2)，每根抗滑桩由11个带钢管注浆孔组成，各孔按1m间距梅花布置，钢管嵌入强风化凝灰岩内5m，（见图1中C区）每孔注浆完后保留注浆套管，钢管采用1084mm无缝钢管，钢管采用丝扣连接,为使钢管接头错开,编号为奇数的第一节采用3m钢管,编号为偶数的第一节钢管采用6m长钢管,以后每节均采用6m长钢管。本区注浆采用劈裂注浆，二次扫孔后下抗滑桩钢管，并在管中注入10#水泥沙浆填充。 图1 地表注浆平面布置图 图2 地表注浆断面图由于地质变化的原因是水的影响，且土层软化位移范围较大，泉水来源不明，土体物理力学性质显著降低，土体内产生多处软弱面，为保证下半断面开挖衬砌安全，采用在隧道受病害影响范围内进行地表注CS浆的方法，既能起加固已软化的滑坡体，又能形成止水帷幕，彻底根治本段不良地质。水泥浆采用R425普通硅酸水泥，水泥浆水