隧道运营与养护培训课件(PPT 99页).ppt

第十一章隧道运营与养护,第一节铁路隧道运营通风,第二节公路隧道运营通风,第三节隧道养护,第一节铁路隧道运营通风,一、铁路隧道通风概述,二、运营通风方式,三、通风量的计算,四、通风阻力计算,一、铁路隧道通风概述,1、铁路隧道通风目的,2、洞内空气的卫生标准,3、保护洞内环境的综合治理措施,2、洞内空气的卫生标准,铁路隧道设计规范规定：“列车通过隧道后15min内，空气中CO浓度应在30mg/m3以下；氮氧化物（换算成NO2）浓度应在10mg/m3以下。”,铁路隧道设计规范规定电化运营隧道内的卫生标准还应符合：“隧道内湿度应小于80%，温度低于28，臭氧浓度应小于0.3mg/m3，含有10似下游离Si02的粉尘浓度应小于10mg/3。”,3、保护洞内环境的综合治理措施,（3）隧道内污染空气高峰浓度持续时间较长地段的避车洞，宜安装防烟门，并为隧道内工作人员配备防毒口罩。,（1）提高列车通过隧道的行驶速度。,（2）隧道内铺设混凝土宽枕道床或整体道床。,（4）设置机械通风。,二、运营通风方式,运营隧道的通风,自然通风,机械通风,隧道通风的一般规定：当用内燃机车牵引时，2km以上；用电力机车牵引时，20km以上的高铁、客专隧道，15km以上货专、客货公用隧道应设置机械通风。,（一）机械通风-纵向式通风,它是在通风机的作用下，使风流沿着隧道轴线方向流动的通风方式。,1.洞口风道式通风,2.喷咀式通风,3.竖井、斜井式通风,4.射流式通风,1.洞口风道式通风,2.喷咀式通风,3.竖井、斜井式通风,4.射流式通风,射流式通风是在隧道内安设射流式通风机，用以升压，进行通风的方式。射流风机的安设可采用洞口堆放式，洞内壁龛式和拱部吊装式。通常根据需要，在隧道洞口或沿隧道纵向以适当的间隔安设数组，每组为1至数个射流式通风机。射流式通风机具有体积小，风量大的特点，其喷射风速能达到2530m/s。,（二）机械通风-全横向式通风,在通风机的作用下，风流的方向与隧道轴线方向成正交的称为横向式通风。,（三）机械通风-半横向式通风,这种通风系统是在隧道的顶部设置进风管，并在进风管的下部，沿隧道的长度方向每隔一定距离开一通风口，气流则沿通风口流向隧道内，然后隧道内的空气在新鲜气流的推动下，沿隧道的纵向排出洞外。半横向式通风效果比纵向好，但没有全横向式通风能力强。,三、通风量的计算,四、通风阻力计算,1、摩擦阻力,2、局部阻力,3、风道总阻力,第二节公路隧道运营通风,一、公路隧道运营通风概述,二、空气中有害物质的设计浓度,三、新风量计算,四、通风方式的选择,五、通风用附属设施,六、公路隧道照明及其它运营设施,一、公路隧道运营通风概述,1、公路隧道通风目的,2、改善隧道内空气污染的途径,3、通风设计方法,生产无公害汽车；使用滤毒装置还原被污染的空气；把污染空气的有害物稀释到容许值以下。,（1）交通状况的调查,（2）环境调查、地形、地质调查,（3）通风设计内容,二、空气中有害物质的设计浓度,1、CO设计浓度,2、烟雾设计浓度,1971年国际道路协会常设委员会(PIARC)推荐如下：城市隧道正常状态70-100ppm阻塞状态250ppm(15min)山岭隧道正常状态150ppm阻塞状态250ppm(15min),现行公路隧道通风照明设计规范规定，当采用钠灯光源时，烟雾设计浓度应按表8.4取值，当采用荧光灯光源时烟雾设计浓度提高一级。,三、新风量计算,1、按稀释CO计算新风量,2、按稀释烟尘计算新风量,3、交通阻滞条件下稀释CO浓度的检算,4、关于安全通风,5、稀释空气中异味的需风量,（一）通风方式概述,四、通风方式的选择,（二）机械通风,1、纵向式通风,2、半横向式通风,3、全横向式通风,4、混合式通风,（三）通风方式选择,五、通风用附属设施,通风时，除通风机外，还有电动机、供电、变电设备、控制转换风路的风门、CO检测计以及烟雾透过率计等。通风系统不是孤立的系统，它与照明、安全设施等有密切联系。例如发生火灾时，需要调整通风状态，但必须有火灾报警器、紧急电话直至闭路电视等设备及时发现异常情况。通风系统的电源应有2套独立的供电系统，并能自动转换。,六、公路隧道照明及其它运营设施,（一）隧道照明,（二）公路隧道交通工程设计,（一）隧道照明,4、其它问题,3、公路隧道照明设计要求,2、照明区段的划分,1、概述,1、概述,规范规定300m以下的行人稀少且交通量不大的隧道可不设照明，但二级以上公路隧道长度超过l00m时必须有可靠的照明设施。,在隧道内要保证司机以设计车速安全舒适地运行，就要首先保证照明的质量，有足够的路面平均亮度、如果亮度高，则亮度均匀度的要求可以不很严格，但对干燥路面和路面平均亮度较低的情况，路面亮度均匀度（总均匀度、纵向均匀度）应予严格要求，并要求满足眩光限制，具有诱导作用。,1、概述,隧道状况：隧道长度、线形、净空断面、建筑限界等与照明的关系。照明器的选择、安装位置、照明器效率、维修率；路面、墙壁和顶棚的种类及反射率等。隧道附近的环境：隧道洞口与附近的野外亮度，隧道方位及附近地形，进出引线及附近的视野状况和线形（曲线与坡度等）状况，气象状况（晴、阴、云、雨、雾、烟尘、霆、风及携带物等）。交通状况：单向交通还是对向交通、汽车专用还是混合交通、设计交通量和远期计划交通量等对照明设计的影响。附属设备状况：电源状况、配电线路、照明器材、道路标志、通风装置等。维护管理状况：为保持照明水平，需要对路面污染及墙面清洁状况等进行维护管理的程度。根据上述情况，进行综合分析后才能作具体照明设计。,进行照明设计时，应考虑以下事项：,长隧道照明基本上可以按接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段五个区段划分。,2、照明区段的划分,根据现场调查确定洞外亮度；根据设计车辆、交通方式、交通流量、空气透过率等确定中间段的所需亮度水平；根据视觉适应规律、洞外与中间段亮度差、亮度减低的速率等，确定入口段和过渡段的亮度水平和长度。由于入口段和过渡段需要一定的长度，加上出口眩光的影响，所以隧道长度在200m以下时，不存在中间段照明，称为照明上的短隧道，短隧道的照明问题比较复杂。长度在200m以上的隧道，称为照明上的长隧道，一般教材要着重讨论。长度很短的隧道，受进、出口人射自然光影响较大，所以长度小于70m的汽车专用隧道，一般白天可以不考虑照明。,其要点是：,3、公路隧道照明设计要求,(1)长度大于100m的隧道应设置照明。(2)照明设计应综合考虑环境条件、交通状况、交通结构设计、供电条件、建设与营运费用等因素。(3)照明设计路面亮度总均匀度应不低于表15-6的要求，路面亮度纵向均匀度应不低于表15-7的要求。,（4）中间段亮度：中间段亮度可按表158取值；,当行车道单向交通700辆hN2400辆/h,双向交通360/hN1300辆h，且通过隧道的行车时间超过135s时，可按表15-8的80%取值；人车混合通行的隧道中，中间段亮度不得低于2.5cd/m2；,隧道两侧墙面2m高范围内，宜铺设反射率不小于0.7的强面材料；为了增加诱导性，早期发现障碍物和看清车道界线，除了保证亮度、均匀度以外，车道的分隔线、路缘石应该是反射率最高的白色线条标志或反光标志。,灯具布置应满足闪烁频率低于2.5Hz的要求；中间段灯具的平面布置形式可采用单光带布置、两侧交错布置或两侧对称布置；灯具的间隔S与悬挂高度H之间，如果组合得好，则路面亮度均匀度能较好的得到满足。一般可按下列关系组合：对称排列S2.5H；中间排列及交错排列Sl.5H,紧急停车带宜采用荧光灯光源，其照明度应大于7cd/m2；连接通道亮度大于2cd/m2。,（5）入口段亮度,Lth入口段亮度（cdm2）；K入口段亮度折减系数，可按表15-9取值；L20(S)洞口亮度(cdm2）。,（6）过渡段照明,过渡段亮度。过渡段由TR1,TR2,TR3三个照明段组成，与之对应的亮度可按表15-10取值；,过渡段长度。过渡段的长度可按表15-11取值。,（7）出口段照明：在单向交通隧道中，应设置出口段照明；出口段长度宜取60m，亮度宜取中间段亮度的5倍；在双向交通隧道中，可不设出口段照明。（8）隧道照明灯具的防护等级应不低于IP65。IP65含义是防尘达到6级，无尘埃进入；防水达到5级，任何方向喷水无有害影响。防护等级“代号”的说明：表示防护等级的“代号”通常由特征字母“IP和两个特征数字组成。第一位特征数字是指防护形式(1)项中的防护等级；第二位特征数字是指防护形式(2)项中的防护等级。见表21-11、表21-120,（二）公路隧道交通工程设计,公路隧道交通工程设计内容主要包括标志、标线、交通监控、通风与照明控制、紧急呼叫、火灾报警、防灾与避难、供配电与中央控制管理等。,（1)根据隧道交通工程分级，设施配置采用前期配置、后期完善的方法。（2）长度1.0km以上的公路隧道各类设施的配置规模应根据预测交通量进行总体规划设计，并据此一次性征用土地和实施基础工程、地下管线及预留预埋工程等。（3）各设施（系统）应视技术发展和交通量增长情况等逐步补充完善。,隧道交通工程设施配置应遵循如下原则：,在正常交通状况下，为车辆提供安全、舒适的行驶环境；在事故发生时，将隧道内发生的紧急事态迅速通知中心控制室和后续车辆，控制事故避免其扩大。,隧道安全防灾设施设置的目的：,我国隧道养护面临的主要问题已建隧道营运状态堪忧;(2)隧道施工单位的良莠不齐和“重建设、轻维护”的理念;(3)我国隧道建设与维护的经验相对国外来讲，目前尚存在一定的差距，对隧道健康的认识存在着严重不足。,第三节隧道养护,铁路干线的隧道失格率,公路隧道公路隧道普遍存在渗漏水现象，20世纪60年代以前修建的隧道大多未作防水处理，渗漏水问题突出。近年来一些新建的公路隧道，也存在较严重的渗漏水。公路隧道渗漏水已被列为公路工程十大通病之一。公路隧道内以内燃机动车为主，废气、有害气体排放量大，通风不良引起的洞内空气污染问题普遍存在口另外，由于照明设计或运营管理不善，隧道内部亮度及照度达不到规范要求，导致交通事故。这些问题极有可能引发灾难性的火灾事故。,地铁隧道一般来讲，采用盾构法施工的单洞圆形地铁隧道，每环衬砌由块管片组成，每一环的接缝长度约为2030m，在饱和软土中的隧道，受盾构施工工艺、地铁运营循环载荷、土质分布不均等影响，在水头压力作用下，渗漏水是目前地铁隧道的通病，随着服务期限的增加，其他病害也会出现。除此之外，地铁隧道人流密集，通风不良引起人的感觉不适；火灾引发重大伤亡事故的威胁始终存在。,防治要点:1、预防为主2、早期发现3、及时维护4、对症下药,3.1隧道的水害及其防治一、隧道水害的类型及其成因1、类型(1)按部位和流量：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。(2)按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。,2、成因修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可归结为客观和主观两种因素：(1)隧道穿过含水的地层(2)隧道衬砌防水及排水设施不完善,二、隧道防水原则隧道防水要“防患于未然”，首先从设计做起，要在水文地质调查的基础上，从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面进行合理设计。防水设计应考虑地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。防水设计要遵循隧道防水原则，定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。,隧道与地下工程防水设计内容包括:(1)防水等级和防水方案；(2)防水混凝土的抗渗等级和其他技术措施、质量保证措施；(3)其他防水层选用的材料及其技术指标、质量保证措施；(4)工程细部结构的防水措施，选用的材料及其技术指标、质量保证措施；(5)工程的防排水系统，地面挡水、截水系统及工程各种洞口的防倒灌措施。,不同防水观念优缺点,地下工程防水方案,3.2隧道衬砌裂损及其防治衬彻裂损变形的主要危害：(1)降低衬砌结构对围岩的承载能力；(2)使隧道净空变小，侵人建筑限界，影响车辆安全通过；(3)拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；(4)裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆，严寒和寒冷地区产生冻害；(5)铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，大量增加养护维修工作量；(6)在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。,1、隧道衬砌开裂的类型纵向裂缝：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。,1、隧道衬砌开裂的类型（2）环向裂缝：主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降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口,环向裂缝斜向裂缝,1、隧道衬砌开裂的类型（3）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。,环向裂缝斜向裂缝,隧道混凝土衬砌裂缝情况调查统计表,按隧道衬砌受力变形形状和裂口特征分类表,衬砌裂损受力特征,诊断方法与原理,1、直接法：肉眼观察结合钻孔检测2、声学法：撞击回波法3、物探法：地质雷达、地震CT4、光学法：激光扫描5、电学法：瞬变电磁法,(四)衬砌背后空洞与密实性检测,直接观察法原理,直接观察法原理,撞击回波法,机械应力脉冲反射原理，通过在混凝土等结构物表面敲击的办法，用电脑分析敲击反射回来的波形，从而分析结构内部的病害情况。,地震CT技术原理,X线衰减规律通过电子计算机运算列出人体组织受检层面的吸收系数，并将之分布在合成图象的栅状阵列即矩阵的方格（阵元）内。矩阵上每个阵元相当于重建图象上的一个图象点，称为像素。CT的成像过程就是求出每个像素的衰减系数的过程。如果像素越小、探测器数目越多，计算机所测出的衰减系数就越多、越精确，重建出的图象也就越清晰。,成像地质调查,地震CT波速图像,地震CT图像,地震成像,地质雷达波速图1,地质雷达波速图2,地质雷达成像技术,地质雷达剖面图,雷达分辨提高技术,激光扫描技术原理,激光扫描技术原理,瞬变电磁仪器,三、衬砌开裂的原因分析(一)设计方面的原因隧道设计时，因围岩级别划分不准、衬砌类型选择不当，造成衬砌结构与围岩实际荷载不相适应引发裂损病害。(1)对一些具有膨胀性围岩地段，未采取曲墙加仰拱衬砌；(2)偏压地段未采用偏压衬砌；(3)断层破碎带、褶皱区等局部围岩松散压力或构造应力较大地段，衬砌结构未能相应采取加强措施;(4)对基底软弱和易风化泥化地段，未设可靠防排水设施，混凝土铺底厚度及强度不足。,三、衬砌开裂的原因分析(二)施工方面的原因(1)先拱后墙法施工时，拱架支撑变形下沉，造成拱部衬砌产生不均匀下沉，拱腰和拱顶发生施工早期裂缝。(2)拱顶与围岩不密贴，在“马鞍形”受力作用下，拱腰内移张裂，相应拱顶上移，内缘受挤压。(3)由于施工测量放线发生差错、欠挖、模板拱架支撑变形、坍方，造成局部衬砌厚度偏薄。(4)过早拆除模板支撑，使衬砌承受超容许的荷载。(5)配合比控制不严，水灰比过大，混凝土捣实质量不佳，拱部浇注间歇工形成水平状工作缝等，造成衬砌质量不良。,四、衬砌开裂的预防和整治整治原则(1)加强观测，掌握裂缝变形情况和地质资料。查清病因，对不同裂损地段，采用不同的工程措施。(2)对渗漏水、腐蚀等病害，一并综合进行整治，贯彻彻底整治的原则。(3)合理安排施工慢行封锁计划，尽量减少对正常运营的干扰。(4)精心测量，保证加固后的隧道净空满足隧道限界要求，确保锚喷加固衬砌、拱背压浆等项整治措施的施工质量。,四、衬砌开裂的预防和整治整治措施1.裂缝整修(1)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10%一17%微膨胀剂。(2)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。(3)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。,四、衬砌开裂的预防和整治2.衬砌背后空洞压浆3.底板的稳定处理4.换拱、换边墙,四、衬砌开裂的预防和整治,四、衬砌开裂的预防和整治,3.4隧道冻害及其防治,冻害结冰,隧道冻害是寒冷地区和严寒池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于-15地区。,一、隧道冻害类型及其成因,(一)隧道冻害的类型1.拱部挂冰、边墙结冰2.围岩冻胀破坏(1)隧道拱部发生变形与开裂(2)隧道边墙变形严重(3)隧道内线路冻害(4)衬砌材料冻融破坏(5)隧底冻胀和融沉,3.衬砌发生冰楔(1)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。(2)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，引起衬砌裂升、疏松、剥落等病害。4.洞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，使接触网短路、放电、跳闸，中断通讯、信号，危及行车