铁路隧道结构耐久性设计方法研究
铁路混凝土结构耐久性设计规范(完整版).doc
铁路混凝土结构耐久性设计规范(完整版)TB 中华人民共和国行业标准TB/x×××----2<01<0 铁路混凝土结构耐久性设计规范（报批稿）2<01<0—XX—XX 发布 2<01<0—XX—XX 实施中华人民共和国铁道部发布前言本规范是根据铁道部《关于印发〈2<0<09年铁路工程建设标准编制计划〉的通知》（铁建设函[2<0<09]34号）进行编制的。
铁路工程的条形结构，客观上具有环境作用的多样性和不确定性，不同地域原材料性能差异很大与就地取材之间的矛盾等，决定了铁路混凝土结构的耐久性设计的复杂性。
工程技术人员必须按照“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的铁路建设理念，结合工程具体情况，因地制宜，充分发挥主观能动性，积极采用安全、可靠、先进、成熟、经济、适用的新技术，不能生搬硬套标准。
勘察设计单位执行（或采用）单项或局部标准，并不免除设计单位及设计人员对整体工程和系统功能质量问题应承担的法律责任。
本规范是基于对《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》全面修订基础上编制而成，与《暂规》相比，本规范主要修订的内容有：——将设计使用年限由1<0<0年以上、6<0年以上和3<0年以上修改为1<0<0年、6<0年和3<0年，增加了特殊铁路混凝土结构设计使用年限的确定原则。
——对氯盐环境、磨蚀环境条件特征稍做修改，严重腐蚀等级中删除了M3。
明确了硫酸盐和氯盐的检测方法。
——增加了混凝土中三氧化硫的最大含量；增加了配合比参数中不同作用环境下掺和料掺加范围以及冻融环境下混凝土含气量的要求；增加了碳化环境下混凝土碳化深度的要求，细化了冻融环境下混凝土耐久性指数的要求，增加了冻融环境下混凝土气泡间距系数的要求，增加了氯盐环境下混凝土抗氯离子渗透性的要求，增加了硫酸盐化学侵蚀环境下，混凝土抗硫酸盐干湿循环次数的要求。
关于铁路隧道的建议书
关于铁路隧道的建议书建议书：关于铁路隧道的建设随着交通运输的发展，铁路交通在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
铁路隧道作为铁路线路中不可或缺的一部分，其建设对于铁路交通的畅通和安全具有至关重要的意义。
因此，我们提出以下关于铁路隧道建设的建议。
首先，铁路隧道的建设应当充分考虑地质条件。
隧道的建设需要克服地质条件带来的种种挑战，包括岩层稳定性、地下水情况、地震等因素。
在选址和设计阶段，应当进行详尽的地质勘察和工程地质评价，确保隧道的安全性和稳定性。
同时，还需要采取相应的地质灾害防治措施，以应对可能出现的地质灾害风险。
其次，隧道的设计应当充分考虑列车运行的要求。
隧道的几何设计、通风系统、照明设施等都应当符合列车运行的需要，确保列车在隧道内安全、顺畅地运行。
此外，还需要考虑隧道的排水系统和防火设施，以应对可能出现的水患和火灾风险。
再次，隧道的施工应当严格按照相关标准和规范进行。
在隧道施工过程中，应当严格控制施工质量，确保隧道结构的稳固和耐久。
同时，还需要加强施工安全管理，保障施工人员的安全。
在施工过程中，应当加强与周边环境的协调，减少对周边环境的影响。
最后，隧道的运营和维护同样重要。
隧道的运营管理应当科学合理，确保列车在隧道内安全运行。
隧道的定期维护和检修也是至关重要的，以保障隧道设施的完好和安全性。
总之，铁路隧道的建设是一项复杂而重要的工程，需要各方的共同努力和精心设计。
我们希望相关部门和企业能够充分重视铁路隧道建设，严格按照相关标准和规范进行设计、施工和运营，确保铁路隧道的安全、高效运行，为铁路交通的发展做出积极贡献。
31-高速铁路设计规范条文说明(8隧道)09.11.11
8.1.1高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应主要表现在三个方面，即瞬变压力、洞口微气压波和行车阻力。
其中，瞬变压力主要表现在使人的听觉感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道净空面积和列车断面积以及列车的密封系数。
洞口微气压波是列车进入隧道时产生的压缩波在另一端释放时产生爆破声，影响周围环境，微气压波的量值主要取决于行车速度和隧道净空面积及列车断面积，但行车速度更为敏感，当行车速度达到300km/h以上时，加大断面对防止微气压波不能起到显著作用。
应考虑在洞口设置缓冲结构。
解决行车阻力问题主要是加大隧道净空面积，根据国家“八五”科技攻关项目高速铁路线桥隧设计参数选择的研究报告，在隧道有效净空面积为100m2时最大行车阻力只比明线增大15～30％，会车时隧道内的空气阻力比明线的增大值也不超过30％。
由此可见，增大隧道净空面积对空气动力学效应有整体减缓作用。
当行车速度提高时，必要时还可以修建洞口缓冲结构等辅助措施。
8.1.2决定隧道净空断面大小的控制因素是高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应问题，由此而决定的隧道净空面积比较富余。
设计中对满足建筑限界以外的空间应有充分考虑，在此基础上结合隧道结构受力情况确定隧道的高跨比。
8.1.3隧道工程一旦建成后，对衬砌结构进行维修难度极大，隧道因其结构缺陷而产生的病害，往往难以彻底治理，且整治难度极大，另外高速铁路隧道结构还要受到频繁变化的微气压波的作用。
因此，高速铁路隧道应高度重视结构耐久性设计。
隧道主体结构是指拱墙衬砌和仰拱、地板，应按满足100年使用年限要求设计。
8.1.4高速铁路隧道内铺设无砟轨道对基底沉降要求较严格，因此应在铺轨前进行沉降观测和评估。
对于特殊岩土及不良地质地段隧道，比如软土地层明挖法施工的隧道或湿陷性较严重的黄土隧道等，应在隧道全长范围设置长期沉降观测系统进行基底的变形观测。
观测方法和测点布置可以参照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估指南》。
高铁隧道(隧道结构构造)
环境保护
隧道结构设计应考虑环境保护 ，尽量减少对周边环境和生态
的影响。
02
隧道衬砌结构
衬砌的类型和材料
衬砌类型
根据隧道的使用功能和围岩条件，衬砌类型可分为整体式衬砌、复合式衬砌和分离式衬 砌。整体式衬砌适用于围岩条件较好、对防水要求不高的隧道；复合式衬砌适用于围岩 条件较差、对防水要求较高的隧道；分离式衬砌适用于围岩条件特别差、有特殊要求的
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地下水压力
隧道开挖后，地下水对支护结构产生一定的 压力。
地震力
地震发生时，地层运动对支护结构产生作用 力。
温度应力
隧道内温度变化引起支护结构的热胀冷缩， 对结构产生作用力。
04
隧道排水系统
排水系统的组成和功能
排水系统的组成
主要由排水沟、集水坑、排水管道等组成。
排水系统的功能
主要负责将隧道内的积水排出，保持隧道干燥，防止水患对隧道结构和列车运行造成影响。
隧道。
衬砌材料
常用的衬砌材料有混凝土、钢筋混凝土和喷射混凝土等。混凝土衬砌具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点，适用于一般隧道；钢筋混凝土衬砌具有更高的抗压和抗剪强 度，适用于有较大压力和剪力的隧道；喷射混凝土衬砌具有快速、简便、耐久性较好等
优点，适用于围岩条件较差、开挖后需要快速支护的隧道。
衬砌的厚度和构造
排水系统的设计原则
01
安全可靠
经济合理
02
03
便于维护
排水系统应具备足够的排水能力， 保证在任何情况下都能及时排除 积水。
在满足功能要求的前提下，应尽 量降低工程成本，选择合适的材 料和施工方法。
铁路混凝土结构耐久性设计规范
铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定Temporary regulation for durability design of railway concrete structures2005—XX—XX 发布2005—XX—XX 实施中华人民共和国铁道部发布前言本规范是根据铁道部《关于印发2003年铁路工程建设规范、定额、标准设计编制计划的通知》（铁建设函[2003]41号）的要求编制的。
本规范编制的目的是明确铁路混凝土结构耐久性设计的原则、内容和方法。
在编制过程中深入研究了我国铁路混凝土结构耐久性的现状，认真总结了已有铁路工程混凝土耐久性方面的实践经验，广泛征求了各方面意见。
主要内容包括：总则，术语，基本规定，混凝土材料选用，构造措施和裂缝控制要求，施工质量控制与检验等。
本规范是现行铁路混凝土结构设计、施工、质量验收标准和规范的重要组成部分，是对现有标准和规范的完善和补充。
现行标准和规范中有关混凝土耐久性的内容与本规范不符时，应以本规范的有关规定为准。
在执行本规范过程中，希望各单位结合工程实践，认真总结经验，积累资料。
如发现需要修改和补充之处，请及时将意见及有关资料寄交铁道科学研究院铁建所工程材料部（北京市海淀区大柳树路2号，邮政编码：100081）,并抄送铁路工程技术标准所（北京海淀区羊坊店路甲8号，邮政编码：100038），以供下次修订时参考。
本规范由铁道部建设管理司负责解释。
主编单位：铁道科学研究院参编单位：清华大学铁路工程技术标准所中铁三局集团有限公司……主要起草人：目次1 总则 (1)2 术语 (2)3 基本规定 (4)3.1 一般规定 (4)3.2 耐久性设计 (4)3.3设计使用年限 (6)3.4 环境作用类别及分级 (6)4 耐久混凝土的分类及其材料要求 (9)4.1 一般规定 (9)4.2混凝土原材料的选用 (10)4.3 碳化引起的锈蚀环境下混凝土的选用 (11)4.4 冻融腐蚀环境下混凝土的选用 (12)4.5 氯盐引起钢筋锈蚀环境下混凝土的选用 (13)4.6 环境水腐蚀环境下混凝土的选用 (13)4.7 风蚀环境下混凝土的选用 (14)5 构造措施 (14)5.1 一般规定 (14)5.2 桥梁结构 (15)5.3 隧道结构 (16)5.4 轨道结构 (16)5.5 接触网支柱、电杆 (16)6 防腐蚀附加措施 (17)6.1 混凝土表面涂层和防腐蚀面层 (17)6.2 涂层钢筋和耐蚀钢筋 (17)6.3 钢筋阻锈剂 (17)7 施工 (19)7.1 混凝土的施工 (19)7.2 预应力混凝土的孔道灌浆 (20)7.3 涂层钢筋和耐蚀钢筋施工 (21)8 检测与维护 (22)8.1 一般规定 (25)8.2 混凝土性能检查 (25)8.3 混凝土结构性能检查 (25)本规范用词说明 (25)《铁路混凝土结构耐久性设计规范》条文说明1总则1.0.1 为统一铁路混凝土结构(包括构件，下同)的耐久性设计技术标准，保证铁路混凝土结构的正常使用寿命，特制定本规范。
探讨高速铁路隧道围岩支护参数优化设计
探讨高速铁路隧道围岩支护参数优化设计一、现状世界各地隧道界的很多专家学者己经对隧道结构设计进行了广泛而深入的研究，如：Hoek和Brown川、Bieniaw欢i[2，31、Barton[4]、Muller[51、Lunardi[6]、李世辉[7]、潘昌实[8l等。
隧道结构设计必须考虑到隧道结构的承载能力、耐久性、适用性以及经济性等多方面的因素。
隧道结构设计是一门具有艺术性的科学。
这是因为岩土介质作为隧道工程的对象包含着多种不确定因素，例如：岩土材料的非均匀性和各向异性，岩体的地质构造，岩土材料的本构关系，初始地应力情况，地下水情况等。
正确的掌握这些因素及其变化规律非常困难，但随着当今计算机运算能力的提高，岩土本构关系研究的进展和数值分析方法的完善，实验和测试技术的发展，监控量测水平的进步，隧道结构设计目前正朝着科学化、精细化、规范化的目标迈进。
隧道结构设计的主要任务是针对支护结构进行的设计，而研究对象则是由围岩和支护结构两者共同组成并相互作用的结构体系。
不同围岩具有不同程度的自稳能力，围岩在很大程度上是隧道结构的承载主体，其承载能力必须加以充分利用。
隧道衬砌的设计必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须满足净空要求外，还要求有足够的强度和耐久性，以保证其使用寿命期间的安全性。
二、隧道设计流程l）根据岩石自身强度和岩体的完整性程度、节理裂隙物理力学特性、地下水情况、围岩初始应力状态等确定围岩分级。
2）在围岩分级的基础上，结合隧道工程自身特点如衬砌结构特点、工法特点、辅助工法情况等综合使用多种方法（解析、数值）进行结构分析，在密切结合施工经验的基础上对围岩稳定性情况和衬砌支护能力等进行判断。
3）施工中的监控量测和信息反馈，尤其是在洞口段、大断面段、穿越不良地质体段需要加密监测来动态了解支护与围岩的相互作用情况。
必要时需要采用超前加固（超前注浆、超前锚杆、管棚）和过程恢复（补偿注浆、抬升注浆）措施。
三、隧道支护围岩相关（1）隧道支护参数性价比随着围岩的水平数的增大而减小。
《铁路混凝土结构耐久性设计规范》内容简介
《铁路混凝土结构耐久性设计规范》内容简介李化建;谢永江【摘要】根据铁道部《2009年铁路工程建设标准编制计划》(铁建设函[2009]34号)的要求编制了《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB 10005-2010),并于2010年12月颁布实施.规范对设计使用年限、环境、材料、裂缝、构件措施、防腐蚀强化措施以及检查与维修等作出了具体的规定,涵盖了耐久性设计的全部过程.为了使从事设计、施工、监理等单位技术人员更好地理解和执行《铁路混凝土结构耐久性设计规范》,介绍了规范的定位、编制原则以及主要内容.%Specifications for the Durability Design of Railway Concrete Structures ( TB 10005-2010) was compiled according to Plan of Compiling Railway Engineering Construction Standards in 2009 of the Ministry of Railways, and publicated for execution in December 2010. The Specifications put forward concrete stipulations including years of execution, environment, materials, crack, element measures, anti-corrosion and strengthening measures, inspection, maintenance and repair, etc. , covering the whole process of durability design. The paper introduces the orientation, principles of compiling and main contents of the Specifications for the Durability Design of Railway Concrete Structures, to help technicians of design, construction, supervision etc. Sectors understand and execute the Specifications.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2011(000)008【总页数】4页(P94-96,104)【关键词】铁路;混凝土结构;耐久性设计;主要内容【作者】李化建;谢永江【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U442.5+1混凝土结构是当今铁路工程应用最广泛的结构形式。
高速铁路设计新规范(隧道篇)2015年2月1日执行
8 隧道8.1 一般规定8.1.1 隧道设计必须考虑列车进入隧道诱发的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、隧道结构和环境等方面的不利影响。
8.1.2 隧道衬砌内轮廓应符合建筑限界、设备安装、使用空间、结构受力和缓解空气动力学效应等要求。
8.1.3 隧道结构应满足耐久性要求，主体结构设计使用年限应为100 年。
8.1.4 隧道主体工程完工后，应对其特殊岩土及不良地质地段基底的变形进行观测。
8.1.5 隧道辅助坑道的设置应综合考虑施工、防灾救援疏散和缓解空气动力学效应等功能的要求。
8.1.6 隧道结构防水等级应达到一级标准。
8.2 衬砌内轮廓8.2.1 隧道衬砌内轮廓的确定应考虑下列因素：1 隧道建筑限界；2 股道数及线间距；3 隧道设备空间；4 空气动力学效应；5 轨道结构形式及其运营维护方式。
8.2.2 隧道净空有效面积应符合下列规定：1 设计行车速度目标值为300、350km／h 时，双线隧道不应小于100m2，单线隧道不应小于70 m2。
2 设计行车速度目标值为250km／h 时，双线隧道不应小于90 m2，单线隧道不应小于58 m2。
8.2.3 曲线上的隧道衬砌内轮廓可不加宽。
8.2.4 隧道内应设置救援通道和安全空间，并符合下列规定：1 救援通道1）隧道内应设置贯通的救援通道。
单线隧道单侧设置，双线隧道双侧设置，救援通道距线路中线不应小于2.3m。
2）救援通道的宽度不宜小于1.5m，在装设专业设施处可适当减少；高度不应小于2.2m。
3）救援通道走行面不应低于轨面，走行面应平整、铺设稳固；2 安全空间1）安全空间应设在距线路中线3.0m 以外，单线隧道在救援通道一侧设置，多线隧道在双侧设置；2）安全空间的宽度不应小于0.8m，高度不应小于2.2m。
8.2.5 双线、单线隧道衬砌内轮廓如图8.2.5-1～4 所示。
图8.2.5-1 时速250km/h 双线隧道内轮廓（单位：cm）图8.2.5-2 时速300、350km/h 双线隧道内轮廓（单位：cm）内轨顶面路中线隧线线中道线线中路隧道中线内轨顶面线路中线图8.2.5-3 时速250km/h 单线隧道内轮廓（单位：cm）线线路中隧线道中内轨顶面图8.2.5-4 时速300、350km/h 单线隧道内轮廓（单位：cm）8.3 隧道衬砌8.3.1 暗挖隧道应采用复合式衬砌，明挖隧道应采用整体式衬砌。
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铁路隧道结构耐久性设计方法研究
作者：朱梁芳
来源：《建筑工程技术与设计》2014年第33期
【摘要】对现有铁路隧道进行实地勘察后发现，一部分隧道主体结构耐久性不足，这在很大程度上增加了隧道病害发生率。
设计是造成铁路隧道结构耐久性不足的重要原因之一，当前，社会发展及自然环境复杂化都对隧道结构安全性、适用性和耐久性提出了更高要求，所以在铁路隧道结构设计过程中，我们不应只做单一的强度设计，而是应在综合环境作用的基础上，采用“多道设防”理念，加强耐久性、安全性设计。
下面笔者就结合专业知识和实践经验提出铁路隧道结构耐久性设计方法。
【关键词】铁路隧道；耐久性；配合比；衬砌结构
修建隧道是缩短距离、避免大坡道、保证行车安全的重要措施，在列车荷载、外水荷载作用下以及正常维修条件下，隧道结构的位移、裂缝、振动、变形等必须能够满足安全使用要求，同时还应具备保持结构安全性的能力。
以往铁路隧道结构设计往往只进行单一的强度设计，结构耐久性设计不足，这就使得铁路隧道结构在规定使用年限范围内无法较好承受可能出现的各种环境作用，难以使结构的正常使用功能发挥。
为满足铁路隧道安全性和适应性要求，有必要考虑结构在复杂环境作用下的耐久性问题，做好耐久性设计，以提高投入使用后的铁路的安全服务水平。
一、多元复合胶凝材的选择
据调查，大部分铁路隧道运营后结构耐久性不足的问题较为突出，严重威胁行车安全。
这主要是因为混凝土胶凝材主要以硅盐酸水泥为主，成份单一，级配较差。
要从根源上避免铁路隧道结构病害，具体设计中首先应从材料抓起。
笔者建议采用由水泥、矿粉、粉煤灰和硅灰组成的多元复合凝胶材配制高性能混凝土。
采用粒度分析仪和分布仪对水泥、矿粉、粉煤灰、硅灰的颗粒级配和粒度进行微观分析，结果见表1。
表1 复合胶凝材中各粉体材料的颗粒级配和粒度
材料颗粒形状圆度系数均匀性系数最大粒径μm 最小粒径μm
水泥颗粒不规则、表面粗糙 0.95 1.08 120.31 2.11
矿粉颗粒不规则、表面粗糙 0.94 1.03 90.66 1.22
粉煤灰球状玻璃体、表面光滑 0.96 1.10 74.14 0.87
硅灰球状玻璃体 0.98 1.11 0.34 0.17
由分析结果可知，复合凝胶材料中水泥粒径最大，为2.11～120.31μm，矿粉、粉煤灰粒径其次，硅灰粒径最小。
若将这四种材料按照一定比例复合，可形成具有良好微观级配的胶凝材，在水化过程中，组成胶凝材的各种不同粒径的材料相互填充可在一定程度上减少颗粒间空隙，进而降低复合胶凝材总孔隙率，有利于提高混凝土均匀性和密实性。
实践表明，粉体颗粒形状对混凝土性能也有直接影响，由表1给出的关于颗粒形状的分析结果，矿粉、硅灰会降低新拌制混凝土的流动性，且需要大量水，粉煤灰则相反，将这几种材料混合起来可取长补短，增强混凝土减水作用，进而使混凝土结构密实性更好。
另外，硅灰含有高达90%以上的二氧化硅，粉煤灰含有60%的二氧化硅以及20%以上的三氧化二铝，矿粉也含有氧化钙、二氧化钙和三氧化二铝，按照一定比例将这几种材料混合在一起，在化学组成方面能够保持平衡，并且各材料优势也能充分发挥。
需要注意的是，胶凝材总量不应过高。
二、C30耐腐蚀混凝土配合比设计
拟给定的配合比需要进行混凝土拌合物性能试验，根据塌落度，在10～14cm之间对用水量进行调整。
根据性能试验结果，初步选定配合比。
铁路混凝土工程施工质量验收标准规定，成型混凝土抗裂试件养护1d后，在合适的环境条件下进行养护，经常观察试件表面开裂情况，经过8周养护，若试件表面没有开裂说明拟定配合比的混凝土具有良好抗裂性能。
在此之后，对试件抗压强度、抗渗性和电通量进行试验，检验其耐久性能。
为对多元复合胶凝材配制高性能混凝土的优越性进行验证，笔者拟配C30混凝土，进行混凝土配合比试验：凝胶材360kg（水泥180kg、矿粉144kg、粉煤灰36kg），水胶比0.43，砂率42%，减水剂1%。
配比设计值：28d时抗压强度为38.2MPa，电通量
三、铁路隧道衬砌结构耐久性设计
初期支护为永久支护，根据相关规范要求，应对喷混凝土、锚杆、钢架这些支护措施进行耐久性设计。
考虑一般环境，可采用C20、C30喷混凝土，其强度要满足28d强度要求，1d抗压强度不宜小于10MPa；采用粘结式永久锚杆，将钢垫板设在锚杆端部使其与钢筋网锚固为一体；围岩两侧保护层厚度宜在2～4cm以上。
腐蚀环境下，由于初期支护密实性较差，无法很好满足结构耐久性要求，可按照临时施工结构设计。
二次衬砌作为安全储备，应严格按照构造要求和材料要求进行耐久性设计，并且要特别关注环境作用。
为使二次衬砌与初期支护合理分配铁路隧道使用期结构所承受的各种荷载，在增加初期支护厚度的基础上，尽量减小二次衬砌厚度，从而降低结构刚度，使初期支护承担更多荷载，二次衬砌则更好发挥自身安全储备功能。
一般环境下，需考虑混凝土碳化和混凝土在外水作用下的溶蚀问题，此时可加大保护层厚度，提高混凝土性能，设计时可按照荷载结构法，
使二次衬砌结构分担部分围岩承载。
腐蚀环境下，二次衬砌结构按永久性结构设计，尽可能承担铁路隧道运营期间的全部荷载。
四、结语
总之，铁路隧道作为铁路的重要组成部分，时常有列陈行驶其中，在施工后期及设计使用年限内，隧道结构不宜改造，因此需要综合分析各种不利环境，对环境作用下的隧道结构进行耐久性设计，使隧道结构具备保持结构安全性和适用性的能力。
笔者本着安全、经济、耐久、低碳的理念，结合自身专业知识和实践经验，从材料、配合比、衬砌结构方面，提出了一些铁路隧道结构的耐久性设计方法，具有一定可操作性，希望能为同行提供帮助。
相信随着结构设计师设计水平的不断提升，我国铁路隧道结构耐久性设计将进入全新发展阶段。