铁路隧道病害的综合检测与治理
铁路隧道衬砌致灾病害的综合检测方法讨论
铁路隧道衬砌致灾病害的综合检测方法讨论摘要：在铁路隧道病害治理过程中，铁路隧道检验是非常重要的一方面。
能否对隧道内各项构件的病害进行精准的检验，决定了隧道整治完成率和有效性的提升，同时也和隧道运营风险出现有关。
在本篇文章中结合检测方式的优点和缺陷，提出了与隧道各项病害类型相符合的综合检测方式，从而结合实际情况全面的检测隧道的病害，为隧道病害整治提供一定的依据。
关键词：铁路隧道；衬砌致灾病害；综合检测方式现阶段，我国铁路隧道数量逐渐增多。
基于大量铁路隧道的开通和运营，铁路隧道灾害出现概率随之增加。
其中，社会方面加大了铁路隧道运营防灾问题的重视程度。
自从发生了隧道灾害以后，如果没有精准的调查和分析，灾后隧道产生的病害将会造成二次灾害。
对此，对铁路隧道展开病害调查、检测和整治是灾后恢复运营之前十分重要的一项工作。
1、铁路隧道运营期间的病害分析由于在隧道勘察、设计、施工、运营、维护、管理等不同阶段的诸多环节中存在较多影响因素，隧道结构往往存在不同程度的缺陷或病害。
同时，在铁路隧道运营期内，衬砌结构长期服役性能受气候变化、动力及空气载荷长期反复作用、地震破坏、渗水及冻胀、围岩劣化挤压等联合作用，结构损伤不断扩展、强度不断降低、既有缺陷问题加重，最终会对隧道安全产生严重威胁。
运营多年的铁路隧道在提速不久即掉块的事故也屡有发生，国内外已出现多起衬砌混凝土脱落、掉块等事故，例如，1999 年日本山阳新干线、2017 年沪昆客专等隧道，极大地威胁到列车运行安全。
伴随铁路规模的不断扩大及运营时间不断延长，检测技术与运营安全需求不匹配的矛盾将更加突出，先进、可靠的检测和评估技术手段对保障隧道衬砌质量至关重要。
针对隧道衬砌背面脱空等难以通过肉眼、图像等技术识别的隐藏病害，更是当下需要着重解决的问题。
第一，当前阶段，在铁路隧道运营过程中，隧道火灾列车脱轨、列车碰撞、设施脱落是需要防范的重点，而且隧道灾害会损害隧道衬砌、道床、轨道和其他附属设施等。
铁路隧道常见病害原因分析及整治技术
铁路隧道常见病害原因分析及整治技术摘要：由于运营年限、结构形式和运营路段的环境条件不同，隧道病害也多种多样。
根据病害部位可分为两类：隧道地表病害和内部病害。
其中，表面病害有剥落、掉块、裂缝、渗漏等，内部病害有空洞、坍塌、漏水、沉降、错位等。
目前，国内外隧道病害维修模式和设备单一，存在效率低、检测率低、误报率高等缺陷。
因此，研究一套系统、全面的隧道病害维修技术方案，是铁路隧道运营安全亟待解决的问题。
关键词：铁路隧道；病害原因；整治技术1铁路隧道的施工特点铁路隧道工程的施工环境颇为复杂，受地质、水文、气候等多重因素的制约，铁路隧道工程施工还需要使用众多大规格的机械设备，加之隧道内部空气不畅以及光线的不足，使得工程项目的整体施工难度较大。
铁路隧道工程施工通常需要多个工种和工序的完美衔接配合，且其主要在狭窄的工作面上展开大规模的进料、出渣运输等活动，其施工难度非常大，机械设备的应用优势难以得到有效发挥，施工技术难以高效落实到位，不利于工程建设工作的顺利开展。
对此，工程施工方案的确定必须立足于实际情况，采用合适的施工技术，增强各道工序间的衔接，构成一条富有秩序性的施工流线，以便高效推进施工进程。
2铁路隧道施工中的病害原因2.1衬砌欠厚及个别部位存在脱空和不密实现象（1）爆破设计不合理，未正确判断围岩岩性和岩石结构，在围岩软弱或完整性不足地段未及时调整爆破参数，造成隧道开挖轮廓不平、棱角分明。
（2）初期支护不规范，喷混凝土前未进行测量复核，欠挖部分处理，喷混凝土时凹凸面未喷平，初期支护平整度不符合规范要求。
（3）防水板固定不牢，铺设时留有足够的松铺系数。
混凝土浇筑后，防水板与初始支撑面粘贴不紧密。
（4）混凝土浇筑过程中未严格按要求进行振捣；当管道堵塞或混凝土浇筑至拱顶位置时，混凝土坍落度未及时调整，导致该位置混凝土不密实，背面出现空隙。
（5）当混凝土浇筑至拱顶灌浆时，现场人员经验不足，向搅拌站提供的补充量不准确，或主观认为浇筑已完成，未经认真分析，停止泵送混凝土，导致二次衬砌厚度不足，造成空洞。
关于隧道病害检测及防治
关于隧道病害检测及防治摘要：本文主要聪隧道病害，检测，防治方面论述隧道病害检测及防治这个主题，旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词：隧道；病害；检测；防治一、隧道病害的特点一般地面建筑结构物是先有结构，再有荷载，并且荷载明确，而險道是在地层中开挖而成，是先有荷载，再有结构，并且荷载目不明确，因此，其病害与其它建筑结构物的主要区别在于以下几点：①險道多为隐蔽工程，其二次衬砌与初期支护接触面、初支支护裂缝隐蔽，不易发现，只有通过特定的检测仪器才能发现。
②隧道病害引发的因素较多，对于单个病因应从地质、设计、施工及运营条件入手，进行分析，找出病因。
③目前，險道的设计理论还未成熟，较多的分析只停留在定性上，从而造成病害治理较为困难。
④目前，公路隧道病害检测与治理措施未有相关规范，因此，各处治设计单位方法不一。
二、隧道的病害类型主要包括：渗漏水病害（包括冻害）、衬砌结构裂损病害、基底破损病害以及其他类型病害等。
而这其中，渗漏水病害和衬砌结构破损病害是影响隧道安全性的主要因素。
2.1隧道渗漏水病害类型隧道渗漏水病害类型包括隧道漏水、涌水（拱部滴水、隧底冒水、孔眼渗水）、隧道衬砌周围积水、潜流冲刷、侵蚀性水对衬砌的侵蚀以及冻害等几种。
2.1.1隧道漏水和涌水隧道围岩的地下水，或洞顶地表水直接地（无衬砌）和间接地（通过衬砌的薄弱环节）以渗、漏、淌、涌等形式进入隧道内所造成的危害，叫漏水或涌水。
这是隧道中最常见的一种病害。
2.1.2衬砌周围积水隧道建成后，地表水或地下水向隧道周围渗流汇集，如不能及时排走将引起隧道出现病害就称为积水。
2.1.3侵蚀性水对衬砌的侵蚀（水蚀）围岩中地下水因含有盐类、酸类和碱类等化学成分，对混凝土衬砌起腐蚀作用而形成病害（水蚀病害）。
2.1.4冻害在严寒地区，地下水或地表水进入隧道后，冻结成冰，造成隧道功能受损害，称为冻害。
根据冻害的现象，冻害类型可分为挂冰、冰锥、冰塞、冰楔、围岩冻胀、衬砌材质冻融破坏和衬砌冷缩开裂等 7 种。
隧道质量病害整治方案
隧道质量病害整治方案1. 背景介绍随着城市建设的不断推进，大量隧道项目的建设和运营成为城市交通发展的重要组成部分。
然而，长期以来，隧道质量病害的出现对隧道的稳定性和安全性产生了严重影响，必须采取有效的整治措施来保障隧道的正常运营。
本方案旨在针对隧道质量病害，提出一套综合的整治方案，确保隧道的质量和安全。
2. 隧道质量病害分类在制定整治方案之前，首先需要对隧道质量病害进行分类和分析。
根据病害的性质和对隧道影响的程度，可以将隧道质量病害划分为以下几类：1.结构性病害：如裂缝、脱落、变形等，直接影响隧道的结构稳定性。
2.渗漏病害：如渗水、渗沙、渗泥等，会导致地基液化、土体溶解，加剧隧道土体的沉降。
3.排水病害：如积水、渗水不畅等，会导致隧道内部湿度过高，加速结构腐蚀和金属材料的腐蚀。
4.边坡滑动病害：如滑坡、崩塌等，会导致隧道周围边坡失稳、土体流失，严重危及隧道的安全。
3. 整治方案3.1 结构性病害整治针对结构性病害，需要进行综合的结构修复和加固措施，包括：•清除裂缝并补充填充材料，提高结构的孔隙率和抗震能力。
•利用高性能施工材料进行局部补修，修补脱落部位，恢复隧道结构的完整性。
•对变形较大的部位进行修整，减小变形引起的安全隐患。
3.2 渗漏病害整治针对隧道渗漏病害，需采取下列整治措施：•加固隧道围岩，提高围岩密实程度，减小渗漏通道。
•对渗漏部位进行密封处理，使用聚合物材料进行渗漏修复。
•完善排水系统，确保隧道内的排水通畅。
3.3 排水病害整治针对排水病害，应采取以下措施：•清理隧道内的积水，确保排水通畅。
•安装排水设施，包括泵站、排水管道等，以确保隧道内的湿度不超过规定范围。
•定期维护和检查排水设施，确保其正常运行。
3.4 边坡滑动病害整治针对边坡滑动病害，应采取下列整治措施：•对边坡进行加固，采用钢筋混凝土桩、锚杆等加固措施。
•定期检查边坡的稳定性，及时处理发现的问题。
•在边坡顶部设置防护措施，如铁丝网、挡土墙等，防止土体崩塌。
铁路隧道病害及处理
⊙混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、空隙、裂缝多，自身防水能力差。 ⊙防水层施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。 ⊙混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。 ⊙衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。 ⊙既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排 水孔、暗槽等年久失修阻塞。
◆常用的整治基本方法 1.适当疏排： 地下水丰富时：增设水沟，将单侧改为双侧沟、加深侧沟货采取设 臵密闭暗管水沟等措施 地表水丰富时：用疏导积水、填平沟谷、砌沟排水等措施。 2.注浆堵水：向衬砌背后围岩或回境层注浆 向衬砌内部注浆 向基底注浆 3.增设防水层：①涂刷 ②刮压 ③喷涂
◆整治措施：裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱，换边墙。
三、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。腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降 低衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。
腐蚀介质的存在 产生腐蚀的3个要素 易腐蚀物质的存在
地下水的存在且具有活动性
防治措施主要有以下几种： ①提高衬砌的密实度和整体性 ②外掺加料法 ③选用耐侵蚀水泥 ④加强衬砌外排水措施 ⑤ 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 ⑥采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌 ⑦向衬砌背后压注防蚀浆液 ⑧使用防腐蚀混凝土。
山体滑坡
因偏压造成铁路隧道龟裂
常见病害水害Fra bibliotek衬砌损裂
衬砌腐蚀
隧道冻害
一、隧道水害 隧道水害是指在隧道修建和运营中遇到的水的干扰和危害，是最常见 的隧道病害。主要指运营隧道水害（即围岩的地下水和地表水直接或 间接的以渗漏或涌出的形式进入隧道从而造成危害） ◆水害的影响：水害对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑物 和岁到周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁、影响内部结构及附属 设施，降低使用寿命，严重时将危害及隧道及地下工程的运营安全轻 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，造成重大经济损失，危害环 境。
铁路隧道常见病害原因分析及整治技术
铁路隧道常见病害原因分析及整治技术摘要：我国铁路隧道数量日益增多，截至2021年3月，全路运营铁路隧道约15554座，长度约18771.8km，其中高速铁路隧道4728座，长度约8185.9km。
铁路隧道建成时，部分区段存在拱墙背后空洞、衬砌厚度不足等施工缺陷，经过运营期列车荷载作用，极易引发其他各类病害，如衬砌渗漏水、开裂、掉块，隧底裂损、下沉与翻浆冒泥、上拱等。
这些病害恶化了铁路隧道服役性能，降低了隧道结构的安全可靠度和稳定性，威胁线路行车安全。
铁路隧道病害的原因涉及到环境、设计、施工、运营维护等多个方面，铁路隧道检测与整治已经成为继铁路建设之后的重要任务。
关键词：铁路隧道；常见病害；整治技术引言隧道开挖建成后，山体中的既有水系重新分布。
西北地区黄土隧道受地质、水文条件影响，围岩中的氯化盐、硫酸盐、碳酸盐等易溶盐类遇水后，伴随渗漏水流入隧道纵、环向排水盲管内结晶，久而久之造成排水盲沟（管）结晶堵塞，进一步发展导致既有排水系统失效。
另外，隧道渗漏水病害还会导致混凝土结构劣化，引发道床翻浆冒泥、接触网漏电跳闸等问题。
尤其在冬季，寒区铁路隧道渗漏水还常演变为衬砌挂冰、道床冻结等次生灾害。
因此，有必要针对既有线隧道渗漏水病害类型、原因及整治措施等开展进一步研究。
1铁路隧道常见病害原因分析1.1渗漏水由于隧道防排水系统不完善、年久失修，且隧道所在区域地下水丰富，雨水或地下水渗进隧道裂缝，极易产生渗漏水。
对京原铁路隧道病害整治施工发现，衬砌腐蚀剥落、衬砌裂缝、衬砌背后空洞不密实、衬砌厚度及强度不足、衬砌结构及围岩结构内部有裂缝病害等，都可造成渗漏水病害。
1.2冬季挂冰由于隧道位于较寒冷地区，渗漏水若得不到有效整治，可能造成冬季隧道冻害，引发拱部挂冰、边墙结冰、围岩冻胀、衬砌涨裂、隧底冰锥等病害。
1.3衬砌腐蚀该病害与地下水经地层的岩性及其所含侵蚀性物质有关。
在某些环境地质条件下，溶于水中的侵蚀性介质沿衬砌施工缝、变形缝、裂缝、毛细孔等路径，对衬砌混凝土产生物理、化学反应，机车长时间喷出的煤烟等也在衬砌内侧留下腐蚀痕迹。
运营隧道常见病害处治及监测技术分析
运营隧道常见病害处治及监测技术分析运营隧道是连接城市市区和周边地区，提供交通运输便利的重要基础设施。
隧道在长期运营过程中，常常会出现各种病害，导致隧道安全性能下降，甚至危及通行安全。
对隧道常见病害进行处治和监测技术分析十分重要。
隧道常见病害主要包括渗水、漏水、降雨、滑坡，裂缝等。
针对这些病害的处治和监测技术主要分为以下几种：针对渗水和漏水问题，可以采用防渗排水技术来解决。
常用的技术包括注浆、侵蚀法、搅拌桩等。
注浆技术是将水泥浆或快凝剂注入问题区域，填充裂缝，降低渗水现象。
侵蚀法是通过高压水流冲击地层，形成孔洞，进而排除水分。
搅拌桩则是通过旋转钢筋桩，将土层混合均匀，增加土壤含水量的同时降低孔隙率，达到排水效果。
这些技术可以有效解决隧道渗水问题，提高隧道的安全性能。
针对降雨导致的问题，可以采用排水系统等技术进行处理。
排水系统包括雨水收集系统、管道排水系统和泵站等，能够将积水及时排除，减小降雨对隧道的影响。
还可以采用开挖排水技术，如排水管道、开辟水沟等，加速地面积水的排除，保持隧道通行的畅通。
滑坡问题是隧道中较为常见的病害之一。
处理滑坡问题的主要方法包括加固和防护措施。
加固措施可以采用钢丝网、锚杆、趾板等，将滑动体与基岩或边坡充分连接，提高隧道的稳定性。
防护措施可以采用挡土墙、护坡等，减小滑动体和陡坡之间的接触力，防止滑动体进一步发展。
裂缝问题是隧道中常见的结构问题之一。
对于裂缝，可以采用填缝技术进行处理。
填缝技术主要包括混凝土填缝剂、聚合物填缝剂等，能够对裂缝进行修补和密封，提高隧道的结构强度和密封性。
对于隧道的病害监测技术，常用的方法包括动态监测和静态监测。
动态监测主要是通过安装传感器和数值模拟技术，实时监测隧道的变形和振动情况，提前预警病害的发生。
静态监测则是通过定期巡视和测量，对隧道结构的位移、裂缝等进行监测，及时发现并修复病害。
对于隧道的常见病害进行处治和监测是确保隧道安全运营的重要措施。
铁路隧道常见的病害成因及有效整治对策
铁路隧道常见的病害成因及有效整治对策发布时间：2022-03-31T05:51:23.135Z 来源：《工程管理前沿》2021年第9月第25期作者：董仕昱[导读] 铁路隧道在我国社会发展过程中占据着非常重要的地位，不过在实际的施工过程中会受到较多方面因素带来的影响，董仕昱中铁十四局集团第二工程有限公司，山东省泰安市 271000摘要：铁路隧道在我国社会发展过程中占据着非常重要的地位，不过在实际的施工过程中会受到较多方面因素带来的影响，这样就会导致各种病害问题的出现。
所以，铁路隧道施工单位要对这些常见病害予以足够的重视，结合实际的情况来采取相应的措施进行整治，这样才能够达到良好的施工效果。
关键词：铁路隧道；病害成因；拱顶脱空；二衬钢筋前言：通过铁路隧道工程实际调查发现，我国部分铁路隧道施工单位受到多方面因素影响比较深，这样就会导致相关管理人员无法对施工过程中常见的病害予以足够的重视，在这些病害的影响下不仅相关工作无法正常地开展，而且还会留下较大的安全隐患。
所以，施工单位要结合时代发展特点进行充分分析和了解，在此基础上对各种铁路隧道病害成因进行充分考虑，这样才可以采取有效的对策来进行整治，整体施工质量和效率也会因此得到进一步提高。
一、铁路隧道常见的病害成因分析（一）拱顶脱空在铁路隧道施工过程中会涉及到较多的环节，其中最为关键的就是二衬冲顶浇筑环节，然而部分施工单位在这个环节当中会受到诸如混凝土供应中断的影响而无法达到良好的浇筑效果，最终就会导致拱顶脱空问题地发生。
施工单位在开展二衬冲顶浇筑的时候会将二衬台车上的所有观察孔进行关闭，这样就会导致施工人员无法对混凝土灌注是否填满拱顶模内部的空间进行观察。
同时，一般情况下会依靠他们自身的工作经验进行判断，从而拱顶脱空问题发生的概率也会进一步增加。
所以，铁路隧道的拱顶围岩会因此而出现拱顶脱空，并最终导致其无法达到良好的支撑效果，在后期也会出现局部掉块或围岩塌陷等情况，严重的时候就会导致安全事故地发生。
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第24卷,第1期 中国铁道科学Vol 124No 11 2003年2月 CHINA RA IL WA Y SCIENCEFebruary ,2003 文章编号:100124632(2003)0120099205铁路隧道病害的综合检测与治理林 懂 明(柳州铁路局兴义工务段,贵州兴义 562409) 摘 要:隧道检测中最关心的问题是利用衬砌厚度、裂损部位、空洞空隙分析、混凝土结构完整性、力学强度、围岩变形等方面的信息,判断工程施工是否达到设计要求,诊断与评价既有衬砌的工作状态与安全性能,分析病害产生的原因,提出病害整治方案。
利用雷达扫描沿隧道拱顶、左右拱肩、左右边墙施工5条线连续扫描,声波检测沿拱顶每10m 一对测点,数码摄像沿隧道全程连续摄录,对90座隧道进行了全面的病害检测。
地质与综合物探检测表明,铁路隧道病害的产生与地质环境、设计与施工有密切的关系,病害整治要针对不同原因制定相应措施。
关键词:隧道工程;病害;综合检测;治理 中图分类号:U45712 文献标识码:A 收稿日期:2002204202 作者简介:林懂明(1969—),男,广西博白人,总工程师。
1 前 言 铁路隧道经常会发生衬砌裂损、崩塌、隧底翻浆等严重危及行车安全的重大病害。
隧道病害检测中最关心的问题包括衬砌厚度、裂损部位、空洞空隙分布、混凝土结构完整性、力学强度、围岩变形等方面的信息,用以判断工程施工是否达到设计要求,诊断与评价既有衬砌的工作状态与安全性能,分析病害产生的原因,提出病害整治方案。
从2000年12月至2001年9月28日,对兴义工务段管内的90座隧道进行了全面的病害检测。
检测仪器采用SIR 22型地质雷达及900MHz 天线、CE2001型工程检测仪和数码摄像机。
雷达扫描沿隧道拱顶、左右拱肩、左右边墙施工5条测线,连续扫描。
声波检测沿拱顶每10m 一对测点,一发双收。
数码摄像沿隧道全程,连续摄录。
2 隧道病害综合检测分析211 雷达波相识别与衬砌厚度雷达记录首先经垂直和水平滤波等预处理,然后进行波相识别,对混凝土衬砌前后两界面的反射波进行波相追踪,读取前后界面的反射波走时,根据理论和实测电磁波速,将走时差转换成厚度,编制成衬砌厚度图,并确定出空洞位置及大小。
隧道检测中雷达记录图象十分复杂,除衬砌界面及围岩内部结构的反射波之外,还有一系列干扰波。
依据发射和接收天线移动时位置变化对应的波相与走时变化的特征,能可靠地区分来自衬砌内部的反射信号与隧道空腔内的干扰信号。
图1是典型的雷达记录图象,从中可以清楚地看出衬砌界面、空洞及台车等反射波相。
图1 典型隧道检测雷达记录图象 围岩的结构与构造在雷达扫描图像中也有清楚的显现,有的地段围岩较稳定,虽有节理裂隙等构造,但未形成新的变形。
有的地段围岩不稳定,围岩变形已造成衬砌结构破坏,形成开裂,图2是围岩不稳定造成衬砌破坏的图象,此类现象多发生在围岩为砂岩的隧道内。
每座隧道的5条测线对应的衬砌厚度编绘成等值线图,如图3a 所示。
不同颜色表示不同厚度。
横坐标是从隧道入口起算的里程,向昆明方向增加。
检测结果表明,对多数地段而言,砂岩地段拱顶厚40cm ～50cm ,边墙厚50cm ～60cm ,灰岩地段拱顶厚20cm ～30cm ,边墙厚30cm ～40cm 。
衬砌厚度变化很大,局部最薄处仅为十几厘米,拱顶空洞较多,特别是灰岩地段,拱顶空洞连片,最大空腔高达1m 。
空洞位置表示在病害图3b 中。
212 数码摄像与隧道表面病害 隧道表面病害是隧道工作安全状态的最真实记录,凡是出现开裂的地段,说明衬砌结构的应力水平已超过了弹性极限,进入非安全工作状态。
将开裂、掉块和漏水等病害摄像记录汇编成病害图(图3b ),可用于评价隧道病害的严重程度和原因分析。
检测结果表明,表面开裂多沿拱肩水平延伸,严重地段衬砌有掉块。
图2 围岩变形及衬砌破坏的雷达图象图3 典型衬砌检测结果213 混凝土强度和结构完整性本次声波检测包含纵波速度、面波速度、频谱特征等三项内容,按不同的研究内容分别进行处理。
混凝土强度是通过纵波、面波速度表征的。
纵波速度是根据两点记录初至波走时差与点距计算的。
面波速度是由相关分析求取的。
对于C15混凝土,正常纵波波速值在2300m ・s -1～2800m ・s -1之间,C20为3000m ・s -1～4000m ・s -1,低于这个指标,混凝土本身质量有问题。
对C15混凝土,面波速度在600m ・s -1～800m ・s -1范围内为正常。
001中 国 铁 道 科 学 第24卷工程应用中最关心混凝土弹性模量E和剪切模量μ的大小,并将其与标准模量E o,μo相比较,将其比值称作混凝土完整系数K p和K r: K p=E/E o(1) K r=μ/μo(2) 它表示混凝土的强度,如果混凝土强度与设计值接近,完整系数接近1。
通常完整系数小于1,质量好时也可大于1。
完整系数可以由波速测量直接计算: K p=V pV po(3) K r=V rV ro2(4)式中,V p为测量的纵波速度,V po为混凝土的标准波速,V r为测量的面波速度,V ro为标准面波速度。
对于C15混凝土,标准纵波速值V po可取2800m・s-1。
标准面波速度V ro可取为800m・s-1。
混凝土强度测量结果如图3c所示。
混凝土强度完整系数大于015时,可以认为强度合格,小于015时,强度偏低。
波谱特征反映衬砌结构的完整性。
波谱分析重点研究三个参量,一是主频高低,二是谱峰的多少,三是两点主频的相关程度。
对于完整的混凝土结构体,一般表现为一个主峰,且频率较高,靠近激发点的记录主频略高于远点,两点波谱有很好的相关性,主频大致为160Hz和150Hz。
当结构出现裂纹时,哪怕是很小的裂纹,主频会明显降低,并且出现多个谱峰,两点波谱形态出现较大差异,失去相关性。
完整的和有裂纹的衬砌的波谱特征见图4。
将近、远两点的实测主频按下式归一化,称为结构完整性系数K f,绘于图3d中。
K f=ff o2(5) 式中,f为近点和远点记录的主频,f o为对应的近、远点归一化标准值。
近点选f o=160Hz,远点选f o=150Hz。
这些标准值是依据大量实测资料选定的。
结构完整系数值接近1时,表示结构完整,系数远小于1时结构破碎,有裂纹;系数远大于1时,衬砌薄有空洞,有声波共振。
3 隧道病害类型及成因分析 综合检测发现隧道病害的类型有拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、铺砌损坏、隧道漏水、围岩变形、衬砌厚度薄、混凝土强度低等几种,根据病害的分布特征及检测图象分析,砂岩夹泥岩类的围岩变形是引起衬砌破坏的主要原因之一,此外施工工艺不合理、施工质量问题,也是造成病害的重要原因。
病害整治中应采取衬砌修整与围岩加固相结合的治理方案。
图4 波谱特征与衬砌完整性311 拱顶病害与围岩变形在检测的90座隧道中,最常见病害是拱顶开裂,多数开裂分布在拱肩,沿水平方向延伸,长达几十米,开裂宽度达数厘米,两侧错抬1cm～2 cm。
开裂严重地段有横向和斜向裂纹交错发展,裂纹切穿整个衬砌并伴有掉块发生。
这种破坏是由于围岩的过大的侧向压力所至,发生在围岩严重变形的地段。
发生这类病害的隧道主要集中在根龙至尾下区间,最严重的地段在册亨至尾下之间。
该地段围岩的岩性是砂岩夹泥岩,结构破碎,节理发育,风化严重,吸水后易变形。
312 边墙开裂与边墙稳定性缺陷边墙开裂是仅次于拱顶开裂的另一类常见病害。
边墙开裂多沿水平方向发展,延伸长达几十米,裂缝为闭和状态。
这种病害对边墙稳定性影响较大,极易引起边墙跨塌事故,它也集中在册亨至101第1期 铁路隧道病害的综合检测与治理尾下之间。
导致此类病害的产生有两种原因,其一是由于围岩的侧向偏压过大,二是由于边墙顶端施工缝的存在,边墙本身稳定性存有缺陷。
由于这些隧道都是按“先拱后墙”工艺施工的,边墙与上拱圈之间衔接不良,普遍存有缝隙,减弱了边墙的上端约束,在围岩侧向变形的推力作用下,极易发生较大侧弯和内倾变形,失稳折断,甚至发生崩塌。
尾下隧道整治中就发生过此类事件。
313 空洞与衬砌偏薄拱顶空洞和衬砌偏薄是又一类常见病害,90座隧道中有69座存在此类问题,坐落在灰岩地段的隧道最为严重。
有些隧道拱顶的空洞占总长度的95%以上,拱顶几乎全部脱空,衬砌厚度仅几厘米、十几厘米。
显然,这类病害是属于施工质量问题,与传统的“先拱后墙”的施工工艺有关。
采用这种施工方法,虽然施工方便,成本降低,但后期施工工序干扰前期施工质量,致使前期拱圈不可避免地下沉而与围岩分离。
另外施工造成的断面超挖、衬砌厚度不足、回填不实。
衬砌与围岩间空隙的存在严重地影响了衬砌与围岩的相互约束,造成应力分布不均,在应力集中部位易导致衬砌开裂、掉块等病害。
庆幸的是灰岩比较稳定,围岩对拱和墙的作用力较小,至今尚未产生较大范围的破坏。
314 隧道底部破坏与仰浮压力隧道底部冒水翻浆、线路下沉是又一种比较严重的病害。
混凝土铺底或仰拱被破坏,围岩中的裂隙水大量涌入隧底,造成路基浸泡软化。
此类病害的发生一方面是由于隧道底部铺砌混凝土质量差,强度较低,厚度薄;另一方面更重要的原因是围岩中节理带严重变形,裂隙水压力过大,导致隧底衬砌破坏,米花岭隧道就是一个很典型的实例。
米花岭隧道围岩为砂岩夹泥岩,断裂和节理极其发育,具有良好的导水性。
隧道埋深超过100m,水头压力超过10MPa,加之砂岩风化矿物遇水膨胀作用,水及围岩对隧底产生巨大的压力,使拱底剪断,裂隙水涌入。
315 隧道漏水和衬砌混凝土强度低隧道漏水是较普遍的病害,90座隧道中有42座存在不同程度的漏水问题,个别隧道漏水段长度占隧道总长度的70%～80%,漏水部位主要沿拱顶横向施工缝发育。
衬砌结构混凝土强度偏低是不容忽视的问题。
在检测的90座隧道中有一座隧道,其大部分地段的弹性模量不到设计值的一半,这是施工质量问题。
316 围岩结构变形与衬砌破坏雷达检测中对隧道外2m范围内的围岩结构进行了探测,并与衬砌破坏形态进行了对比分析。
检测结果表明,围岩中节理带很发育,灰岩与砂岩中都有,但变形主要发生在砂岩夹泥岩地层中,灰岩中节理带变形很小。
围岩变形严重的地段与隧道开裂严重地段位置完全一致,主要分布在册亨至尾下区间。
围岩变形与岩性、岩体结构特征、山体偏压作用、施工处理及地下水活动密切相关。
砂岩结构破碎,裂隙发育,导水性好。
裂隙充水后,减少了岩体间的内磨擦力,直接影响了岩体的力学平衡与稳定,造成递进式变形,引起隧道破坏。
4 隧道整治方案与建议 根据隧道病害检测结果分析,影响隧道安全运营的工程隐患可包括边墙跨塌、拱顶蹦落和岩块击顶等。
边墙跨塌和拱顶蹦落可能发生在开裂严重地段,围岩为砂岩夹泥岩的隧道中,类似的事故在昆明局管内曾发生过。