基于荷载铁路隧道衬砌裂缝产生的原因及对策研究.docx

基于荷载铁路隧道衬砌裂缝产生的原因及对策研究 乔朋庆万梅摘要随着铁路网络的完善隧道的占比不断提高，但衬砌裂缝严重影响隧道质量和安全，所以裂缝的治理也越来越引起人们的重视。文章主要分析了荷载下铁路隧道衬砌产生裂缝的原因，并对对裂缝存在的问题提出了围岩加固、二次衬砌表面补强和严格控制标注的方法等一些相应的裂缝预防治理措施。关键词衬砌裂缝 治理 围岩加固 二次衬砌表面补强一、绪论（一）研究背景及意义（1）研究背景。据统计，我国大陆2013年底运营铁路隧道有11074座，总长8938.78km；2014年在建的铁路隧道有4206座，长度7795.15kin；已规划有4600余座铁路隧道，总长10600km。铁路隧道作为铁路的重要组成部分其衬砌的裂缝的预防与治理也应引起重视。（2）研究意义。衬砌结构裂缝的产生不仅会影响美观而且会对结构的使用寿命（耐久性）及结构防水产生不利影响，因此混凝土衬砌的开裂是诱发其他病害的主要原因。对衬砌结构裂缝进行及时的补强工作是保证地下结构长期安全使用的关键。因此对铁路隧道衬砌裂缝的研究具有很大的意义。（二）国内外研究现状（1）国外研究现状。c.Carranza Tortes，M.Diederichs采用等效截面法，研究了圆形隧道复合衬砌的受力状况，并且对其安全性进行校核。在新世纪到来后，欧洲和日本一些研究者开始采用二维、三围有限体积法等一些新技术对火车进入隧道后对隧道衬砌结构的影响进行研究。（2）国内研究现状。赵永明等针对云南某单线铁路隧道衬砌的裂缝情况，在隧道全部衬砌完成和回填压注工作结束后，采取锚固注浆的方法修复及加固衬砌结构。隧道与地下工程专家关宝树提出，对于隧道衬硕裂缝病害必须“早期发现、及时维护”，在施工过程中的质量控制中，采用游标卡尺、开裂规尺、相机及记录用纸来调查与描述衬砌表面裂缝状况。二、荷载引起的铁路隧道衬砌裂缝分类（一）铁路隧道衬砌结构不合理既有铁路隧道一般年代较久远，修建时期的勘测设计条件有限，而隧道穿越山体工程和水文地质条件复杂多变，设计阶段难以取得完整准确的地质资料。这就会导致隧道衬砌实际所受的荷载与设计荷载之间出现较大的偏差，由于荷载与产期结构不相适应在铁路投入使用之后就会出现开裂。设计师在隧道设计时不能准确的判断周围岩石的受力情况，选择了不合适的衬砌类型就会导致所设计衬砌受力结构与实际所受之力存在差异。在长期的应力和列车行驶产生的应力的作用之下，隧道衬砌便会产生裂缝。（二）偏压（1）内因。在隧道衬砌结构设计时，对偏压型衬砌、后背挖空情况等相应的影响没有思考全面，边墙的基本结构镶嵌幅度太小并且没设计仰拱；在进行施工的时候，隧道的衬砌的后面有时会有孔洞、刹肩不良和厚度不足等各种情况。（2）外因。铁路隧道所处的位置不合适，在迎风口、软弱底层上、深度沟壑、岩桩、滑坡等地方容易导致隧道裂缝的产生。（三）外力引起的铁路隧道衬砌裂缝铁路隧道衬砌在完工以后造成裂缝生成的主要因素是附加力的作用，这些附加力可划分为几个方面，其中主要的是四种。其一是松弛地压力；其二是偏压蠕动；其三为滑坡；还有一种是膨胀性的土压力，不相同的附加力所造成的危害的外在表現也不相同。暴雨、地震等自然灾害也会增加病害发生的可能性。三、铁路隧道衬砌裂缝的预防治理措施（一）铁路隧道衬砌裂缝的预防措施（1）施工时尽量减少每平方米的普通硅酸盐水泥使用量。不同牌子、型号、出场时间的水泥不能混合用的。（2）在条件允许的情况下应优先使用饮用水。没有饮用水，使所使用水的PH4。（3）掺合料。建议掺加粉煤灰和膨胀剂的双掺技术，同量替代水泥，以减少水泥用量，其具体掺量应经试验确定。（4）外加剂。高效率的外加减水剂参量不能过多，否则就会造成混凝土的肿胀和开裂。外加剂是多种多样的，其用量应该要符合工程的要求。（二）铁路隧道衬砌裂缝的治理措施围岩加固。铁路隧道上方的空洞很容易形成塌方，在有空洞的地方衬砌结构很可能形成裂缝。应对塌方造成的空洞时可以填浆砌片石或者是事先做注浆孔两种方法。为了保证塌方洞穴不再因为失稳造成隧道衬砌形成裂缝需要在衬砌混凝土施工后立刻注浆回填密实。在二次衬砌上方的大型孔洞若是由超挖形成，也需要立即注浆回填。二次衬砌表面补强。现在的铁路隧道衬砌一般都是采用混凝土作为材料，衬砌的裂缝是客观存在的。但是正常的状况之下可以通过加强养护和监管来预防裂缝的产生。在混凝土刚刚出现裂缝的时候要及时的进行治理，以防裂缝进一步恶化。（1）细微裂缝。隧道衬砌外表面上如同网状般的裂缝就是细微裂缝。相对而言此种裂缝的危害几乎可以忽略不计。它对衬砌的结构不会造成危害，只是影响了审美。可对其进行表面的处理，与周围环境相适应，条件不足的也可以不做处理。（2）贯通性裂缝。贯通性裂缝有很大的破坏性，需要及时处理。处理的方法一般是加固钢板，减小衬砌的荷载。（3）密集裂缝。隧道衬砌背后存在的孔洞会导致密集裂缝的产生，密集裂缝是非常容易恶化的。为了防止这样的裂缝进一步发展成危害性的裂缝需要进行一些相应的防护处理，此时可以沿着开裂的方向每隔1.2m-1.5m交错布点，凿成10cmx10cm大小深5cm的方孔，用风动凿岩机钻孔，孔深3-5m，注入砂浆。在注浆完成之后，另外开新的孔洞在适当的压力下注入纯水泥浆检查注浆效果。隧道衬砌的某一段若产生了密集裂缝，在其不威胁隧道结构安全和净空的断面可以缩小的前提之下，可以采用施作套衬得方法。套衬就是指在隧道衬砌内部再浇筑一层混凝土，减小围岩对原有隧道衬砌的荷载。并且套衬是在已经破坏的混凝土的内部，因此可以阻止既有衬砌进一步裂损变形。四、结论（1）在进行隧道设计时一定要结合隧道的实际位置，实地严格勘探隧道建设位置的地质，依地形选择隧道结构。这样才能有效的预防结构设计与承载的荷载不相符造成的隧道破坏性的裂缝。（2）隧道建成之后会受到各种的外力，有些外力不可预见例如地震，山体滑坡等。但是一些荷载却是可预见的，例如列车行驶带来的外力，山体荷载等，对于这些可预见荷载要采取预防措施减少其对隧道衬砌的伤害，避免一些正常范围内的荷载造成衬砌开裂。（3）通过此次的研究明了对隧道衬砌裂缝我们应该采取预防和治理相结合的方法，只有如此才能有效的治理衬砌开裂现象。 -全文完-