铁路隧道维修管理技术讲座课件.ppt

1、2023-1-181铁路隧道的维修管理技术讲座讲授人 关宝树2023-1-182n 本讲座主要结合既有铁路提速和新建客运专线，介绍隧道工程所面临的维修管理问题。n 内容包括：n 一 维修管理的重要意义为什么进行维修管理？n 二 隧道工程的技术特性n 三 维修管理的基本原则如何进行维修管理？n 四 客运专线隧道工程的特点n 五 提速对隧道工程的影响n 六 隧道变异现象及分类n 七 隧道变异的判定基准n 八 隧道变异检测技术n 九 变异对策设计n 十 维修管理技术的发展2023-1-183一、维修管理的重要意义n为什么要进行维修管理？2023-1-184n 我们从3个方面来谈。n 一、结构物建成后

2、就具有了设计规定的性能如何维持和发挥隧道结构物的性能？n 二、任何结构物都有一个设计使用年限如何确保结构物能够在规定的使用期间内完成其使命？n 三、铁路客运运输的基本要求是安全、准时、快速、舒适如何实现这个要求？2023-1-185一、结构物的基本性能 安全性能 承载性能 其他安全性能 使用性能 有关使用性的性能 有关功能性的性能 对第三者影响的性能 美观景观 耐久性能 与安全性有关的 与使用性有关的 与对第三者影响有关的 与美观景观有关的 2023-1-186n 承载性能：包括结构物的强度、刚度以及防火等性能在内；在过去的结构物设计中，我们主要是采取“强度”设计方法。确保结构物在运营期间，强

3、度是充分的。包括在发生设计考虑范围的地震条件下也是安全的。n 使用性能：包括结构物的变形、防水等性能。要求结构物的变形不能侵入隧道建筑限界之内，要求结构物具有1级防水的性能等。2023-1-187n 对第三者影响的性能：前面所说的承载性能和使用性能是我们主要考虑的性能要求。但最近几年，又开始考虑结构物一旦发生灾害对第三者影响的问题，如混凝土衬砌掉块，会造成人员的伤亡和行驶列车的损伤等；n 美观和景观：也作为结构物的性能要求。n 耐久性：一个结构物都有一个使用年限，因此结构物必须具有能够满足规定的使用年限的性能，其中包括承载性能、使用性能等。2023-1-188 从结构物要求的性能出发，在隧道工

4、程设计领域中，一个重要的发展，就是把耐久性设计的基本概念，引进到隧道结构物的设计中。简单地说，耐久性设计就是不仅考虑结构的安全性、使用性，也要考虑结构的可维修性的设计。也是一种反映结构物全寿命周期的设计。2023-1-189二、结构物使用期间和耐用期间 结构物是作为社会资本来修建的。因此，种类，规模，重要度，使用期间不同的结构物，因耐久性产生的社会影响也是不同的。结构物的耐用期间一般分为13级，分别为100年，65年和30年。通常的构件混凝土结构物，一般取65年，要求耐久性高的结构物，可取1.5倍的100年。要求耐久性高的结构物有如下的例子。2023-1-1810 根据社会条件，要求高耐久性的

5、结构物有：有纪念意义的结构物 收藏重要物品的结构物 劣化，损毁对人命可能有重大危险的结构物等。根据经济条件，要求高耐久性的结构物有：劣化，损毁时如修理，更换在经济上有重大损失的结构物 延长结构物的法定耐用年数，在经济上有利的结构物等。应该说隧道结构是属于要求耐久性高的结构物之一，因此隧道结构物通常条件下，都是按100年的耐用期间年的耐用期间进行设计的，2023-1-1811 图4耐用期间和使用期间的基本概念2023-1-1812 根据结构物的种类设定设计耐用期间的大致标准见表2 表2 设计耐用期间的大致标准结构物的种类设计耐用期间要求高耐久性的结构物100年一般的结构物65年耐用年数短的结构物

6、30年2023-1-1813我国铁路混凝土结构的设计使用年限一般可按表3进行分级。表3 设计使用年限级别工程类别设计使用年限I重要结构物100年II一般结构物60（50）年III可更换或可加固的易损构件30年2023-1-1814设计耐用期间与维修管理 设计耐用期间也要根据维修管理的水平设定。此维修管理水平视是否进行定期检查，必要时是否进行补修、补强等而定。如以补修、补强为前提时，与使用期间比较，设计耐用期间可设定短一些。例如，日本在“建筑工程标准规格钢筋混凝土结构”（1997年）规定，视结构物或构件的计划使用期间，如表3所示，同时根据耐久性的要求规定了混凝土最低的设计基准强度（表4）。表3的

7、设计基准强度是根据保护层厚度40mm、钢筋腐蚀概率3%的条件规定的。2023-1-1815 表3 耐用期间与维修管理水平耐用期间划分设计基准年限结构状态1级100年不产生承载性能的降低2级65年不产生使用性的降低3级30年不产生设计基准期内的劣化2023-1-1816 工程结构一般都是可维修的，只不过有的易于维修，有的难于维修而已。隧道是属于难于维修的一类。它的可维修性是比较差的。因此，在隧道结构物中建立“少维修少维修”的概念的概念是非常重要的。2023-1-1817n 在合适的设计、施工和维修管理条件下，隧道结构物会具有良好的承载性、耐久性和满足耐久性要求的使用寿命。但如设计、施工不当或对某

8、些潜在的因素考虑不周，或维修管理不善，就会出现劣化现象或加速劣化的发展，而造成结构物耐久性的降低或使用寿命的缩短。维修管理的目的就是保证隧保证隧道良好的运营条件和结构物的使用功能，不断地延道良好的运营条件和结构物的使用功能，不断地延长结构物的使用寿命长结构物的使用寿命。世界各国对此异常重视。2023-1-1818 图5 结构物寿命与维修管理的关系概念2023-1-1819因此，在设计中必须把这种概念考虑进去。这种设计概念，就是结构物在设计基准期内，受到结构物在设计基准期内，受到劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣化劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣化状态控制在容许水准以内为目标状态控

9、制在容许水准以内为目标。同时，根据经济性，来设定材料规格、设计基准和施工工艺，并决定相应的维修管理基准。这种设计概念就是耐久性设计的基本概念。2023-1-1820n 我国铁路隧道已经进入高维修管理时期。n 加强铁路隧道的维修管理、提高维修管理的技术水平，就显得格外重要。2023-1-1821n最近 日本一些有识之士提出“2020年的警钟”，即“日本将从土建大国变成修缮大国”。2020年的结构物维护费和改建费，仅建设省就超过2兆亿（日元）是今天的3倍，维护费用将成为国家财政的巨大负担。我国铁路隧道的修建已有近100年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理的阶段，维修管理费将大幅度地增长，问题是不

10、容忽视的。公路隧道正进入建设的高潮期，应该从一开始就重视引入“少维修”的概念，使结构物具有符合要求的耐久性。2023-1-1822存在的问题n我国近5000km的铁路、公路隧道基本上是采用矿山法修筑的，目前在维修管理方面存在的主要问题有以下几点：n1还没有真正地把维修管理的理论和方法，运用到隧道的维修管理中，在这方面与一些国家的差距，十分明显；也就是说，在维修管理中要建立一个新的概念，即结构物在设计基结构物在设计基准期内，受到劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣准期内，受到劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣化状态控制在容许水准以内为目标化状态控制在容许水准以内为目标。同时，根据经济性

11、，来设定材料规格、设计基准和施工工艺，并决定相应的维修管理基准的概念。2023-1-1823n2缺乏早期发现变异现象的检查和检测方法，特别是铁路隧道由于洞内的运营条件差（潮湿、阴暗等），很难早期发现变异的前兆和变异现象。因此在日常检查中，充实、改进和完善检查和检测方法，是当务之急；n3对既有隧道功能状态的判定和评价方法有待提高；2023-1-1824n4改变传统观念，树立新观念n目前，已经有近百年历史的铁路隧道已经进入“高维修”管理期。为了延长或提高隧道的使用期间，必须改变“重工程、轻维护”、“重治理、轻检查”、“重晚期、忽视早期”等等观念，建立“预防为主、早期发现、及时维护、对症下药”的基本

12、观念。造成这种现象的原因是多方面的，有体制上的，有经济上的，也有技术上的。2023-1-1825n5铁路隧道变异的整治方法落后。不仅与国外隧道工程的变异整治方法比，就是与国内的其他工程的整治方法比也是落后的。这当然与隧道工程自身的特点有关，但缺少对整治方法、材料及工艺的系统研究和整理也有极大关系。将一些成熟的、有效的和先进的整治方法模式化是十分必要的。2023-1-1826二 隧道工程的技术特性 认识隧道工程的技术特性技术特性，是建立良好维修管理体制的前提。作为维修管理人员首先要清楚地认识到这一点。从维修管理角度出发，我们要求的隧道技术特性有3点：1、隐蔽性隐蔽性 2、安全性；安全性；3、使用

13、性；使用性；4、恢复性（可维修性）恢复性（可维修性）。2023-1-18271、隐蔽性n 地下结构与其他结构最大的不同就是它的隐蔽性。隐蔽性使我们无法迅速地发现结构物的变异，一般说变异多出现在外观上，但造成变异的原因要从结构物内部和其背后的状态去分析和判断，不仅增加了检测的难度，也降低了判断和分析隧道结构物变异状态和原因的难度。2023-1-1828n 安全性、使用性和复旧性也是隧道工程的重要技术特性。从运营表角度出发，这3种特性的内容如下表所示。n （表）n 铁路隧道如何满足上表所列的性能要求，则是维修管理的重要任务。2023-1-1829 表1 铁路隧道的要求性能和性能项目要 求性能性能项

14、目具体内容安全性隧道结构的安全性隧道没有崩塌建筑限界的富余没有侵入建筑限界基底的稳定性没有对列车安全运行有障碍的鼓起、下沉、移动对剥落的安全性没有对列车安全运行有障碍的衬砌或补修材料剥落对漏水、冻结的安全性没有对列车安全运行有障碍漏水、冻结使用性对漏水、冻结的使用性漏水、冻结对洞内设备功能没有影响表面污染检查没有发现有妨碍的污染对周边环境的影响对周边环境没有有害的影响恢 复性灾害时的复旧性即使受到灾害时的偶发作用，也易于恢复隧道的性能2023-1-1830三、如何进行维修管理？n 如何进行维修管理？，各国都根据自身的国情和技术发展的情况，有所不同。n 这里我们借鉴日本高速铁路隧道的经验并结合我

15、国的国情加以说明。2023-1-1831一 维修管理的基本原则n 隧道结构物必须进行维修管理。n 铁路隧道的维修管理的基本原则是：n 1、预防为主预防为主n 2、早期发现早期发现n 3、及早治理及早治理n 4、对症下药对症下药2023-1-18321、预防为主n 预防维修管理是最好的维修管理方法预防维修管理是最好的维修管理方法。也就是说在变异发现之前进行详细的检查，并采取不让变异发生的必要对策是最经济的维修管理方法。因此，建立一个完善的检查体系一个完善的检查体系是十分重要的。2023-1-18332、早期发现n 隧道变异的发生一般都是有前兆的，早期发现这些前兆，并做出正确的判定，及时处理可能发

16、生的变异是当前各国进行隧道维修管理的基本前提。这一点对我们更具有重要的意义。早期发现早期发现正正确诊断确诊断推定变异发生原因推定变异发生原因应该成为我们进行维修管理的重要内容。2023-1-18343、及早维护n 拖延处理发生的变异，只会使变异继续发展，最后可能导致隧道各种事故的发生。实践指出：出现了变异，并不可怕，怕的是不能及时处理。及时处理会收到“事半功倍”的效果。隧道是修筑在地下的线状结构物，围岩动态及环境条件是十分复杂的。因此，即使进行了详细地调查，有时也很难充分掌握隧道的变异状态。在变异有发展性的情况，在变异发生的初期阶段，只要采取一些轻微的措施就可解决问题。但如在发展过程中，就必须

17、采取强有力的措施了。2023-1-18354、对症下药n 隧道发生变异，就和人生病一样。因此，有人把隧道的维修管理认为是“隧道临床医学”。“对症下药”就是临床医学的重要原则。隧道的变异是各种各样的，整治的方法也是各种各样的。因此，必须了解变异和各种整治对策的相互对应关系，以期获得最好的治理效果。2023-1-1836维修管理的方法和步骤n 维修管理：在结构物使用期间维持结构物在要求性能水准以上的全部技术行为。n 这里所谓的全部技术行为指：n检查变异推定预测评价与判定对策等2023-1-1837第第1步步检查检查n（1）为了早期发现变异、损伤、初期缺陷，确实掌握结构物的性能，维持在要求水准以上，

18、应采用适当方法进行检查。发现初期缺陷、损伤的场合应立即进行处理。n（2）检查应按结构物的维修管理级别规定的检查方法、试验方法、频率等实施。n（3）检查有初期检查、初期检查以后的检查（日常检查、定期检查、详细检查、临时检查），应根据结构物的重要度及变异预测进行合适的检查。2023-1-1838第第2步、变异机理的分类和推定步、变异机理的分类和推定n（1）变异现象应根据变异机理进行适当的分类。n（2）变异因素分为环境条件和使用条件等外部因素和设计条件及施工条件等内部因素，应适当的选定。n（3）根据变异现象和变异因素，应适当地推定结构物的变异机理。n（4）因复数变异机理产生复数变异的场合，应考虑各自

19、的单一的变异机理，采用复合的变异模式进行研究。2023-1-1839第第3步、变异预测步、变异预测n（1）为了进行结构物的维修管理，应对结构物的部位构件进行适当的变异预测。n（2）应掌握结构物各部位构件的性能和变异的关系，明确各种变异对各种性能有怎样的影响。n（3）变异预测应对变异机理和变异因素进行分类，推定相关的变异机理，采用适当的模式进行变异预测。n（4）变异预测的精度，应根据变异模式的精度、结构物的部位构件或结构物的重要度等决定。2023-1-1840第第4步、评价及判定步、评价及判定n（1）结构物性能的评价，应根据检查结果，考虑变异机理和状态，对检查时和预定使用期间完了时的变异发展状况

20、和性能降低采用适当方法进行评价。n（2）对结构物性能降低的判定，在评价结果中采用规定的判定基准决定是否需要采取对策。包括必要时采取紧急措施的判定。n（3）评价和判定要按初期检查、初期检查以后的检查等分别对应进行。n（4）初期检查以后的变异评价和判定，原则上分为基于目视检查结果的评价和判定和基于详细检查结果的评价和判定2个阶段进行。2023-1-1841第第5步、对策步、对策n因结构物性能降低而采取对策的场合，应考虑维修管理级别、残存使用期间、维修管理的难易等采取适当的对策。2023-1-1842第第6步、记录步、记录n记录应采用适当的方法进行。n 这些技术行为技术行为构成了维修管理作业的全部内

21、容。这是每一位工务技术和管理人员应该掌握的技术。2023-1-1843三、客运专线及提速n新建的高速铁路隧道的特点是什么？n提速后的铁路隧道如何满足这些条件？2023-1-1844n1、客运专线隧道工程的特点 n 为了迎接市场竞争的挑战，近期，铁道部启动了以250km/h、300km/h和350km/h速度为目标的客运专线的建设工程，我国的铁路建设又进入了一个新阶段。由于速度的跨越，对构成线路的各种结构物，包括桥梁、隧道、轨道、路基等，提出了更加严格的要求和标准，也提出来许多前所未有的新课题。n 目前，正在建设的和拟建的几条客运专线都有大量的隧道工程涌现。在客运专线条件下，如何针对隧道观察的特

22、点、认识和解决所面临的新问题，是一个值得研究的问题。2023-1-18451）我国高速铁路隧道的发展概况n 从2004年开始，我国开始了名义上是“客运专线”，实质上是高速铁路建设的新时期。n 进入“十一五”时期，铁道部用科学发展观指导铁路跨越式发展，全面实施中长期铁路网规划，一个以客运专线为重点的铁路网建设已经全面展开，隧道修建数量将有突飞猛进的增长。根据不完全统计，中华人民共和国成立至2005年末半个多世纪以来，我国共建成铁路隧道6874座，总延长4158km，连同建国前修建的664座、总延长156km铁路隧道，现我国建成的铁路隧道已有7538座、总延长4314km。足以显示我国已是世界上铁

23、路隧道最多的国家。n 2023-1-1846n 未来10年我国将要修建的铁路隧道，其总长度几乎等于我国已建成的铁路隧道的总和。届时我国铁路隧道的总座数将超过1万座，总延长将突破8000km，单座隧道的长度将达到32 km以上，这一发展前景是时代赋予我们的历史使命。n 2006年正在建设的14条客运专线的铁路隧道有644座，总延长达875km，正在建设的客货共运的铁路隧道有1289座，总延长达1368km。而规划中的17条线路，约有2000km的铁路隧道，其中长度超过10km的铁路隧道总延长达750km。最长的铁路隧道为32km的新关角隧道。n2023-1-1847n在客运专线上，长度超过10k

24、m的特长铁路隧道有50多座，总延长达750km。2023-1-18482）客运专线的速度等级n新建的客运专线的设计标准分为3个档次。即：n1）运营速度200km/h，设计目标速度250km/h；n2）运营速度250km/h，设计目标速度300km/h；n3）运营速度300km/h，设计目标速度350km/h；2023-1-1849高速对新建客运专线隧道的影响一、列车运行的高速度，引起的列车空气动力学空气动力学问题突出问题突出，不容忽视；这包括：隧道净空有效断面积的确定舒适性；列车运行产生的空气压对结构物的影响耐久性；对周边环境的影响缓冲结构的设置。三个方面的问题。2023-1-1850二、考虑

25、列车高速运营的特点，隧道的净空有效断面积增大，例如在350km/h速度的条件下,级围岩隧道的开挖断面积可达170m2，属于超大断面隧道的范属于超大断面隧道的范畴，与三车道公路隧道的开挖断面积相当，给设计、畴，与三车道公路隧道的开挖断面积相当，给设计、施工提出来许多新课题；施工提出来许多新课题；2023-1-1851三、由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般地质条件下的初期支护技术初期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术超前支护技术，提出来很高的要求；2023-1-1852四、列车高速运行的作用，对洞内轨道（包括基底结构，如仰拱或铺底、混凝土填充层等）的影响增大，不仅需要加强基

26、底结构，需要加强基底结构，对衬砌结构也具有一定的影响，不容忽视。2023-1-1853五、对衬砌混凝土的耐久性，如抵抗列车风压的疲劳疲劳特性特性；如何保证初期支护的喷混凝土的耐久性喷混凝土的耐久性?，以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等，都提出来了明确的要求；2023-1-1854 何谓大断面？目前我国大断面（三车道）公路隧道已开始修建，如联络重庆市的几条高速公路也从一开始就决定采用3车道的大断面隧道，如铁山隧道，大梅沙隧道、大宝山隧道等都是三车道大断面的。由于3车道公路隧道的断面积比双车道大得多,例如，第二东名公路初期建设的三车道隧道的断面积为113170m2 比一般双车道的85m2 大1.52

27、.0倍。目前为适应140km/h高速度的要求而规划的3车道公路隧道，其断面积达170m2200m2，局部断面达230m2的超大断面，开挖宽度达23m。较初期三车道隧道断面又增加了1.31.5倍。英法海峡隧道分叉处断面的开挖宽度达21.2m，开挖高度达15.4m，开挖断面积为252.2m2。又如，日本的第二布引隧道，在分叉段是从2车道（净空断面积59m2）变化到34车道的断面（最大开挖宽度24m、开挖断面积240m2）。2023-1-1855隧道断面划分和开挖断面积（日本）划分开挖断面积(m2)说明标准断面大断面超大断面7080100120140双车道有人行道的双车道车道与路面宽相同的三道202

28、3-1-1856国际隧协的断面划分划 分净空断面积(m2)超小断面小断面中等断面大断面超大断面100.02023-1-1857n大断面隧道对维修管理的检测技术提出了较高的要求。发现结构变异更加困难。因此，一些检测技术都向着自动化、数值化等方向发展。2023-1-18583）提速对既有隧道工程的影响n1、列车运行速度与隧道断面积的关系缓冲结构的设置原则舒适性n2、列车运行速度与二次衬砌（包括洞内设备等）的关系重视衬砌的初期开裂安全性n此外，列车运行速度和重载对隧道基底也有一定的影响，确保基底的稳定性、加强基底的检测，势在必行。2023-1-1859（1）列车运行速度与隧道断面积的关系n 在高速运

29、行的条件下，高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，如压力波动、出口微压波、洞内行车阻力增大等，这些对隧道横断面的确定具有重要意义。n 日本在第一次运行时，发现当高速列车进入隧道时，强烈冲击处于隧道中的静止空气柱，压力脉冲作为纵向运动的波以声速通过隧道，并在隧道的另一端（即开放端）发生反射，由正压变为负压，同样以声速沿列车运行相反的方向向回运动，遇到列车后空气阻力在大气压力(100kPa)附近发生波动，使旅客的耳朵发生明显不适。这种现象引起了高速列车和隧道研究人员的注意。研究表明：这种现象，当车速愈快、堵塞比(列车断面积与隧道断面积之比)愈大，愈越明显。2023-1-1860n 隧道的

30、微气压波是列车突人隧道时形成的压缩波、在隧道内传播到达出口时向外放射脉冲状的压力波；其发生的实态见图1。2023-1-1861n 隧道的横断面面积通常是根据隧道建筑限界和列车运营的要求决定的。但在高速铁路的条件下，还必须考虑满足列车空气动力学的要求。根据设计基准，即 满足最大瞬变压力控制标准值 P=3.0kP/3s的要求。2023-1-1862线路名称速度（km/h）断面积（m）堵塞比东海新干线210640.21山阳新干线230640.21上越新干线234640.20巴黎大西洋干线300单线46双线71汉堡墨尼黑干线250820.14罗马米兰干线21054意大利27576西班牙25075北陆新

31、干线2600.18中央新干线5000.122023-1-1863列车速度（km/h）160230270300隧道断面积（m）535571100堵塞比0.230.220.170.122023-1-1864隧道类型车速（km/h)净空面积（m2)阻塞比舒适度准则（kPa/3s)3.01.250.8相应车辆密封指数（s)双线（考虑会车）200800.1282506.53001000.1032.05.63504.0单线200520.1982507.0300700.1471.27.03503.02023-1-1865n 应该指出，为降低微气压波的影响，在列车进洞速度超过160km/h时，都要采取相应措施

32、。一种措施是扩大隧道断面到一定程度，如韩国、台湾等均采用90100m2的隧道断面积。一种方法是不增加隧道断面积，而在隧道入口设置相应的缓冲段。日本因新干线隧道的断面积只有64m2，因此，当列车速度提高后，就不得不采取在入口段设置不同类型的缓冲段的措施。2023-1-18662023-1-18672023-1-1868太行山隧道的缓冲结构 2023-1-1869 缓冲段设置基准条件说明微气压波峰值（Pa）洞 口 有 建筑物建筑物无特殊环境要求建筑物处小于20建筑物有特殊环境要求建筑物处按要求洞 口 无 建筑物住宅距洞口大于50m距洞口20m小于502023-1-1870 缓冲段建议长度隧道断面积

33、（m2）堵塞比（%）列 车 速 度（km/h）缓冲段长度（m）700.14350131000.10350112023-1-1871（2）列车运行速度与二次衬砌l 作用在衬砌表面的法向荷载：l V=300km/h,At=92,p=6.0kPal V=300km/h,At=56（单线）,p=4.5kPal V=250km/h,At=82,p=5.0kPal 作用在衬砌结构上的纵向荷载l V=250km/h,At=82,p=0.75kPal 此类荷载对衬砌结构不会有显著影响，但对某些设备和设施可能会有影响。l 但对已经发生开裂的衬砌，在此压力变动的作用下，可能发生衬砌混凝土掉块的事故。应加以注意。2

34、023-1-1872示例说明：日本一座隧道的混凝土掉块事故的分析2023-1-1873n 根据调查结果，外部原因中否定了地压水压作用、地震、接近施工、冻胀压力的影响。n 关于列车振动和空气压变动，在事故发生地点，对列车走行时衬砌混凝土的动态进行了种种量测，其结果如下。n列车振动：最大0.3kine（衬砌表面切线方向）n 最大0.1kine（衬砌表面法向方向）n空气压变动：最大6kPa（列车尾部通过时的压力下降）n应变：最大12（衬砌表面切线方向）；2023-1-1874n 一般说，使衬砌开裂的振动速度是2030kine，使混凝土开裂的拉应变一般是200左右，因此列车振动、空气压变动、应变不会成

35、为剥落的主要原因。但是，空气压变动和列车振动的反复作用，对开裂的发展是有影响的。因此，进行了空气压反复变动影响的试验。其结果是：n随着荷载的反复作用，开裂的端部的混凝土发生疲劳，微细的开裂徐徐发生；n最终是开裂急剧发展，而剥落；n开裂的深度越深，在少许的反复次数就破坏了。n 根据这个结果，预计实际的剥落形状、荷载的形态、荷载的水平（5kPa），反复次数（剥落发生预计120万次），认为疲劳破坏是造成剥落的可能性的主要原因。2023-1-1875（3）高速列车对基底的影响分析n 列车高速行驶时，结构动力响应在边墙和仰拱部位的加速度，随列车速度的增加而加大，250km/h时的加速度比160km/h的

36、加速度增加23左右；n 高应力区重要集中最边墙与仰拱的连接处；n 仰拱填充材料具有较好的减震作用。n 因此在设计施工中，及其边墙和仰拱的设计，特别是边墙和仰拱连接处的设计是十分重要的。检测也应把这些部位作为重点。2023-1-1876五、隧道变异（病害）的基本类型n 隧道变异（病害）？n 所谓隧道的变异指：因外力、环境、材料、设计、施工等原因引起的衬砌变形、开裂、剥落、漏水、冻结、材料劣化等，使隧道性能处于损害的状态，或者如果不进行处理就可能发生损害的状态。从这个意义上说，变异与病害是同义的。2023-1-18772023-1-1878引起隧道变异的原因荷载增加隧道变异围岩承载力降低衬砌材料劣

37、化衬砌承载力降低2023-1-18791、引起荷载增加的原因荷载增加地震、地壳变动近接施工滑坡松弛压冻胀力偏压、坡面蠕动水压2023-1-18802、引起围岩承载力降低的原因围岩承载力降低冻融循环围岩松弛地下水近接施工年久2023-1-18813、引起材料劣化的原因衬砌材料劣化冻害碱性骨料火灾碳化施工不良年久有害水2023-1-18824、引起衬砌承载力降低的原因衬 砌 承载 力 降低背 后 空洞施 工 不良设 计 不良开 裂、错动衬 砌 厚度不足2023-1-1883n把上述内容进一步归纳可以看出：既有隧道发生变异的原因,有因外力所造成的,有因材质劣化所造成的,也有是因漏水所造成的。此外,设

38、计施工条件也会产生一定 的影响。一般说,发生变异时,上述的变异原因多数是重复作用的。因此,即是进行详细地调查,有时也很难对变异原因做出明确的判定。2023-1-18842023-1-18852023-1-18862023-1-1887n如上所述，产生变异的原因是多方面的，大体上分为外因（外力和环境等外部因素）和内因（材料和设计、施工等构造上的因素）二大类。2023-1-1888n 外力和环境引起的变异2023-1-1889n内因引起的变异。这是促进外因造成的变异发展的重要因素，在原因推定上是不能忽视的。2023-1-1890 变异原因（内因）变异现象的特征设计直边墙边墙上部倾倒、边墙间隔缩小、

39、边墙水平开裂、错动基脚混凝土不足、填土不足偏压、坡面蠕动造成的变异在发展无仰拱轨道变异：水平、高低等轨道变异：土砂流入、地层下沉边墙下部挤出、水沟开裂排水不良边墙下部挤出、水沟开裂土砂流入、地层下沉无隔热层边墙开裂拱、边墙错缝施工拱背后空洞隧道宽度缩小边墙、起拱线附近的拱肩开裂、错缝、错动（侧压增大）拱顶压溃隧道高度缩小拱顶水平开裂、错缝（没有回填压注或压注不足）边墙背后空洞隧道拱顶缩小拱顶水平开裂、错缝2023-1-1891 厚度不足拱顶水平开裂（拱顶厚度不足）不定形状的开裂、剥离刹肩不良刹肩部错动、漏水、土砂流入边墙倾倒、隧道宽度缩小 材料材质不良不定形状的开裂、剥离、剥落 防水不良漏水、

40、结冰2023-1-1892隧道变异的分类n 根据上述隧道变异原因的分析，结合我国的国情，隧道变异分为以下几类。n 衬砌裂损劣化；如变形、移动、开裂、错动、压溃等n 渗漏水；n 冻害；n 衬砌材料劣化；如混凝土衬砌腐蚀、钢筋腐蚀等。2023-1-1893外力引起的变异模式图2023-1-18942023-1-1895六、隧道变异的判定及基准n 隧道变异的判定及基准，各国都非常重视。由于国情的不同、检测手段的差异，各国制订的判定基准，也多少有些差异。现以我国和日本铁路隧道的变异判定基准，加以说明。2023-1-18961、我国铁路隧道劣化评定标准n我国铁路隧道劣化评定标准包括以下内容。n 隧道劣化

41、等级划分；n 衬砌裂损劣化等级划分；n 渗漏水影响等级划分；n 冻害影响等级划分；n 衬砌材料劣化等级划分。n各种等级划分的评定标准如下。2023-1-1897 隧道劣化等级评定标准 劣 化 等 级对结构功能及行车安全的影响 措 施AA(极严重)结构功能严重劣化，危及行车安全立即采取措施AA1(严重)结构功能严重劣化，进一步发展危及行车安全尽快采取措施加强监视，必要时采 B(较重)劣化继续发展会升至A级取措施 C(中等)影响较少加强检查，正常维修 D(轻微)无影响正常保养及巡检2023-1-1898 衬砌裂损劣化评定标准 裂损类型裂损等级变形或移动开裂、错动 压 溃AA(极严重)滑坡滑动使衬砌

42、移动加促；衬砌变形、移动、下沉发展迅速，威胁行车安全。开裂或错台长度L10m，宽度85mm，且变形继续发展，拱部开裂呈块状，有可能掉落。拱顶压溃范围3m2；或衬砌剥落最大厚度大于衬砌厚度的14，发生时会危及行车安全。A A1(严 重)变 形 或 移 动 速 度V10mm年开裂、错台长度10mL5m，但开裂或错台值a5mm；开裂或错台使衬砌呈块状，在外力作用下有可能崩坍和剥落。压溃范围3m2S1m2；或有可能掉块。B(较 重)变形或移动速度在10mmV3mm年而且有新的变形出现开裂或错台长度L5m且宽度5mma3nma；裂缝有发展，但速度不快。剥落规模较小，但可能对列车造成威胁；拱顶压溃范围S1

43、，剥落块体大于3cm。C(中 等)有 变 形，但 速 度V3mm/年开裂或错台长度L5m且宽度3mm 压滞范围很小 D(轻 微)有变形，但不发展，而且对使用无影响。一般龟裂或无发展状态个别地方被压溃2023-1-1899 渗漏水等级评定标准 漏水或涌水的危害等级 隧 道 状 态 A AA(极严重)水突然涌人隧道，淹没轨面，危及行车安全；电力牵引区段，拱部漏水直接传至接触网。A1(严 重)隧底冒水、拱部滴水成线，严寒地区边墙淌水，造成严重翻浆冒泥、道床下沉，不能保持正常轨道的几何尺寸，危害正常运行。B(较 重)隧道滴水、淌水、渗水等引起洞内局部道床翻浆冒泥。C(中 等)漏水使基床状态恶化，钢轨腐

44、蚀，养护周期缩短，继续发展将来会升至B级 D(轻 微)有漏水，但对列车运行及旅客安全无威胁，并且不影响隧道的便用功能。2023-1-18100 冻害影响等级评定标准 冻 害 等 级 隧 道 状 态 A AA10mm/年310mm/年13mm/年 3 mm5m 5mm35mm 10m510m 5m衬砌洞门 断 面内 3A2A 2AA 2AA 2A 2AA A AB2023-1-18117n例四错动、剥落的判定基准地点位置 错动.剥落判定分级有无落下的可能有 无 衬砌 洞门拱部 3A B边墙 2A B2023-1-18118n例五 断面强度降低、错动、剥落的判定基准地点 主 要 原因错动、剥落有无

45、落下的可能 劣化程度 判 定 分级有效厚度/设计厚度 有无2/3拱部经 年 劣化、冻害、碱 性 骨料 反 应、设 计施 工 不当等 3A B 2A A B边墙 2A B 2A A B2023-1-18119n例六 衬砌厚度的判定基准损伤值情况说明判定5310有效厚度大于50%有效厚度为1050%有效厚度为110%有效厚度充分有偏压时可能破坏ABCOK2023-1-18120n例七 衬砌背后空洞的判定基准损伤值情况判定5310大于500mm100500mm小于100mm无ABCOK2023-1-18121n例八 衬砌背后围岩松弛的判定基准损伤值情况说明 10围岩软弱，有松弛围岩良好，无松弛厚度7

46、00500mm厚度300mmBC2023-1-18122n上述事例充分说明：判定定量化的趋势。但这需要有大量的基础性研究工作的支持和检测数据的积累。而我们缺乏的就是这一点。n3、只所以能够定量，与检测技术的发展是分不开的。2023-1-18123 七、隧道变异的检测技术n1、检查、检测中的问题n 1）检查衬砌表面的场合n 检查衬砌表面时，洞内的环境一般有以下问题。n 黑暗、狭小的空间，很难检查；n 纵长，费力n 拱部需高处作业，有困难；n 检查者的判断会左右结果；n 手写记录费时，麻烦；n 数据整理费时；n 在公路、铁路隧道中，因为汽车、火车的运行，检查时间受限制；n 在健全度的判定上，可能缺

47、乏客观性，使结果离散性较大。2023-1-18124n2）检查衬砌内部的场合n 隧道衬砌内部的检查，从隧道的构造上看有以下课题。n 在钻孔取样及孔内观察的方法中，需要较多时间和费用，获取隧道全体的健全度评价所需数量的数据比较困难；n 根据隧道类型，夜间作业和受车道限制度场合较多，进行大范围调查有一定困难；n 因以破坏检查为主，可能对结构物产生不良影响。n为了解决以上问题，开发出精度良好、短时间的的量测技术，对维修管理积累了一定经验。2023-1-18125n3）检查衬砌背后围岩的场合n 既有隧道的健全度除结构物自体的调查、诊断外，还要掌握结构物背后围岩有无松弛及其松弛区域的范围。从地表面钻孔和

48、从隧道内钻孔调查衬砌背后的空洞是最一般的方法，。n 广泛采用的钻孔调查有以下问题。n 地表面钻孔的场合有时埋深很大，设置装置时间长，而且有许多数据是不必要的；n 从隧道内部钻孔的场合，是很麻烦的。需要采取地下水喷出的对策。n 电磁波探查是比较轻微的仪器，也可能在大范围内进行调查，但能够调查的数据有限，不能获得地质和N值等数据。衬砌厚度大的场合，数据精度差，或者不可能测定。2023-1-18126n4）用监视器进行变异监视的场合n 为了有效地进行维修管理，事前捡知一定范围的变异是很重要的。因此采用监视器技术远程监视隧道变异在检查中得到广泛的应用。如以应变计为中心的各种传感器和AE法等。n 监视器

49、技术配置在需要监视的结构物上，并通过电缆和无线等传送量测数据。但电气传感器只能获得点的情报，获得面和线的连续情报比较困难。因此光纤维及导电涂料的应用，引人注目。2023-1-18127n2、隧道衬砌表面的检查手法n 隧道衬砌表面的检查手法，代替一般采用的目视方法有：红外线相机、CCD相机、激光等检查手法。n（1）红外线相机n 红外线相机可以用映象反应被摄物体的表面温度差。衬砌表面用热源进行加热的场合，浮动和剥离处比健全部位易热，因而产生温度差。所以用红外线相机摄影后可以提炼出缺陷部位。对画像进行2值化处理后可以获得数值化的数据。用红外线进行检测不仅对表面，对剥离的内部状况也能进行判断。2023

50、-1-18128n（2）CCD相机n 能够连续地制成展开画像。利用CCD相机摄影不需要照明，但要调整镜头距衬砌表面的距离。n（3）激光n 用激光装置照射衬砌表面，感知反射光的微秒的辉度强弱，并使之映象化的系统。其优点是不需要摄影用的照明。与激光系统比较却需要激光辉冷却装置。n 使用此系统的检查装置，基本上需配置能够搭载相机、照明装置和激光单元的汽车、维修用车或船体等，一边移动一边测定。2023-1-18129 利用红外线相机的检查手法n 隧道检查系统是由搭载量测装置的隧道检查车和数据的画像处理的解析装置构成。隧道检查车由加热车、动力车、摄影车组成，其外观示于图1。n 本系统，温度是用红外线相机