沪昆线高铁隧道质量缺陷整治技术与安全评定研究

摘要

近年来，我国铁路隧道建设蓬勃发展，无论从隧道的数量、规模还是建设速度来看，我国均已成为世界上隧道工程数量最多、建设规模最大、技术条件最复杂、发展速度最快的隧道大国。然而，相当比例的已运营隧道甚至是刚刚建成还未投入运营的隧道就已经暴露出或多或少的问题，有的隧道质量缺陷甚至已经严重危及行车安全。因此，进行隧道质量缺陷整治技术和安全评定研究显得极为重要。本文以沪昆线芭蕉湾隧道为工程背景，通过数值模拟、理论分析、空气动力学验证等多种方式进行了综合分析，对高铁隧道质量缺陷致害机理、隧道缺陷整治技术和整治后隧道的安全性进行了深入研究，主要进行的工作和研究成果如下:
　　(1)本文依托沪昆线芭蕉湾隧道工程，对其存在的质量缺陷进行了详细的统计和分类，通过综合分析，揭示了隧道质量缺陷致害机理。
　　(2)本文通过深入研究沪昆线高铁隧道存在的主要质量缺陷（如:衬砌背后脱空、衬砌开裂、表观缺陷等）的致害机理及影响因素，提出了八种针对不同缺陷所采取的加固整治措施，全面系统的对缺陷整治方案进行了研究，对类似工程具有参考价值。
　　(3)本文以沪昆线芭蕉湾隧道为工程背景，利用数值模拟软件采用荷载—结构模型重点对隧道结构补强及背后回填安全性进行检算，计算不同围岩级别、不同隧整工程环向影响范围的安全系数，结果均满足《铁路隧道设计规范》中的相关要求。
　　(4)隧道内进行缺陷整治时会占用一定的隧道净空面积，使得隧道净空面积减小，增加隧道内和列车内的瞬变压力，影响旅客乘车耳膜舒适度。本文拟对两种缺陷整治工程占用隧道净空面积的情况进行列车车头内外瞬变压力计算，计算结果均未超过单车舒适度标准，表明整治技术合理有效。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究意义与课题来源

1．4 本文主要研究工作

2 隧道质量缺陷成因类型及机理研究

2．1 高速铁路隧道质量缺陷分类

2．1．1 衬砌开裂

2．1．2 衬砌变形

2．1．3 渗漏水的类型

2．1．4 衬砌背后的空洞

2．2 高速铁路隧道质量缺陷成因机理研究

2．2．1 隧道渗漏水成因机理研究

2．2．2 隧道衬砌裂损成因机理研究

2．3 本章小结

3 沪昆线高速铁路隧道缺陷整治技术与方案

3．1 初支背后脱空整治方案

3．1．1 开“天窗”方案

3．1．2 回填注浆方案

3．2 防水板切割拱部衬砌整治方案

3．2．1 凿除重筑方案

3．2．2 锚固设计方案

3．3 衬砌脱空整治方案

3．3．1 开“天窗”方案

3．3．2 回填注浆方案

3．4 衬砌裂损整治方案

3．4．1 骑缝锚杆补强方案

3．4．2 钎钉网喷加固方案

3．4．3 裂缝贴嘴注浆处理方案

3．4．4 衬砌裂缝封闭方案

3．4．5 张开型裂缝整治方案

3．4．6 拱部压裂整治方案

3．4．7 衬砌环向裂缝整治方案

3．4．8 衬砌拱部U型裂缝整治方案

3．5 衬砌渗漏水整治方案

3．6 衬砌钢筋保护层厚度不足整治方案

3．7 拱部松散物或异物整治方案

3．8 衬砌环向施工缝整治方案

3．9 本章小结

4 芭蕉湾隧道工程背景与整治概述

4．1 隧道工程概述

4．2 地质综述

4．2．1 地质构造

4．2．2 地震动参数

4．2．3 水文地质特征

4．2．4 不良地质及特殊土

4．2．5 岩体物理力学指标推荐值

4．3 芭蕉湾隧道质量缺陷汇总

4．4 隧道质量缺陷整治方案概述

4．5 典型工点现场整治概述

4．6 隧道质量缺陷整治效果简述

4．7 本章小结

5 芭蕉湾隧道结构安全性检算

5．1 检算范围

5．2 检算依据

5．3 模型建立

5．4 计算工况

5．5 荷载计算

5．5．1 垂直均布压力计算

5．5．2 水平均布压力计算

5．6 参数选取

5．7 安全评定标准

5．7．1 混凝土和砌体结构截面强度检算

5．7．2 钢筋砼结构截面强度检算

5．7．3 安全系数

5．8 计算结果

5．8．1 Ⅲ级围岩各工况计算结果

5．8．2 Ⅳ级围岩各工况计算结果

5．8．3 Ⅴ级围岩各工况计算结果

5．9 计算结论

5．10 本章小结

6 空气动力学验证评估

6．1 计算目的

6．2 计算参数及计算工况

6．2．1 计算参数

6．2．2 计算工况

6．3 列车内外瞬变压力的计算方法

6．3．1 列车外瞬变压力的计算方法

6．3．2 列车内瞬变压力的计算方法

6．4 列车内外瞬变压力的计算结果

6．4．1 隧道内无缺陷整治工程的情况

6．4．2 隧道中点处设置10m长度缺陷整治工程的情况

6．4．3 沿隧道全长设置缺陷整治工程的情况

6．5 计算结果分析及结论

6．6 芭蕉湾隧道影响情况

6．7 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 存在的不足及展望

参考文献

作者简历及攻读硕士位期间取得的研究成果

学位论文数据集