铁路隧道底部上拱病害机理分析及整治技术研究

摘要

随着我国铁路的迅猛发展，铁路隧道的建设规模和数量也日益增多。由于隧道所处地质环境复杂多变，底部结构上拱现象时有发生，严重影响了铁路运营和工程建设的安全，因此，开展对铁路隧道底部上拱机理及整治技术的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文针对铁路隧道底部结构上拱病害，围绕隧底上拱机理及整治技术，通过现场调查、理论分析以及数值模拟，统计分析了产生隧底上拱的主要影响因素、原因及机理，研究了不同影响因素对隧道底部结构变形和受力的影响，提出了隧底上拱病害的整治措施。主要研究内容如下:
　　(1)统计分析了产生隧底上拱的主要影响因素、原因及机理。通过调查全路10条线共18座隧道底部结构上拱病害情况，统计了隧底上拱的主要影响因素，依次为地下水、施工质量、膨胀岩、结构匹配性及地应力，分析了隧底发生上拱的渐进性演变规律，隧底上拱与时间密切相关，在底部围岩出现一定范围劣损破坏后产生。
　　(2)研究了不同影响因素对隧道底部结构变形和受力的影响。通过有限元软件模拟了隧道发生上拱时底部结构变形和受力分布特征，仰拱填充层顶面基本表现为受拉，且中心水沟及其两侧填充层顶面中部位置主拉应力较大，并由顶面向结构内部减小。分析了底部结构变形和受力随不同影响因素的变化趋势，明确了各因素对底部结构变形和受力的影响程度，由大到小依次为膨胀力、仰拱矢跨比、仰拱厚度、围岩劣化程度。
　　(3)提出了铁路隧道底部上拱病害的整治措施，明确了技术特点、适用范围以及关键参数。锚注一体化通过锚杆和浆料的共同作用，提高了底部围岩完整性并隔绝了地下水;“轻型井点降水+注浆”降低了地下水位，提高了底部围岩的承载力;隧道换底技术通过拆除既有基底结构并强化设计，提高了结构抗力;基底换填通过置换不良地层，提高了底部围岩抵抗变形的能力。
　　(4)以狮子岭隧道底部上拱病害为例，结合隧道自身结构特点，提出了下沉式纵横梁长距离架空线路换底整治措施，隧道采用的纵梁悬挂横梁方案施工便利且纵横梁体系稳定可靠，实现了有限天窗时间内长距离开挖段线路的全部架空，多个开挖段同步快速换底施工，保证了运营安全，取得了良好的工程效果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究方法及技术路线

2 铁路隧道底部上拱病害调查及成因机理分析

2．1 隧底上拱病害概况及成因调查

2．2 隧底上拱病害概况及影响因素统计分析

2．3 隧道底部上拱类型

2．4 隧道底部上拱渐进性演变规律分析

2．5 本章小结

3 基于正交试验的不同影响因素对隧道底部结构的影响研究

3．1 数值模拟方案的正交设计

3．2 数值计算模型及条件

3．3 隧道底部结构上拱位移正交结果分析

3．4 隧道底部结构最大主应力分布正交结果分析

3．5 本章小结

4 铁路隧道底部结构上拱整治技术研究

4．2 锚注一体化

4．3 “轻型井点降水+注浆”

4．4 隧道换底强化技术

4．5 基底换填

4．6 整治技术适用范围

4．7 本章小结

5 狮子岭隧道底部上拱病害换底整治实例

5．2 隧底上拱病害检溯

5．3 隧底上拱模拟分析

5．4 隧底上拱成因分析

5．5 隧底上拱整治设计与施工方案

5．6 整治效果分析

5．7 本章小结

6 结论及建议

6．2 建议

参考文献

附录