由于东北等高纬度季节性冻土地区春融冬冻的特点，强风化围岩隧道衬砌经常发生渗漏、悬冰、开裂等问题，严重影响列车运行安全。依托某寒区隧道工程，运用理论分析和数值建模等手段，基于季节冻土区强风化围岩隧道衬砌受力模型，分析隧道在富水期和冻结期的轴力和弯矩。通过施加注浆加固圈的方式，建立了注浆加固隧道衬砌受力模型，分析注浆加固厚度关键参数对于衬砌受力的变化规律。研究发现，隧道围岩处于富水期时，弯矩使衬砌产生“倒桃形”变形。当隧道围岩处于冻结期时，弯矩引起衬砌的“类葫芦形”变形。此外，在注浆性能相同的情况下，圆形注浆比传统的马蹄形注浆加固更有利于折减衬砌外力和内力。
寒区铁路隧道冻害问题不仅威胁到隧道结构的稳定,同时给铁路安全运营带来巨大的安全隐患,其一直是寒区隧道工程的难点和研究热点,工程界迫切需要可靠、高效的防寒抗冻工程技术措施。首先,调研了我国寒区铁路隧道的建设及运营情况,总结分析了常见的隧道冻害现象,包括衬砌开裂掉块、拱顶挂冰、道床积冰、排水系统冻结等。然后,针对当前寒区隧道缺乏隧道温度场时空分布预测方法、隧道冻害机制和演化规律不清晰、防寒抗冻设计方法与治理技术不成熟这3个技术难点,对已取得的研究成果进行总结和讨论,相关成果如下:1)研发了寒区隧道室内试验系统,结合大量的温度场相关实测数据,探明了温度场时空分布规律,建立了温度场预测方法; 2)研发了渗流试验设备,揭示了冻害产生的链发式机制,查明了排水系统冻结规律与冻融响应机制;3)建立了寒区铁路隧道抗冻防寒设计标准,形成了隧道冻害综合防控体系。最后,展望了我国寒区铁路隧道防寒抗冻研究在防寒保温材料、主动保温系统、温度场规律预测等方面进一步深化研究的方向。
研究目的:某高原铁路起于四川盆地成都平原,东西横穿横断山脉至青藏高原拉萨平原,该高原铁路平均海拔3 000 m以上。针对高原铁路高海拔寒区隧道恶劣环境特点,本文以该高原铁路典型隧道为依托,采用考虑围岩级别、岩性、地下水补给条件、冻融劣化规律等因素的围岩冻胀性分级量化标准和分级方法,以及考虑围岩不均匀冻胀对隧道衬砌作用的冻胀力计算方法等手段,进行隧道围岩冻胀性评价、冻胀力计算和衬砌结构安全性分析等研究。研究结论:(1)评估得到了高原铁路雅林线上典型隧道最不利情况下洞口段围岩的冻胀性,结果显示隧道进出口进深在1.25 km范围内的围岩均有冻胀性,而进深超过1.25 km后围岩无冻胀性;(2)计算得到了高原铁路雅林线上典型隧道最不利情况下围岩的冻胀力,结果表明隧道最大的冻胀力为1.40 MPa,最小的冻胀力为0.12 MPa;(3)计算了高原铁路雅林线上典型隧道最不利截面处的二次衬砌安全系数:Ⅴ级围岩最危险工况的安全系数为2.02、Ⅳ级围岩最危险工况的安全系数为2.58,均大于《铁路隧道设计规范》要求的安全系数1.7,可以认为该结构在考虑冻胀力的情况下,其抗冻安全性满足要求;(4)本次研究成...
寒区铁路隧道呈两端出露的管道型建筑物,由于气压、自然风及列车活塞风的影响,隧道内温度受洞外环境温度影响明显,表现为当寒暖变化、冻融交替时,出现因结构渗漏水造成的拱墙挂冰和隧底积冰,以及因冻胀性围岩或结构背后存在空洞积水冻胀作用导致衬砌开裂等病害,已成为困扰寒区隧道运营的主要难题。因此,抗防冻技术是寒区铁路隧道的关键技术。围绕寒区特点,对隧道抗防冻设计、施工和运维的技术特点进行系统论述,为隧道抗防冻工程的规范化提供借鉴。
以青海典型黄土隧道为背景,考虑隧道洞口段围岩的水热耦合环境,以含水率16%,18%黄土作为围岩材料,以有机玻璃为衬砌和洞门材料,进行相似比1∶50的寒区隧道洞口段室内模型试验,对冻胀作用下衬砌应力进行分析,并采用数值模拟方法对冻结过程进行温度场-应力场耦合计算。结果表明:2种含水率下围岩温度变化规律相似;随着含水率增大,围岩温度下降速率变快,衬砌切向应力和径向应力均增大;距温度加载位置越近,围岩温度下降速率越快;数值模拟结果与模型试验存在一定误差,但变化规律一致。
研究目的:近年来,在我国高纬度季节冻土区,围岩冻胀导致隧道衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道和列车运营安全。本文以我国西北地区某铁路线隧道为例,采用现场测试、室内试验、数值模拟等手段研究季节冻土区隧道冬季边墙纵向开裂原因及其主要影响因素。研究结论:(1)修建在强风化砂泥岩地层中的隧道,当围岩含水率为12. 3%、围岩冻结深度达60 cm时,在冬季持续负温作用下,边墙最大拉应力为2. 28 MPa,大于C30混凝土的极限抗拉强度,边墙会出现水平冻胀裂缝,若考虑衬砌承担部分围岩荷载,边墙纵向开裂程度会加剧;(2)冻胀力荷载作用下,衬砌开裂具有对称性、季节性、积累性等特点,裂缝在冬季出现,分布在边墙中间位置,气温回升后,具有收缩性;(3)季节冻土区围岩冻胀力荷载计算宜以围岩冻结圈厚度和含水率为主要指标;(4)本研究成果可供季节冻土区隧道设计、运营维护参考。
季节性冻土区运营铁路隧道渗漏水现象普遍存在,冬季渗漏水病害常演变为衬砌挂冰侵限、道床冻结上拱等病害,直接影响列车运营及隧道结构安全。渗漏水防治措施是目前国内外隧道设计、施工的重点和难点。本文通过分析铁路隧道渗漏水的原因,提出一种渗漏水综合防治措施,并详细介绍了整治方案的施工工艺,为类似工程提供参考。
