铁路工程常见病害分析及预防整治技术

铁路工程常见病害分析及预防整治技术（毕业论文）第1章绪论中国铁路始建于1876年，铁路运输线是我国国民经济的大动脉，在我国交通运输体系中居于主导的骨干地位，它在国家的建设中占有重要地位。随着我国改革开放的深入，我国在修新线铁路时采用了国内外先进科技成果，与此同时，对既有铁路进行补强和改造，并加强了对线路的养护和维修。较大的改善了铁路的运营状况，提高了铁路抵抗自然灾害的能力，丰富了预防和整治铁路线路病害的理论与实践，对发展国民经济，促进工农业生产，改善人民生活，改变边远地区交通闭塞和文化技术落后面貌，巩固国防，沟通国际交往，起到了国民经济大动脉的重要作用。在当今社会经济高速发展的情形下，对铁路运输的需求量在逐渐增大，铁路运输的发展将偏向高速和重载运输。这样就会加重铁路线路的承载能力，造成铁路线路损害，严重影响铁路运输。为了保证铁路能够很好的完成运输任务，全面了解和掌握铁路线路常见病害分析及预防整治技术非常的重要。1.1隧道病害隧道是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。广义上是指：以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。铁路隧道在运营中会出现渗漏水(水害)、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害，还有火灾威胁。这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁。因此、在隧道规划和设计阶段要预防可能的病害、危害、进行合理设计；在隧道施工阶段要采用合理的施工工艺、方法、措施和材料，以保证施工质量。在隧道运营阶段要及时检查、发现病害，分析病害成因，采用合理的整治设计和施工方法。如此，才能保证铁路隧道工程的安全、畅通运营。1.1.1隧道水害隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到的水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。主要指运营隧道水害(即围岩的地下水和地表水直接或间接地以渗漏或涌出的形式进入隧道内造成的危害)。隧道渗漏水(水害)对隧道稳定、洞内设施、行车安全、地面建筑和隧道周围水环境产生诸多不良影响甚至威胁，影响内部结构及附属设施，降低使用寿命，严重时将危害到隧道及地下工程的运营安全。轻则造成洞内空气潮湿，影响施工人员身体健康，机械设备锈蚀，绝缘设备失效，电路短路，漏电伤人；重则威胁人员安全，冲毁洞内机械设备，造成塌方，淹没工作面，中断施工，造成重大经济损失，危害环境。1.1.1.1隧道水害的原因隧道水害的成因是，修建隧道，破坏了山体原始的水系统平衡，隧道成为所穿过山体附近地下水集聚的通道。当隧道围岩与含水地层连通，而衬砌的防水及排水设施、方法不完善时，就必然要发生隧道水害。也可以将隧道水害归结为客观和主观两方面的原因。(1)隧道穿过含水的地层。①砂类土和漂卵石类土含水地层。②节理、裂隙发育，含裂隙水的岩层。③石灰岩、白云岩等可溶性地层，当有充水的溶槽、溶洞或暗河等与隧道相连通时。④浅埋隧道地段，地表水可沿覆盖层的裂隙、孔洞渗透到隧道内。(2)隧道衬砌防水及排水设施不完善①原建隧道衬砌防水、排水设施不全。②混凝土衬砌施工质量差，蜂窝、孔隙、裂缝多，自身防水能力差。③防水层施工质量不良或材质耐久性差，经使用数年后失效。④混凝土的工作缝、伸缩缝、沉降缝等未做好防水处理。⑤衬砌变形后，产生的裂缝渗透水。⑥既有排水设施，如衬砌背后的暗沟、盲沟，无衬砌的辅助坑道、排水孔、暗槽等，年久失修阻塞。1.1.1.2常用的整治运营隧道漏水的基本方法(1)适当疏排对地表水丰富的浅埋隧道，当地表沟谷坑洼积水、渗水对隧道有影响时，用疏导积水、填平沟谷、砌沟排水等措施，使洞顶地表形成良好的排水系统，不使洞顶的地表水流入或渗入隧道。洞口仰坡边缘周围设截水沟和排水沟，并保持良好状态。对地下水丰富、隧道内无排水沟或排水沟深度不足而导致隧底积水的，应采取增设水沟、将单侧沟改为双侧沟、加深侧沟或采取设置密并暗管加深水沟等措施。(2)注浆堵水①向衬砌背后围岩或回境层注浆。②向衬砌内部注浆。③向基底注浆。(3)增设内防水层内防水层虽然不能阻止水流进入衬砌内，但可阻止水流进入隧道内。增设内防水层的方式有三种：一是刷涂，二是刮压，三是喷涂。1.1.2衬砌裂损隧道衬砌是承受地层压力、防上围岩变形坍落的工程主体建筑物。地层压力的大小，主要取决于工程地质和水文地质条件和围岩的物理力学特性，同时与施工方法、支护衬砌是否及时和工程质量的好坏等因素有关。由于形变压力、松动压力作用、地层沿隧道纵向分布及力学性态的不均匀作用、温度和收缩应力作用、围岩膨胀性或冻胀性压力作用、腐蚀性介质作用、施工中人为因素、运营车辆的循环荷载作用等，使隧道衬砌结构物产生裂缝和变形，影响隧道的正常使用，统称为隧道衬砌裂损病害。衬砌裂损是隧道病害的主要形式，隧道衬砌裂损破坏了隧道结构的稳定性，降低了衬砌结构的安全可靠性，影响隧道的正常使用，甚至危及行车安全。衬砌裂损变形的主要危害有：(1)降低衬砌结构对同岩的承载能力；(2)使隧道净空变小，侵入建筑限界，影响车辆安全通过；(3)拱部衬砌掉块，影响行车和人身安全；(4)裂缝漏水，造成洞内设施锈蚀，道床翻浆，严寒和寒冷地区产生冻害；(5)铺底和仰拱破损，基床翻浆、线路变形、危及行车安全，被迫降低车辆运行速度，量增加养护维修工作量；(6)在运营条件下对裂损衬砌进行大修整治，施工与运输互相干扰，费用增大。针对衬砌裂损病害提出整治措施：裂缝整修，衬砌背后空洞压浆，底版的稳定处理，换拱、换边墙。1.1.3衬砌腐蚀衬砌背后的腐蚀性环境水，容易沿衬砌的毛细孔、工作缝、变形缝及其他孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土和砌石、灰缝产生物理性或化学性的侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。隧道衬砌腐蚀分为物理性侵蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀使混凝土变酥松，强度下降，降低隧道衬砌的承载能力，还会导致钢轨及扣件腐蚀，缩短使用寿命，危及行车安全。产生腐蚀的三个要素是第一、腐蚀介质的存在；第二、易腐蚀物质的存在；第三、地下水的存在且具有活动性。为确保隧道建筑物的安全使用，应积极对衬砌腐蚀病害进行防治。隧道衬砌防腐蚀措施，应首先从搞好勘测设计着手，掌握隧道工程地质和水文地质资料，查明环境水含侵蚀性介质的来源和成分，在正确判定其对衬砌混凝土侵蚀的程度的基础上，因地制宜地采取防治措施。针对隧道腐蚀产生的原因和条件。目前，对隧道侵蚀采取的防治措施主要有以下几种。(1)提高衬砌的密实度和整体性。(2)外掺加料法。(3)选用耐侵蚀水泥。(4)加强衬砌外排水措施。(5)使用密实的与混凝土不起化学作用的材料，在衬砌外表面做隔离防水层。(6)采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌。(7)向衬砌背后压注防蚀浆液。(8)防腐蚀混凝土。1.1.4隧道冻害隧道冻害是寒冷地区和严寒地区的隧道内水流和围岩积水冻结，引起隧道拱部挂冰、边墙结冰、洞内网线设备挂冰、围岩冻胀、衬砌胀裂、隧底冰椎、水沟冰塞、线路冻起等，影响到安全运营和建筑物的正常使用的各种病害。隧道冻害会导致衬砌冻裂开胀，甚至疏松剥落，造成隧道衬砌结构的失稳破坏，降低衬砌结构的安全可靠性，严重影响运输的安全和正常运行。隧道常见的冻害种类有：拱部结冰、边墙结冰、围岩冻胀破坏、衬砌发生冰楔、洞内网线挂水等。冻害形成的主要原因有：寒冷气温的作用，季节冻结圈的形成(如果隧道的排水设备在隧道的冻结圈内，冬季易发生冰塞；在冻结圈内如果围岩的岩性是非冻胀性土，则不会发生冻胀性病害)。隧道在设计和施工时，对防冻问题没有考虑或考虑不周，造成衬砌防水能力不足，洞内排水设施埋深不够、治水措施不当，施工有缺陷，都会造成和加重运营阶段隧道的冻害。严寒及寒冷地区隧道冻害的防治，其基本措施是综合治水、更换土壤、保温防冻、结构加强、防止融坍等，可根据实际情况综合运用。1.1.5隧道病害的防治隧道病害给隧道的正常运营和安全都带来影响，有时影响十分严重；而且，病害整治和保持运营之间矛盾突出，病害整治干扰正常运营，造成运营损失，而病害整治在空间、时间和施工条件都局限的条件下进行，困难重重。因此，首先要预防为主，必须在设计阶段就要采取预防措施，防止病害产生；另一方面，对出现的病害须查清病害原因、采取合理的措施进行整治，提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。1.2滑坡的危害滑坡是山区、丘陵地区常见的病害。它与地震、崩塌、泥石流一样，是一种危害很大的不良自然地质现象。我国幅员辽阔，有70％的地区，地质地理条件十分复杂，滑坡分布尤为广泛，西南、西北、华东、中南和华北的山区，丘陵以及黄土高原地区都有大量滑坡分布，亦是世界上受滑坡危害比较严重的国家之一。滑坡为整体或几大块相继滑动，一般为缓慢地、长期地、间歇性地沿滑动方向向下滑动，它可以延缓几年、几十年以至百年以上。滑坡滑动的土体或岩体，可大可小，小的百十立方米，大的可达几十万甚至数百万立方米。滑坡具有很大的破坏力，大规模的滑坡会掩埋村镇、摧毁工矿、中断交通、堵塞江河、破坏农田和森林，给国家建设和人民的生命财产造成严重的损失。1.2.1滑坡的概念滑坡是一种山区铁路、公路建设中常见的不良地质现象，是一种斜坡变形形式，主要发生在山地、丘陵地区的斜坡上。对滑坡的含义，一般有两种说法：一是广义的，即把斜坡岩(土)体顺坡向下滑移的一切现象，统称为滑坡。它包括崩塌和泥石流等；另一种是比较严谨的，在一定的地形地质条件下，由于外界条件的变化，各种自然或人为的因素影响(例如长期受水浸润，削弱山体下部支撑力量等)，破坏了岩(土)体的力学平衡，使山坡上的不稳定土体(岩体)在重力作用下，沿着一定的软弱面(带)作整体的、缓慢的、间歇性的向下滑动的不良地质现象，称之为滑坡。1.2.2滑坡的种类我国铁路滑坡分类，是从铁路工程地质角度出发，目的是为了更有效地进行铁路沿线滑坡的预防和整治工作，尽可能减少滑坡所造成的危害，以保证铁路运输更好地为我国社会主义建设事业任务。(1)按组成滑坡的物质分类①粘性土滑坡；②黄土滑坡；③堆填土滑坡；④堆积土滑坡；⑤破碎岩石滑坡；⑥岩石滑坡。(2)按主滑面成因类型分类①堆积面滑坡；②层面滑坡；③构造面滑坡；④同生面滑坡。(3)按滑坡平面形态分类①圈椅形滑坡；②横长形滑坡；③纵长形滑坡；④勺形滑坡；⑤葫芦形滑坡；⑥椭圆形滑坡。(4)按滑体滑面的形状分类①曲线形滑坡；②直线形滑坡；③折线形滑坡。(5)按滑面性质分类①旋转滑坡；②构造滑坡；③错落转化的滑坡；④表层成层滑坡。1.2.3滑坡的危害滑坡对铁路交通运输的危害主要表现在以下几方面：(1)破坏线路、中断行车缓慢移动的滑坡常常造成路基和线路上拱、下沉、外挤、挡墙变形及侧沟破坏。滑坡一旦滑下，则掩埋路基、推毁线路设备。路基部分或整体滑动的路堤滑坡使线路悬中，难易修复。(2)危害站场、砸坏站房山区铁路，要在深山峡谷中找一段地势较平坦能设站的地方是很不容易的，而那些峡谷中的宽谷段，又常常是古老滑坡发育的地方。如宝成线的西坡、淡家庄、白水江等滑坡；成昆线的甘洛、乃托、红石岩、铁西等滑坡；贵昆线的大海哨滑坡，均位于车站上。由于站场挖方较多，常促使古老滑坡复活。在施工期间曾为整治这些滑坡花费了巨大投资，运营以后尚未稳定的滑坡也一直威胁站场的安全。(3)桥梁墩台推移，隧道明洞摧毁滑坡对山区桥梁、隧道、明洞也带来了严重破坏。如1966年8月成昆线的会仙4号桥，在铺轨架桥前，由于滑坡病害使桥台被推移38cm，7号墩被推移了7cm，当时无法铺轨架梁，用军便梁通过。又如贵昆线格里桥通车后，由于滑坡病害推动了桥台，并把桥墩推断，最后只得把桥填死改成了路堤。其他如梅大支线的大深桥，成昆线的玉田三线桥、耳足桥、铁西双线桥、贵昆线的树舍桥等均受到滑坡的破坏和威胁，不得不作抗滑工程来保证桥梁的安全。(4)肇成行车事故，人身伤亡严重1974年9月成昆线弯高滑坡造成一列货车颠覆。1981年8月16日在宝成线丁家坝～大滩间K293+365，固山体滑塌造成812次货车颠覆7辆，电力机车翻入嘉陵江中，中断62h11min。l981年9月4日宝成线军师庙K313崩塌性滑坡，摧毁工棚，l3名职工殉难。给国家和人民生命造成了巨大的损失。(5)中断交通运输，影响国计民生滑坡