隧道专业毕业设计文献综述

2012届隧道及城市轨道交通工程专业毕业设计：文献综述1隧道病害防治综述摘要：在我国铁路隧道修建已有近100年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理阶段，隧道的病害防治已越来越成为人们重视的问题，随着生产力的发展，越来越多的新技术被运用在隧道病害防治上。关键词：隧道，隧道病害防治，新技术，衬砌1、前言近年来随着我国公路建设的快速发展，由8.5万公里构成的“7918”高速公路网即将形成，有关部门正在规划和完善国家高速公路网络，以满足人们出行和经济发展的需求。由于高速公路线形的技术指标高，当其进入山区或重丘区时，就不可避免地需要采用隧道来穿越山岭。隧道是铁路、道路、水渠、各种管道等遇到岩、土、水体障碍时开凿的穿过山体或水底的内部通道，是“生命线”工程。据来自于各方面的统计资料表明，到2005年年底，我国大陆即已建成铁路隧道7500座，总延长4300公里，将在“十一五”（2006~2010年）发展期间为我国的经济建设与发展起到积极的推动作用。但是，我国地域自然条件差异较大，隧道穿越的山体工程地质条件、气候条件、水文地质和设计、施工、运营的条件复杂多变，早期修建的隧道经常各方面的病害，形成重大的安全隐患。文献《黄土岭隧道病害成因分析及处治设计》（作者：金文良，公路隧道，2011）]1[指出二十一世纪“我国将从土建大国变成修缮大国”，在我国铁路隧道修建已有近100年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理阶段，维修管理费用将大幅度增长。本文以铁路隧道、公路隧道和地铁隧道为对象，对隧道中主要出现水害、冻害、衬砌裂损和腐蚀四种病害的防治进行综述。2、主题2.1隧道的水害及其防治2.1.1隧道水害的类型及其成因1、类型(1)按部位和流量：拱部有渗水、滴水、漏水成线和成股射流四种，边墙有渗水、淌水两种，少数隧道有隧道涌水病害。它受漏水、涌水规模以及隧道结构、牵引类型、2012届隧道及城市轨道交通工程专业毕业设计：文献综述2地质条件等的影响。(2)按水源补给情况，又分为地下水补给和地表水补给两种。文献《隧道漏水与水害整治》（作者：开永旺，哈尔滨铁道科技，2002）]2[认为根据漏水处水量和水压的大小，隧道漏水的状况大致可为如下几种：①渗润：衬砌表面呈湿润状态，并象冒汗一样出现水珠。②滴水：拱部漏水成为水滴，不断下滴。③流水：漏水呈明显水流从裂隙中流出或拱部滴水成线。④喷（涌）水：水从衬砌裂隙中喷出。2、成因修建隧道，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。也可归结为客观和主观两种因素：(1)隧道穿过含水的地层(2)隧道衬砌防水及排水设施不完善。文献《新奥法隧道施工中的衬砌与水害治理》（作者：徐煜亮，SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION，2008）]3[认为发生衬砌水害除水文地质等环境因素影响外,主要原因:一是衬砌施工时忽视质量,砼级配差,浇注捣固不实,造成砼蜂窝、麻面、空洞;二是砼水灰比过大,衬砌后隧道表面看上去还算光洁完整,实际上内部不密实,形成了泌水管路;三是对施工缝、伸缩缝、沉降缝未加处理或处理不当产生漏水缝隙;四是由于地基不均匀沉陷、衬砌砼干缩和温度收缩产生的内应力所造成的裂缝而导致漏水。所以消灭水害隐患的根本还是隧道衬砌的渗漏预防与整治。2.1.2隧道水害的防治隧道防水要“防患于未然”，首先从设计做起，要在水文地质调查的基础上，从工程规划、结构设计、材料选择、施工工艺等方面进行合理设计。防水设计应考虑地表水、地下水、毛细管水等的作用，以及由于人为因素引起的附近水文地质改变的影响。防水设计要遵循隧道防水原则，定级准确、方案可靠、施工简便、经济合理。文献《运营铁路隧道水害整治》（作者：万德友，铁道建筑，2000）[4]提出了很多行之有效的方法。归纳起来就是:截、堵、排相结合,因地制宜,综合整治。其常用的基本方法是：一、加强地表及地下水的疏排。(1)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。洞口仰坡设截水沟和排水沟,并保持良好状态。(2)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,应增设水沟,将单侧沟改为双侧沟,加深侧沟或采取设置密井暗管加深水沟等措施。(3)增设或疏通平行导洞。当长大隧道,仅靠隧道内排水沟不能将流入隧道的地2012届隧道及城市轨道交通工程专业毕业设计：文献综述3表水及地下水排出时,往往引起水漫道床,中断行车。如贵昆线梅花山隧道、果纳隧道,京原线平行关隧道这种情况都曾多次发生,这时一般都采用增设或疏通平行导洞的方法。(4)增设防寒泄水洞是整治寒冷地区隧道水害的有效方法。寒冷地区的隧道,衬砌后的地下水渗漏到隧道中,冻结成冰,悬挂在拱部成冰溜,贴附在边墙成冰柱,积聚在道床上成冰丘,都可能侵限危及行车安全,而且由于结冰冻胀,导致衬砌裂损、脱落。为消除其病害增设了泄水洞,泄水洞设在最大冻结线以下,以竖向排水沟与衬砌背后相连,并在泄水洞边墙及洞顶向围岩打潜水孔,以利疏排围岩中的裂隙水。二、注浆堵水。(1)向衬砌背后围岩或回填层注浆。一般使用普通水泥净浆或砂浆。(2)向衬砌内部注浆。衬砌内部空洞、裂纹与围岩裂隙及回填层相比要小得多,一般采用超细水泥。(3)向基底注浆。一般在行车间隔内进行,要求注浆材料必须具有快凝、早强、高强、微膨胀的性能,而且耐久性好。三、增设内防水层。新建隧道衬砌防水一般采用防水混凝土或外贴式防水层。由于认为灌注防水混凝土不易达到要求而较少采用,因此绝大部分隧道防水采用外贴式防水层。然而运营隧道发生水害,增设外贴式防水层几乎不可能,因此通常增设内防水层。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，且内防水层是比较经济可行的。[5]2.2隧道衬砌裂损及其防治衬彻裂损变形的主要危害：(1)降低衬砌结构对围岩的承载能力；(2)使隧道净空变小，侵人建筑限界，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，大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。2.2.1、隧道衬砌开裂的类型（1）纵向裂缝：纵向裂缝平行于隧道轴线，其危害性最大，发展可引起隧道掉拱、边墙断裂甚至整个隧道塌方。（2）环向裂缝：主要由纵向不均匀荷载、围岩地质变化、沉降缝等处理不当所引起，多发生在洞口或不良地质地带与完整岩石地层的交接处口（3）斜向裂缝：一般和隧道纵轴呈45°左右，也常因混凝土衬砌的环向应力和纵向受力组合而成的拉应力造成的，其危害性仅次于纵向裂缝。2012届隧道及城市轨道交通工程专业毕业设计：文献综述42.2.2衬砌开裂的原因分析文献《隧道衬砌裂缝产生原因及防治办法》（作者：王新、严立虎，ChinaNewTechnologiesandProducts，2010）[6]认为混凝土裂缝形成的原因非常复杂，往往是多种不利因素综合作用的结果。据有关统计，施工不规范造成的混凝土裂缝占80%左右，材料质量差或配合比不合理产生的裂缝占15%左右，设计不当引起的裂缝可能占5%。一是设计粗糙，建设、监理单位工作随意性大由于多方面的原因，勘察设计单位无法深入地开展地质勘探工作，隧道围岩类别评价及支护结构设计缺乏科学依据，带有一定的盲目性。二是施工工艺或现场操作不规范隧道开挖成型差，衬砌混凝土厚度严重不均匀，欠挖或初期支护侵入衬砌限界，造成衬砌混凝土厚度不足；未开展监控量测工作，仅凭经验来确定二次衬砌的施作时间，安全可靠性差，造成二次衬砌超设计荷载承受围岩压力。混凝土生产时原材料计量误差大，尤其外加剂的掺加随意性大，没有根据砂、石料的实际含水率及时调整施工用水量，造成混凝土水灰比增大；在混凝土运输及泵送过程中加水的现象也比较普遍。三是原材料质量差、配合比设计不合理水泥品种选择不当，安定性不良，不同批次的水泥混用。碎石、砂级配差，含泥量超标，碎石中石粉含量大，针、片状物过多，影响了水泥与骨料的胶结。进行配合比设计时，忽视水泥用量增多对混凝土品质的影响，错误认为水泥用量越多，混凝土强度越高。对掺合料和外加剂的选用缺乏专业技术人员的指导，往往达不到预期的效果。文献《双连拱公路隧道裂缝成因及防治措施》（作者：王建秀、朱合华、唐益群、魏沅东，岩石力学与工程学报，2005）[7]认为对于双连拱隧道而言，按成因主要有大体积混凝土浇注产生的温度裂缝、地基不均匀沉降裂缝、施工诱发不均匀沉降裂缝、(偏压)荷载裂缝和不合理施工工序诱发的裂缝等。2.2.3衬砌开裂的预防和整治文献《隧道衬砌裂缝产生的原因分析及预防措施》（作者：董亮亮，建筑与工程，2011）[8]认为改进爆破工艺，控制炸药量，以减少开挖爆破时炸药对围岩的扰动，降低外部应力对衬砌混凝土的影响；必须保证初期支护的平顺度及衬砌混凝土的结构层厚度；衬砌混凝土每模长度不宜超过9m，以减少砼内部的收缩应力；衬砌混凝土宜采用较大的骨灰比，降低水灰比并通过全面细致的试验，保证砼外加剂的使用安全；保证拆模时最后浇筑的衬砌混凝土强度至少达到2.5MPa，同时减少拆模时对砼的挠动；及时对衬砌混凝土进行洒水养护，并采取必要措施严格控制砼温度的急剧变化，要求砼拆模时的内外温差不得大于200C，养护期内砼表面温度的变化速度不宜大于50C/h；认真贯彻新奥法施工要求，进行及时、详细的施工量测，以量测的数据及时修2012届隧道及城市轨道交通工程专业毕业设计：文献综述5正设计并指导施工。加强施工管理，保证工程质量。在洞室开挖管理、混凝土质量管理、量测控制管理、施工工序等方面加强管理，杜绝塌方事故的发生，以严格的管理制度保证工程质量。2.3隧道衬砌腐蚀及其防治建在富含腐蚀性介质的公路隧道,其衬砌背后的腐蚀性环境水,容易沿衬砌的工作缝、变形缝、毛细孔,及其它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,造成衬砌侵蚀。这些将严重影响隧道的正常运营安全。文献《隧道衬砌腐蚀的原因探讨与防治措施》（作者：陈桂萍、王万德，辽宁建材，2007）[9]提出隧道衬砌腐蚀分为物理性侵蚀和化学性腐蚀两类。隧道衬砌腐蚀的主要影响因素有：衬砌污工的质量和水泥的品种，渗流到衬砌内部的环境水含侵蚀性介质的种类和浓度，环境的温度和湿度等自然条件。2.3.1隧道衬砌腐蚀的防治措施文献《浅谈铁路隧道的腐蚀及其防治》（作者：唐国荣，中国建筑防水材料，1995）[10]针对隧道腐蚀产生的原因和条件，提出以下几个主要的防治措施：一是提高混凝土的密实性和整体性。这是提高握凝土林侵博性能最主要的，也是最重要的措施。混凝土内部结构均匀密实，外界侵蚀性水就不易渗入混凝土内部，从而阻止了环境水的侵蚀速度。二是外掺加料法。由于腐蚀主要是由于混凝土中游离的ca(oH):等引起的。可以采取降低混凝土中ca(0H):浓度的措施来达到抗侵蚀的目的。三是选用耐侵蚀水泥。这是目前铁路隧道防腐蚀使用较广的方法。因抗侵蚀水泥中铝酸三钙(C3A)含量较低，而起到了抗侵蚀的作用.目前常用的水泥有抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥、低碱高抗硫酸盐水泥、矾土水泥、石膏矿渣水泥等。四是加强衬砌外排水措施。将侵蚀性环境排离隧道周围.减少侵蚀性地下水与衬砌的接触。目前.在地下水丰富地区，用泄水导洞法将地下水引至导洞内，减少地下水对主体隧道的影响。五是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.国内常用的材料有PE片材、Pvc片材。六是采用与侵蚀性环境水不起化学反应的天然石料砌筑衬砌.这种方法适用地质条件较好的隧道七是向衬砌背后压注防蚀浆液。这种方法一般适用于隧道。目前，常用材料有阳离子乳化沥青、沥青水泥浆液等沥青类的乳液，高抗硫酸盐、低碱高抗硫酸盐水泥、抗硫酸盐水泥类浆液。八是在衬砌表面涂抹