铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式的试验研究.pdfVIP

铁路客运专线隧道全环整体 模筑衬砌结构形式的试验研究 马士伟 章元爱梅志荣 (中铁西南科学研究院，四川，成都，610031) 摘 要针对目前铁路运营隧道频繁发生病害等问题，本文在调研国内外铁路隧道衬砌结构设计和施 工现状的基础上，提出了铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式和建议采用的优化设计方案。 同时，对优化方案进行了结构受力比较和对比模型试验，验证其合理性和科学性。最后，对现行铁路 隧道衬砌结构的改进和发展提出了几点建设性意见。 关键词铁路客运专线；全环整体模筑衬砌；隧道病害；优化设计 1 问题的提出 我国运营铁路隧道病害频繁发生，影响了铁路安全运营。据不完全统计，全路5336座正式运营的隧 道中，病害隧道3379座，占63．3％；主要病害类型为衬砌裂损、落石、渗漏水、限界不足、底部断裂、 翻浆冒泥等。分析表明，这些病害大部分发生在隧道底部或由底部质量问题所引发。隧道底部病害发生的 原因是多方面的，其中一个重要的原因是传统隧道的断面形状缺少一定的合理性和对地质条件的适应性， 底部结构存在薄弱环节，隧道基底施工质量控制不严。目前我国铁路隧道设计中仍以工程类比法为主，特 别是数量众多的中小隧道，基本上套用标准图进行设计。由于现行的标准图的理论基础比较落后，沿用几 十年而无变化，设计上对底部结构重视程度不够(如仰拱矢跨比小、断面薄弱、与边墙的连接不圆顺等)； 沿隧道走向断面形式变化过多，施工中机械化水平不高、质量管理不严，以及衬砌底部与矮边墙结合处、 矮边墙和边墙间存在施工缝以及仰拱纵缝的存在，使隧道底部形成地下水上翻的通道，大大削弱了隧道底 部的结构，在运营过程中常常发生地鼓、翻浆冒泥、道床断裂等病害。对于铁路客运专线隧道而言，由于 列车速度的提高，列车作用在隧道结构上的动力荷载将会更大，更容易诱发隧道病害，影响行车安全。另 外，列车高速通过隧道引起的空气动力学效应对人的影响也必须引起高度重视。 为适应我国铁路客运专线发展要求，减少和避免铁路客运专线隧道病害的发生，保障铁路隧道运营安 全，本文通过调研国内外铁路隧道设计施工现状，并参照铁道部颁发的相关文件，进行了新建电气化铁路 隧道衬砌结构优化设计研究工作。 2 国内外隧道衬砌情况 鉴于隧道基底病害对铁路运营造成严重的危害，国外对此已引起足够的重视，它们不仅重视运营隧道 病害的整治，更着重强化隧道底部结构的设计。国外的隧道多设仰拱，断面多采用圆形(盾构、TBM施 作者简介：马士伟(1975年一)，男，博士，研究方向为隧道及地下工程。 工)，马蹄形或多心圆形(矿山法施211)，且施工机械化程度很高。在设计理念上与国内相比有很大差异， 除考虑经济合理、行车安全、方便维修外，还重点考虑结构安全、耐久性、限界余量和环境保护方面的 因素。 形式，(b)为采用矿山法施工的单线铁路隧道断面形式。 图2为德国某双线铁路隧道衬砌断面形式。其最大的特点是采用厚仰拱技术，仰拱回填采用砂砾介 质，增加了基底结构的弹性，减小了列车高速通过时的冲击荷载对衬砌结构的影响。 图1瑞士勒奇山隧道衬砌断面图 图2德国某双线铁路隧道衬砌断面图 随着隧道修建技术的发展，我国铁路隧道衬砌结构和形式也有了改进和发展。如正在修建中的渝怀线 圆梁山隧道，采用了不同于现行设计标准图的衬砌结构形式，见图3。秦岭特长单线铁路隧道，国内铁路 首次引进TBM掘进机施工，采用圆形隧道结构形式，以及仰拱预制块配合TBM快速掘进，解决道床基 底岩层的稳定和运输承重问题，如图4所示。但目前国内大多中小铁路隧道断面形式仍以马蹄形(直墙式 和曲墙式)为主。国内其他隧道工程，如城市轨道、地铁、公路隧道、市政隧道等，均针对不同的工程背 景、用途和施工方法，采用了不同的衬砌结构和新的形式，有半圆形、多心圆形、圆形、以及马蹄形等。 图3渝怀线圆梁山隧道结构断面图 图4我国秦岭铁路隧道TBM施工衬砌断面图 3优化方案的提出 囝 !墨竺!! 计。经过理论计算分析、技术经济比较，提出了上述3种速度下的铁路隧道全环整体模筑衬砌优化设计方 案。这3种方案共同的特点是： (1)隧道开挖外轮廓和衬砌结构圆顺，