运营铁路隧道套衬施工机械化配套研究与应用

为解决运营铁路隧道衬砌病害治理施工安全系数低、劳动强度大、施工人员需求多、施工质量参差不齐的问题,调研分析套衬加固病害整治工法、施工设备需求及铁路在轨运行设备规范,研究设备配套技术,形成一套适用于运营铁路隧道套衬施工的机械化装备及施工组织方案,并在某高铁隧道套衬工程中试点应用。应用结果表明:1)该成套设备利用运营天窗点的有限时间进行作业,具有集成化、模块化、机械化、专业化的特点;2)该成套设备实现了在作业人员减少一半以上的情况下工效提高2倍以上的目标;3)应急解决预案可靠有效,可实现对突发状况的处理。

运营铁路隧道衬砌背后较大空洞的精确检测技术

目前采用地质雷达等无损检测技术可快速、准确检测衬砌厚度和衬砌中钢筋数量等参数,并可有效判识衬砌背后空洞等缺陷沿隧道纵向和环向长度,但对这类缺陷的径向尺度因介电常数的差异、反射面的识别等原因而无法准确判识。依托西南地区某运营铁路隧道衬砌背后存在较大空洞的工程实际,结合现场钻孔调查和地质雷达无损检测,首次运用钻孔三维激光扫描技术对运营铁路隧道衬砌背后空洞进行扫描,实现精确检测,得到衬砌背后空洞的三维形态和具体尺寸,检测成果可为隧道病害整治提供准确的数据,可设计出更具针对性和操作性的整治方案。提出的"物探+钻孔三维激光扫描"技术,能实现衬砌背后空洞"粗中有细"的全面检测。

运营铁路隧道防灾救援监控与报警一体化技术研究

为提高铁路隧道防灾救援效率,完善铁路隧道运营安全体系,探索运营铁路隧道灾害监测报警及救援疏散的一体化解决方案,通过对运营铁路隧道灾害危险源研究及灾害风险分析,针对火灾、水灾、有害气体等主要灾害,结合运营铁路隧道防灾救援存在问题和运营维护需求,提出铁路隧道防灾救援监控与报警一体化系统总体架构、分级分层设备配置、报警及联动控制救援功能,提升铁路隧道防灾救援系统性能,并对一体化技术发展做出展望。

运营铁路隧道常见病害安全性评价与处置方法浅析

当前国内铁路交通网络异常发达,给地方经济的发展带来了巨大的辅助作用。铁路交通拥有自身独特的优势,加之现代高速铁路的建设使得铁路交通更加便捷。但是由于铁路交通线路建造的特殊性,部分地区需要依靠隧道进行穿越,而隧道在运营过程中产生的各种病害也会威胁到铁路运输安全。本文即是对运营铁路隧道当中常见的病害进行研究,浅析各类病害的安全性评价和处置措施,以期能为相关工作提供参考。

运营铁路隧道套衬施工装备的发展与创新

随着我国铁路建设高速发展,越来越多的铁路隧道建成并投入运营,部分运营铁路隧道出现衬砌裂损、腐蚀渗漏水等各类病害。受制于天窗点时间短、隧道顶部接触网复杂,目前常采用的作业方式为利用脚手架搭设施工平台,手持简易机具施工,其劳动强度大、安全风险高。本文详细阐述由中铁五院、铁建重工和中铁装备并行研制的三套运营铁路隧道套衬施工成套装备系统构成、技术参数、创新点,并进一步研究施工成套装备的使用功能,探讨其发展为铁路基础设施综合维养装备的可能性。

铁路隧道衬砌表观裂缝快速检测技术

梳理了国内外衬砌表观状态检测技术发展现状,对现场踏勘检测和衬砌表观检测系统检测出的衬砌裂缝检出率、里程误差、长度误差等关键参数进行了对比分析。结果表明:衬砌表观检测系统对宽度0.3 mm及以下的裂缝检出率为54.3%,对宽度0.3 mm以上的裂缝检出率为92.6%;纵向裂缝长度的离散误差为±0.7 m,主要由里程误差所致;环向裂缝长度的离散误差在-0.4~1.0 m,主要由图像拼接冗余所致。与现场踏勘检测结果相比,表观检测系统识别的环向裂缝长度存在27%的系统性放大现象,需进一步研究基于关键特征点匹配技术的图像拼接方法,降低拼接冗余,以提高环向裂缝长度的识别精度。

铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明:衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论:(1)同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2)衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3)衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4)衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。

铁路运营隧道病害现状及检测评估

目前铁路运营隧道病害状况严重 ,有些已达到了威胁铁路行车安全的程度。因此有必要采取可靠的检测方法来检测和评估隧道的实际状况 ,同时检测的数据也为隧道日常的维修保养及必要的整治工程提供了系统完整的依据。因此 ,就形成了从日常维护、检测评估到病害整治的一整套技术体系 ,从而使铁路隧道的运营管理技术提高到一个新的水平。最后通过一个工程实例的分析 。

铁路运营隧道渗漏水灾害成因分析及评价指标体系建立

国内已竣工运营的隧道目前普遍存在隧道衬砌结构渗漏水的情况。隧道渗漏水已成为我国铁路隧道工程最为普遍的病害之一,系统的分析造成隧道渗漏水的原因,使隧道的前期勘察、设计、施工和运营后的渗漏水治理能够有章可循,对隧道渗漏水灾害成因进行分析并建立相应的指标体系是十分必要的,通过对95条铁路运营隧道的调查和分析,总结了隧道渗漏水灾害的成因,并建立了评价指标体系,为以后渗漏水的评价提供了依据。

铁路隧道水害模拟计算分析

为明确水害对运营隧道的结构安全性影响,以某典型铁路隧道病害为依托,运用FLAC3D软件建立仿真分析模型,研究不同地下水头高度对结构位移、结构内力及安全系数的影响规律。研究结果表明:该隧道病害的发生与地表集中降雨导致的地下水位抬升存在明显关系,水位越高结构安全性越低,且在地下水位的影响下,隧道衬砌最不安全处位于隧道边墙脚。为了减少类似的病害,在隧道施工过程中一定要重视排水设施的设置,运营过程中注意养护。

强震作用下运营隧道裂损衬砌动力响应分析

运营隧道由于地质因素、施工因素与地下水因素造成衬砌结构带裂缝工作。在地震力作用下,带裂缝的衬砌的安全性难以保证。基于隧道衬砌结构裂损的不同位置和裂缝不同深度的考虑,建立了三维数值有限元模型,采用时程分析的方法研究了衬砌的动力响应。研究表明:①在地震力作用下,隧道衬砌受往复拉压作用;在剪切波作用下,最大弯矩、轴力发生在隧道横截面"X"位置;②带裂缝衬砌在地震力作用下,纵向裂缝处混凝土应力集中,主筋拉应力增大,其他位置内力与完好衬砌响应相同;③随着裂缝的位置不同,对隧道安全性的影响不同,影响顺序由大到小依次为225°、315°、270°;④衬砌初始裂缝深度越深,在地震作用下应力集中情况越严重。

新建高速公路上跨运营高铁隧道结构安全分析

在新建高速公路上跨运营高速铁路隧道的施工中,线路的交叉必然会引起既有隧道结构的受力改变,从而影响铁路隧道的运营安全。基于此,文章结合工程实例,针对上跨交叉段,采用MIDAS GTS/NX有限元分析软件进行数值模拟分析,研究高速公路荷载施加前后高速铁路隧道结构受力和安全系数的变化情况。结果表明,高速公路荷载施加后,既有隧道应力增加和结构安全系数降低的幅度较小,对隧道结构的安全性能影响很小,隧道处于安全状态。

探地雷达在铁路隧道衬砌质量无损检测中的应用研究

铁路隧道中由于衬砌存在脱空或空洞,可能发行掉块,击中正在高速运行的列车,造成严重的安全事故,因此在运营铁道路隧道开展初砌工程质量检测十分重要。为了保证检测工作的顺利进行和检测结果的准确性,本文从天线频率、测线布置、标识间距、现场数据采集及关键技术等方面进行了全方位的研究。针对既有铁路隧道质量检测设计了一种特有检测装置,能有效解决既有隧道内立柱、接触网等已有构件对检测工作的干扰,保证检测工作的连续性,提高检测质量和效率;对既铁路隧道底部质量检测,可通过降低道砟及轨枕引起的干扰信号影响,提高信噪比,能提高隧道底部病害异常体判识的准确度。本次研究对探地雷达在铁路隧道衬砌质量无损检测应用中的常见问题给出了有效的解决办法,能大幅度提高工作效率和检测质量,可给铁路隧道衬砌施工、检测和研究提供有益的借鉴和参考。

一种自动化变形监测在运营高铁隧道中的应用

某市政隧道需上跨既有运营高速铁路隧道进行爆破施工,需对下方高速铁路运营隧道进行全天24小时监测。针对运营隧道无法进行人工监测的情况,采用高精度的全站仪测量机器人、爆破振动仪+4G网络+数据处理软件的全自动化监测方法,实现了运营高铁隧道变形的远程、实时、连续、高频率、高精度监测,为今后运营的高速铁路隧道进行实时变形监测提供了借鉴。

基于AHP-TRIZ的铁路运营隧道病害治理台车方案设计研究

为解决现有技术中人工现场临时搭拆脚手架耗时费力、成本高、效率低的问题,采用AHP(analytic hierarchy process)-TRIZ多理论集合方法,开展铁路运营隧道病害治理台车方案设计。基于层次分析法(AHP),梳理铁路运营隧道病害治理台车的设计要素,并对各设计要素的权重进行计算和排序,得出各设计要素权重由大到小排序为强度和刚度大>防溜车和应急回收>快速展开与收缩>防护栏>钢拱架机械化安装>快速进场和退场=非工作状态尺寸小>全断面作业平台>障碍物识别>自适应展开。根据权重大小排序,结合病害治理施工边界条件,确定防护栏、防溜车和应急回收、强度和刚度大、快速进场和退场、非工作状态尺寸小、快速展开与收缩、全断面作业平台、钢拱架机械化安装8个设计要素。依据AHP评价结果,将设计要素两两对比,构建设计要素间的矛盾矩阵,对设计要素之间存在的物理矛盾和技术矛盾进行描述,借助TRIZ理论,明确解决上述矛盾的原理,进而设计台车方案,并基于台车方案研制设备样机。研究表明:1)采用AHP法和TRIZ理论,能够对收集到的功能需求进行相对客观的分析,并能找到解决设计要素之间矛盾的方案;2)基于AHP-TRIZ理论设计的铁路运营隧道病害治理台车具有较好的断面适应性。

铁路运营隧道下锚段严重缺陷整治措施研究

铁路隧道衬砌缺陷与病害在运营“天窗”内整治其作业时间和空间极其有限,且下锚段因存放接触网补偿装置而不能随意占用其空间,故对下锚段衬砌缺陷进行整治相比正常段难度更大。本文以西南某铁路隧道洞身标1611~1615处下锚段拱部存在严重质量缺陷为研究对象,通过资料调研、工程类比、数值模拟及现场实施等手段,开展下锚段严重质量缺陷整治措施研究。基于充分利用铁路隧道下锚段放大断面的特点,提出解决拱部大范围缺陷所致运营安全隐患的局部套衬整治方案;结构受力分析验证了局部套衬整治方案的安全性和可行性。局部套衬方案的实施,彻底解决了下锚段严重质量缺陷及其带来的运营安全隐患,可为铁路隧道下锚段衬砌缺陷或病害整治提供指导及借鉴。

基于相对差异函数的砌石隧道安全性评价

砌石衬砌隧道作为铁路线路上的重要工程,运营过程中受到多种因素的共同作用,隧道内经常出现影响运营安全的衬砌病害。以成都局砌石衬砌病害资料为基础,统计分析砌石衬砌病害分布情况,根据层次分析法原理建立了砌石衬砌隧道安全评价指标体系,引入相对差异函数确定指标对各安全等级的隶属度,通过可变识别模型计算砌石衬砌隧道的安全评价值。通过对典型隧道进行评价表明,引入相对差异函数对砌石衬砌隧道安全进行评价是可行的,而且评价结果更加合理,可为砌石衬砌隧道的维护提供依据。

硬岩泄水洞“取芯+劈裂”非爆法施工技术及改进

为解决复杂环境下(不允许爆破)硬岩(如Ⅱ、Ⅲ级围岩)小断面隧洞非爆掘进工法选择难题,基于非爆工法适用性比选,采用“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖进行现场施工,分别对其环境影响及施工效果进行分析。研究及试验结果表明:“周边取芯+中部劈裂”非爆开挖技术较适用于复杂环境条件下整体性良好的硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧洞掘进;小型“周边取芯+中部劈裂”机具施工时,其劳动强度大,施工效率不高,安全性亦不佳,日进尺在1 m左右。为提高非爆条件下大断面硬岩或中硬岩(Ⅱ、Ⅲ级围岩)隧道安全快速掘进,研制或应用大型钻劈一体机及其施工工艺势在必行。

施工冷缝条件下富水铁路隧道结构裂损模拟分析

为明确施工冷缝对富水运营隧道结构安全性的影响,文章以某典型铁路隧道病害为依托,运用FLAC3D软件建立仿真分析模型,研究有无冷缝、不同地下水头高度等因素对衬砌结构内力、安全系数及变形模式的影响规律。结果表明:该隧道病害不仅与地表集中降雨导致地下水位抬升有关,还与衬砌结构既有缺陷(施工冷缝)存在明显关系;施工冷缝的存在不仅会改变原有衬砌承载模式,导致有冷缝侧轴力明显增大,弯矩存在突变,还会引发衬砌结构变形模式的变化,致使衬砌结构易沿冷缝面发生错动滑移,出现局部衬砌向内弯折变形破坏。