一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法与流程

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1.本发明属于铁路震后复旧建造相关技术领域，更具体地，涉及一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法。

背景技术：

2.隧道作为铁路的重要组成结构之一，是修建在地下或水下并铺设铁轨供机车车辆通行的建筑物。对于一些地理环境复杂的铁路工程，隧道施工构成了关键性的工艺环节。虽然在工程结构中，隧道已经具备了一定的抗震能力，但近年来世界范围内发生的一些地震事件表明，地震对各类隧道也造成大小不一的损害，并造成隧道内外部结构的不同程度受损，需对受损结构进行修缮或更换。
3.专利检索发现，现有技术中仅存在少量涉及铁路地震治理相关的方案，但主要偏重于地震预警或者抗震结构方面。例如，cn114577899a公开了一种铁路隧道衬砌损伤的实时地震检测系统方法，cn114329739a公开了一种地下结构抗震计算方法及系统，cn114279827a公开了一种隧道减震层材料获取方法，cn114114387a公开了一种模拟深埋隧道地震横波动力加载的试验装置、系统及方法，等等。目前尚无针对铁路隧道震害及结构安全性进行评估的具体标准，尤其是缺乏对震后复旧施工的操作工艺。
4.相应地，本领域亟需对此作出进一步的针对性改进，以便更好地满足铁路震后修复工程的多方面需求。

技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或需求，本发明的目的在于提供一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其中通过结合铁路自身的构造及运行特征，对整个震后灾害复旧施工的整体流程重新进行了设计，特别是针对隧道洞身主体工程的具体修复工艺步骤作出改进，相应能够更加高效、全面地完成既有铁路隧道多个结构区域的震后灾害复旧施工。
6.为实现上述目的，按照本发明，提供了一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
7.(a)地表裂缝处理
8.针对震后产生的地表裂缝，对其进行数量统计及分类，并采用敞口开挖分层夯填的措施进行处理；
9.(b)洞口工程处理
10.针对震后的洞口工程，分别对洞门结构、洞口边仰坡防护设施、洞口防排水设施、洞口其他附属结构及设施逐一进行检查，并根据检查结果确定来整治或重修；
11.(c)洞身主体工程处理
12.针对震后的既有隧道，首先采用临时钢架进行防护；临时钢架施工完成后，对既有隧道进行全环径向注浆加固处理；
13.接着，对需拆除重建的隧道，采用以下方式进行设计：对隧道内轮廓采用单心圆结
构，并且在隧道断面内预留一定空间；对衬砌采用圆形衬砌结构，并且对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式；相应在此基础上，完成整个隧道的复旧施工。
14.作为进一步优选地，在步骤(b)中，若隧道边坡骨架护坡存在整体下沉开裂，则将其拆除后进行重建恢复；若洞口区域存在裂缝，可采用水泥砂浆进行封堵回填。
15.作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述临时钢架优选包括拱形龙骨、双绞六边形柔性网片、支撑钢管和槽钢，其中该拱形龙骨紧贴隧道衬砌的内轮廓而设置，该双绞六边形柔性网片彼此连接地铺挂在所述拱形龙骨的拱部区域，该支撑钢管彼此间隔地沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且穿过该拱形龙骨的型钢腹板固定安装；该槽钢对称设置在所述拱形龙骨的两侧边墙，其沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且与该拱形龙骨的型钢固定相连。
16.作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述全环径向注浆加固处理优选包括下对震损严重的拱墙及仰拱，采用小导管径向注浆。
17.作为进一步优选地，在步骤(c)中，用于执行所述全环径向注浆加固处理的注浆材料优选采用硫铝酸盐浆液，并且拱墙的注浆压力优选为1.5mpa以内，仰拱的注浆压力为2mpa～3mpa。
18.作为进一步优选地，在步骤(c)中，对隧道内轮廓采用单心圆结构，并且优选在隧道断面内预留70cm左右的空间。
19.作为进一步优选地，在步骤(c)中，对衬砌支护优选采用30cm初期支护+6cm全环减震消能层+55cm二次支护+70cm预留空间的结构形式。
20.作为进一步优选地，在步骤(c)中，对于施工所使用的混凝土，优选采用纤维混凝土，即在混凝土中加入一定比例的聚丙烯纤维或者钢纤维。
21.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：
22.(1)本发明充分结合既有铁路隧道震后复旧建造的工况特点及多种施工需求进行考虑，并在此基础上对整个震后灾害复旧施工的整体流程重新进行了设计，特别是针对隧道洞身主体工程的具体修复工艺步骤作出改进，相应与现有技术相比能够全面解决既有铁路隧道震后的复旧施工问题，并获得安全可靠、高效高质的复旧效果；
23.(2)本发明还通过对一些关键步骤如临时钢架的设置、全环径向注浆处理以及隧道的重建设计等多个方面作出了进一步针对性改进，较多的实际工程测试表明，这些具体结构及处理要求能够更好地适应既有铁路隧道震后的复旧施工过程，并满足分类整治、重点加强、适度冗余及快速安全的施工需求。
附图说明
24.图1是按照本发明的既有铁路隧道震后灾害复旧施工的整体工艺流程图；
25.图2是用于示范性显示对拱墙及仰拱采用小导管径向注浆的示意图；
26.图3是用于示范性显示对隧道内轮廓采用单心圆结构且预留补强空间的示意图；
27.图4是用于示范性显示对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式的示意图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明中，综合考虑地震烈度调整、隧道破坏程度及工程实施难度等因素，结合线路平纵断面拟合，遵循“分类整治、重点加强、适度冗余、快速安全”的原则。根据地震破坏等级评估及线路平纵拟合，分类进行修复：
30.1)结构破坏地段和线路拟合后超限地段，拆除重建。
31.2)结构局部破坏地段以及素混凝土开裂、施工缝开裂剥落等存在安全隐患地段进行套衬加固或局部修复。
32.在地震设防方面：
33.1)破坏极严重重建地段：考虑地震区设防加强衬砌结构并设置减震层、节段变形缝等措施，结构内侧预留变形空间。
34.2)其他重建地段：根据调整后地震烈度进行检算，通过加强衬砌结构满足抗震设防要求。
35.3)洞身不进行重建地段：根据调整后地震烈度进行检算，并结合结构破坏评估情况予以处理。
36.4)洞身存在缺陷病害地段：根据现场缺陷排查及病害评估情况，考虑同期进行整治。
37.基于以上考虑，相应制订了本发明的整体工艺处理流程。图1是按照本发明的既有铁路隧道震后灾害复旧施工的整体工艺流程图。下面将结合图1对本发明进行具体解释说明。
38.第一，针对震后产生的地表裂缝，对其进行数量统计及分类，并采用敞口开挖分层夯填的措施进行处理。
39.更具体而言，在本步骤中，可结合现场地形地貌条件分析，对裂缝采用敞口开挖后分层夯填水泥改良土的措施处理。
40.第二，针对震后的洞口工程，分别对洞门结构、洞口边仰坡防护设施、洞口防排水设施、洞口其他附属结构及设施逐一进行检查，并根据检查结果确定来整治或重修。
41.更具体而言，在本步骤中，可以结合隧道洞门结构、洞口边仰坡防护设施、隧道进口下行侧边坡骨架护坡、以及出口及洞顶两侧地表等各个区域，分别采用对应的针对性措辞。例如，可将骨架护坡拆除后进行重建恢复，同时对于出口及洞顶两侧地表以及边仰坡的裂缝，分别采用水泥砂浆进行封堵回填。
42.又如，对于隧道进口下行侧边坡，可拆除后进行重建恢复；同时对护坡结构与坡面缝隙、仰坡裂缝可采用水泥砂浆回填密实。对于洞口防排水设施，其隧道进、出口洞顶截水沟有轻微开裂下沉现象，下沉部分需拆除，对水沟基底可采用三七灰土回填密实后重建恢复，对裂缝部分采用水泥砂浆抹面修补。隧道出口的裂缝部分可采用水泥砂浆抹面修补，断裂段保温暗管破除后采用新管相接。
43.第三，针对震后的既有隧道，首先采用临时钢架进行防护；临时钢架施工完成后，
对既有隧道进行全环径向注浆加固处理；接着，对需拆除重建的隧道，采用以下方式进行设计：对隧道内轮廓采用单心圆结构，并且在隧道断面内预留一定空间；对衬砌采用圆形衬砌结构，并且对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式；相应在此基础上，完成整个隧道的复旧施工。
44.更具体而言，为确保现场抢险施工安全，首先需对灾害严重危及作业安全如拱部二衬坍塌、边墙垮塌等地段先行完成临时加固；然后对影响施工运输及安全的隧道内掉块、轨道隆起、接触网损毁设施等进行临时清理或拆除后运出洞外，为后续施工抢险做好相关准备工作。
45.相应地，按照本发明的一个优选实施方式，所述临时钢架优选包括拱形龙骨、双绞六边形柔性网片、支撑钢管和槽钢，其中该拱形龙骨紧贴隧道衬砌的内轮廓而设置，该双绞六边形柔性网片彼此连接地铺挂在所述拱形龙骨的拱部区域，该支撑钢管彼此间隔地沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且穿过该拱形龙骨的型钢腹板固定安装；该槽钢对称设置在所述拱形龙骨的两侧边墙，其沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且与该拱形龙骨的型钢固定相连。相应地，本发明中通过设置该临时钢架，能够全面地解决隧道震后修复工程的临时防护问题，有效避免因频繁余震等导致的结构掉块、坍塌等风险，使得后续施工安全得到显著提升。
46.在本发明中，当临时钢架防护施工完成后，对部分后期需拆换段落进行径向注浆(拱墙及仰拱围岩注浆加固范围为既有隧道结构外轮廓线起算)。如图2中示范性所示，例如可结合上述实际工程项目，对该注浆处理过程具体说明如下：
47.a、震损严重段：拱墙及仰拱可采用φ42小导管径向注浆，其中拱墙小导管单根长4m，间距2m*2m；仰拱小导管单根长6m，间距2.5m*2.5m。
48.b、其他震损段：拱墙可采用φ42小导管径向注浆，其中小导管单根长5.5m，间距2m*2m；仰拱可采用φ108钢花管径向注浆，钢花管单根长9m，间距2.3m*2.3m。
49.c、结构扭曲错断破坏段：拱墙可采用φ42小导管径向注浆，小导管单根长7.5m，间距1.5m*1.5m；仰拱可采用φ108钢花管径向注浆，钢花管单根长11m，间距2m*2m。
50.按照本发明的另一优选实施方式，本次注浆材料优选采用硫铝酸盐浆液，注浆压力拱墙约1.5mpa以内，仰拱约2～3mpa，水泥浆中还可添加速凝剂(掺量为水泥用量1～2％)。实施压浆过程中进行跳孔间隔压浆，实施挤密型注浆措施。注浆过程中若发生串浆，则关闭孔口阀门或堵塞孔口，待其它孔注浆完毕后再打开阀门，直至每个孔达到注浆结束标准。孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。单孔结束标准：当达到设计终压并继续注浆10min以上，单孔进浆量小于20l/min。全段结束注浆标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏浆现象。
51.接着，对洞身永久工程执行复旧施工。
52.在本发明中，隧道在该段落遵循“预留空间、优化断面、减震消能、节段设计、运营监测”的设计原则。其中：
53.预留空间：在隧道断面内预留一定空间，保障结构内轮廓在断层带后期运营期间的蠕滑等变形情况下不发生侵限。
54.优化断面：为提高结构承载性能，采用圆形衬砌结构。
55.减震消能：在拱墙初期支护内侧铺设减震消能层，减震消能层采用可吸收地震能
量的减震消能材料。
56.节段设计：根据断裂性质计算分析衬砌节段长度，衬砌节段之间设置变形缝，通过节段设计以尽可能适应变形，防止衬砌失稳，本次衬砌按6m一段设计，每节之间设置2～3cm变形缝。
57.抗震运营监测：在断裂带附近运营期设置相应的结构健康监测系统，监测围岩和衬砌结构的变形和受力情况，发现异常，及时报警，以便采取应急措施，确保行车安全。
58.更具体地，如图3中所示，对于隧道内轮廓比选，经过多种比较测试，在本发明中采用了单心圆结构，并且预留一定的补强空间。例如，可采用单心圆结构，并预留补强空间70cm(蠕变量6.6*100)，实际测试表明，这种结构受力及抗震效果相对而言更好。
59.对于衬砌支护比选，如图4中所示，经过多种比较测试，在本发明中对衬砌采用圆形衬砌结构，并且对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式。例如，可采用初期支护30cm+全环减震消能层6cm(兼保温层)+二衬55cm+预留空间70cm，实际测试表明，这种多层结构可较好地满足抗震要求。此外，通过采用这种“大刚度环形衬砌+预留空间+减震消能层”的结构体系，可实现节段设计，在断层错动时，破坏集中在连接部位或结构的局部，减小结构整体性破坏。
60.下面将同样以实际工程项目为例，举例说明对既有隧道的所有拆除重建施工工序。
61.第一步：先对既有隧道衬砌拱墙采用临时钢架加固。
62.第二步：对既有隧道衬砌背后围岩采用径向注浆加固。
63.第三步：纵向2.0m为一拆除单元，依次拆除拱墙临时加固钢架、侧沟槽及拱墙二衬混凝土，拱墙衬砌按照“先拱后墙，从上到下”的原则分块拆除。拆除前对二次衬砌每隔2m开槽，将其分隔成2m长小段落，消除对相邻段落衬砌砼的影响以及保证在凿除过程中的施工安全。
64.第四步：初期支护逐榀拆除，并加强相邻段二衬、初支变形监测。
65.第五步：按新建断面轮廓扩挖并施做初期支护及减震层。
66.第六步：拆除仰拱。仰拱破除前，必须在上游侧沟及中心水沟检查井处采取截水措施，防止仰拱破除后侧沟及中心水沟汇水流至隧道仰拱底，严禁因积水浸泡而恶化仰拱基底。仰拱混凝土破除后，立即进行清底、扩挖。
67.第七步：施做仰拱初期支护及减震层，使2m拆除单元初支闭合成环。
68.第八步：施做仰拱及仰拱回填、中心水沟。
69.第九步：结合监测数据，待初期支护变形收敛后施做拱墙二次衬砌。
70.按照本发明的另一优选实施方式，优选采用纤维混凝土进行施工，即在混凝土中加入一定比例的聚丙烯纤维或者钢纤维。更具体地，
71.通过采用纤维混凝土，能够显著提高混凝土的抗拉、抗剪、弯拉强度和和抗裂、抗疲劳、抗震等性能。一方面，在混凝土中加入一定量的钢纤维或聚丙烯纤维能够混凝土中裂缝的发生和发展、克服混凝土中微观裂缝和缺陷产生应力集中造成的过早开裂。另一方面，纤维混凝土的弯拉韧性较普通混凝土有较大的提高，从而其弯拉承载力的可靠度也相应提高。钢纤维混凝土对施工工艺的要求相对更高，其浇筑方法应能保证钢纤维的分布均匀性和结构的连续性，在规定连续浇筑的区域内，浇筑施工过程不得中断；拌合料从搅拌机卸出
到浇筑完毕所用的时间不宜多于30min。
72.综上，按照本发明的既有铁路隧道震后复旧施工方法对整个震后灾害复旧施工的整体流程重新进行了设计，特别是针对隧道洞身主体工程的具体修复工艺步骤及特定要求作出改进，相应与现有技术相比，能够更好地适应既有铁路隧道震后的复旧施工过程，并满足分类整治、重点加强、适度冗余及快速安全的施工需求，因而具备广阔的应用前景。
73.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)地表裂缝处理针对震后产生的地表裂缝，对其进行数量统计及分类，并采用敞口开挖分层夯填的措施进行处理；(b)洞口工程处理针对震后的洞口工程，分别对洞门结构、洞口边仰坡防护设施、洞口防排水设施、洞口其他附属结构及设施逐一进行检查，并根据检查结果确定来整治或重修；(c)洞身主体工程处理针对震后的既有隧道，首先采用临时钢架进行防护；临时钢架施工完成后，对既有隧道进行全环径向注浆加固处理；接着，对需拆除重建的隧道，采用以下方式进行设计：对隧道内轮廓采用单心圆结构，并且在隧道断面内预留一定空间；对衬砌采用圆形衬砌结构，并且对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式；相应在此基础上，完成整个隧道的复旧施工。2.如权利要求1所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(b)中，若隧道边坡骨架护坡存在整体下沉开裂，则将其拆除后进行重建恢复；若洞口区域存在裂缝，可采用水泥砂浆进行封堵回填。3.如权利要求1或2所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述临时钢架优选包括拱形龙骨、双绞六边形柔性网片、支撑钢管和槽钢，其中该拱形龙骨紧贴隧道衬砌的内轮廓而设置，该双绞六边形柔性网片彼此连接地铺挂在所述拱形龙骨的拱部区域，该支撑钢管彼此间隔地沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且穿过该拱形龙骨的型钢腹板固定安装；该槽钢对称设置在所述拱形龙骨的两侧边墙，其沿着所述拱形龙骨的纵向方向设置，并且与该拱形龙骨的型钢固定相连。4.如权利要求1-3任意一项所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述全环径向注浆加固处理优选包括下对震损严重的拱墙及仰拱，采用小导管径向注浆。5.如权利要求4所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，用于执行所述全环径向注浆加固处理的注浆材料优选采用硫铝酸盐浆液，并且拱墙的注浆压力优选为1.5mpa以内，仰拱的注浆压力为2mpa～3mpa。6.如权利要求1-5任意一项所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，对隧道内轮廓采用单心圆结构，并且优选在隧道断面内预留70cm左右的空间。7.如权利要求1-6任意一项所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，对衬砌支护优选采用30cm初期支护+6cm全环减震消能层+55cm二次支护+70cm预留空间的结构形式。8.如权利要求1-7任意一项所述的一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其特征在于，在步骤(c)中，对于施工所使用的混凝土，优选采用纤维混凝土，即在混凝土中加入一定比例的聚丙烯纤维或者钢纤维。

技术总结

本发明属于铁路隧道震后复旧建造相关技术领域，并公开了一种既有铁路隧道震后灾害复旧施工方法，其包括：针对震后产生的地表裂缝，对其进行数量统计及分类，并采用敞口开挖分层夯填的处理；针对震后的洞口工程，进行检查并整治或重修；针对震后的既有隧道，首先采用临时钢架进行防护，然后进行全环径向注浆加固处理；接着，对需拆除重建的隧道，采用单心圆结构的隧道内轮廓且在隧道断面内预留一定空间；同时采用圆形结构的衬砌，并且对衬砌支护采用初期支护+全环减震消能层+二次支护+预留空间的结构形式。通过本发明，能够更好地适应既有铁路隧道震后的复旧施工过程，并满足分类整治、重点加强、适度冗余及快速安全的施工需求。适度冗余及快速安全的施工需求。适度冗余及快速安全的施工需求。