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铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

张顶立,张素磊,房倩,陈峰宾

(北京交通大学,北京100044)中图分类号:文献标识码:A文章编号:1000–6915(201)02–0217–08

STUDYOFCONTACTSTATEBEHINDTUNNELLININGINPROCESSOFRAILWAYOPERATIONANDITSANALYSIS

ZHANGDingli,ZHANGSulei,FANGQian,CHENFengbin

(KeyLaboratoryforUrbanUndergroundEngineeringofMinistryofEducation,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

Abstract:Therearethreetypesofcontactstatesbetweentheprimaryliningsandthesecondaryliningsfortherailwaytunnels.Thosearetightcontactstate,loosecontactstateandvoids.Boththeloosecontactstateandthevoidsbehindtheliningscanberegardedaspoorcontact,whicharedeemedastypicaltunnelqualitydefects.Theresearchresultsshowthatthepoorcontactstateshavegreatinfluenceontunnelstructuresafety.GenerallawofcontactstatesbehindrailwaytunnelliningsinChinaisobtainedaccordingtotheliningnondestructivetestdataofmorethan100railwaytunnels.Theresearchresultsshowthat:(1)Poorcontactstatesbehindliningsaremoreincidentalandseriousinsingleshellliningthaninthepositeliningunderthesameconditions.(2)Theoccurrenceproportionandseverityofpoorcontactconditionsbehindliningshaveacloserelationshipwiththesurroundingrockclassification,andtheyaremoredisadvantageousinthepoorersurroundingrock.(3)Theoccurrenceproportionandseverityofpoorcontactstatesbehindliningsareaffectedbythepositionsofthepoorcontactstatesaroundthetunnelcross-section.Thenegativeeffectsofthecontactstatesdecreasefromthetunnelcrownstotunnelfeet.(4)Theappearanceofthevoidsisaffectedbytunneldesignprinciple,constructionqualitycontrol,operationalmaintenanceefficiency,etcundesiredphenomenon.Theresultsobtainedinthisstudycanprovideusefulreferenceforstudyingthecontactstatesbetweentheprimaryliningsandthesecondarylinings.Itwillalsobehelpfultostudythedevelopmentofthedefectsinthetunnelstructuresystem.

Keywords:tunnellingengineering,railwayoperationtunnel,contactstatesbehindtunnellinings,loosecontact,voids,nondestructivetest

1引言

据不完全统计,截止到2016年底,我国已经建成的铁路隧道总长度已经超过7000km,在建铁路隧道总长度已超过7500km,正在设计和规划建设的隧道总长度超过10000km[1-2],我国已经成为名副其实的隧道大国[3].然而,由于受设计,施工,运营管理等诸多环节中不利因素的影响,铁路隧道在投入运营后出现了不同程度的病害现象,如衬砌变形及裂损,结构渗漏水,道床损坏等,严重威胁着隧道内的行车安全,缩短了隧道的维护周期和使用寿命,形成了安全隐患和财产损失.在导致隧道病害的诸多因素中,隧道衬砌背后接触状态不良是隧道结构病害的主要成因之一[4].目前,国内外隧道工程界的专家学者们也逐渐意识到隧道衬砌背后接触不良给衬砌结构安全性所带来的危害,纷纷采用理论分析,数值计算和室内相似模型试验等手段进行了相关研究,并获取了一些有价值的结论,如吴江滨[5]基于平面复变函数法推导了含衬砌背后空洞时围岩三次应力与衬砌内力计算公式,M.A.Meguid等[6-8]利用数值计算方法对隧道衬砌背后空洞的安全性影响进行了研究,何川等[9-10]利用室内模型试验对衬砌背后空洞存在时,衬砌结构的变形规律,承载特性和病害形成模式进行了研究.隧道衬砌背后接触状况不良