馬偉斌， 柴金飛

(中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所， 北京 100081)

0 引言

截至2018年底,中國鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)13.1萬km。其中，投入運(yùn)營(yíng)的鐵路隧道15 117座，總長(zhǎng)16 331 km[1]。鐵路隧道建成時(shí)，部分區(qū)段存在拱墻背后空洞、襯砌厚度不足等施工缺陷，經(jīng)過運(yùn)營(yíng)期列車荷載作用，極易引發(fā)其他各類病害[2-3]，如襯砌滲漏水、開裂、掉塊，隧底裂損、下沉與翻漿冒泥、上拱，排水系統(tǒng)凍害等。這些病害惡化了鐵路隧道服役性能，降低了隧道結(jié)構(gòu)的安全可靠度和穩(wěn)定性，威脅線路行車安全。鐵路隧道病害的原因涉及到環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多個(gè)方面，鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為繼鐵路建設(shè)之后的重要任務(wù)。我國運(yùn)營(yíng)鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)起步較晚，尚處于傳統(tǒng)技術(shù)階段。運(yùn)營(yíng)鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)領(lǐng)域主要存在的不足如下： 1)快速巡檢設(shè)備稀缺，信息來源與各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)鏈單一，反饋信息融合性差； 2)尚未建立數(shù)據(jù)采集、通訊、計(jì)算、預(yù)測(cè)、分析、評(píng)估、預(yù)警、可視化與決策分析功能的集成化平臺(tái)，檢測(cè)、監(jiān)測(cè)成套技術(shù)尚未形成體系； 3)尚未對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、周期檢測(cè)和日常檢測(cè)項(xiàng)目予以區(qū)分； 4)尚未對(duì)附屬設(shè)施如防護(hù)結(jié)構(gòu)、疏散設(shè)施、通風(fēng)照明及隧道洞口高陡邊坡等予以重視。因此，建立多指標(biāo)、集成化、綜合分析與精準(zhǔn)決策的新型檢測(cè)、監(jiān)測(cè)成套技術(shù)體系，為運(yùn)維養(yǎng)修部門提供科學(xué)決策依據(jù)具有積極意義。

利用檢測(cè)、監(jiān)測(cè)手段發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)鐵路隧道病害或缺陷后，需要對(duì)隧道病害進(jìn)行分類和分級(jí)，然后對(duì)隧道的服役狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。目前，我國鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估方法基本上是定性分析，關(guān)寶樹等[4]開發(fā)了鐵路隧道病害診斷專家系統(tǒng)(tunnel default diagnosis)，該系統(tǒng)可根據(jù)隧道病害的特征推定病害成因，得出隧道結(jié)構(gòu)的健全度，并利用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)建立了健全度量化判斷模型； 王春景[5]對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道狀態(tài)的綜合評(píng)判進(jìn)行了研究，將隧道病害分為結(jié)構(gòu)類、防排水類、其他類3類。但上述評(píng)定方法存在內(nèi)因及機(jī)制研究不足、偏重于數(shù)值計(jì)算、以靜力狀態(tài)為判斷依據(jù)、規(guī)范涵蓋范圍不全等不足，不能明確表達(dá)出各影響因素對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響規(guī)律，僅僅采用這些比較初步的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)隧道襯砌狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估定級(jí)顯然已不能滿足目前的使用和養(yǎng)護(hù)要求。因此，結(jié)合鐵路隧道運(yùn)營(yíng)實(shí)際，鐵科院對(duì)鐵路隧道狀態(tài)劣化機(jī)制進(jìn)行分析，研究定量化的評(píng)價(jià)方法，重新修訂了《鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》隧道部分。

科學(xué)的服役狀態(tài)評(píng)估結(jié)果能夠有效指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)鐵路隧道養(yǎng)護(hù)維修，運(yùn)營(yíng)鐵路隧道病害的整治面臨維修天窗時(shí)間短、作業(yè)空間狹小、大型設(shè)備和材料進(jìn)出受到極大限制等難題。如何在短暫的維修天窗內(nèi)快速整治隧道病害以保障鐵路運(yùn)營(yíng)安全，是鐵路隧道面臨的重大課題。本文在鐵路隧道運(yùn)營(yíng)維護(hù)領(lǐng)域多年探索和積累的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一套匯集檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、評(píng)估和整治于一體的鐵路隧道全流程養(yǎng)護(hù)維修體系，以期為隧道養(yǎng)護(hù)維修提供參考。

1 鐵路隧道缺陷與病害情況

在鐵路隧道運(yùn)營(yíng)過程中，部分線路隧道出現(xiàn)了不同類型的缺陷或病害。以某鐵路隧道情況為例，各類缺陷與病害所占比例如圖1所示。

圖1 某鐵路隧道病害類型及占比

隧道襯砌是承受地層壓力、防止圍巖變形坍落的主體建筑物。襯砌承受地層壓力的大小，主要取決于工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和圍巖的物理力學(xué)特性，同時(shí)與設(shè)計(jì)方案、施工方法、支護(hù)襯砌是否及時(shí)和工程質(zhì)量的好壞等因素有關(guān)。鐵路隧道缺陷與病害可按病害部位劃分為拱墻缺陷與病害、隧底缺陷與病害。

1.1 拱墻缺陷與病害

1.1.1 隧道襯砌存在的缺陷

隧道襯砌存在的缺陷主要有: 襯砌厚度缺陷、襯砌混凝土質(zhì)量缺陷、襯砌背后空洞或回填不密實(shí)[10]。

1)襯砌厚度缺陷的主要原因有： ①巖體開挖不到位； ② 模板支設(shè)出現(xiàn)偏差。

2)襯砌混凝土質(zhì)量缺陷的主要原因如下。①麻面： 模板內(nèi)表面粗糙、未清理干凈、濕潤(rùn)不足；模板拼縫不嚴(yán)密而漏漿；混凝土振搗不密實(shí)，氣泡未排出以及養(yǎng)護(hù)不規(guī)范。②露筋： 綁扎鋼筋或安裝鋼筋骨架時(shí)未放墊塊或墊塊位移、鋼筋位移、結(jié)構(gòu)斷面較小、鋼筋過密使鋼筋緊貼模板，以致于混凝土保護(hù)層厚度不足。③蜂窩： 混凝土配比不準(zhǔn)(漿少石多)，或攪拌不勻、澆筑方法不當(dāng)、振搗不合理，造成砂漿與石子分離； 模板嚴(yán)重漏漿等。④孔洞： 骨料粒徑過大、鋼筋配置過密導(dǎo)致混凝土下料中被鋼筋擋住；混凝土流動(dòng)性差、分層離析、振搗不實(shí)； 混凝土受凍、混入泥塊雜物等。⑤縫隙及夾層： 施工縫處理不當(dāng)以及混凝土中含有垃圾雜物。⑥ 缺棱、掉角： 澆筑前模板未充分濕潤(rùn)，棱角過早拆?；虿鹉：蟊Ｗo(hù)不善。⑦裂縫： 結(jié)構(gòu)和地基產(chǎn)生不均勻沉降，水分蒸發(fā)過快，模板不牢固，混凝土內(nèi)部和表面溫差過大，拆模時(shí)混凝土受到劇烈振動(dòng)，混凝土養(yǎng)護(hù)不良。⑧強(qiáng)度不足： 地下水影響，混凝土振搗難以按施工規(guī)程要求實(shí)施，混凝土直接養(yǎng)護(hù)濕度難以達(dá)標(biāo)。

3)襯砌背后空洞的主要原因有： ①對(duì)超挖未按規(guī)范進(jìn)行施工回填； ②襯砌時(shí)拱頂灌注混凝土不飽滿，振搗不夠； ③泵送混凝土在輸送管遠(yuǎn)端由于壓力損失、坡度等原因造成空洞； ④防水板掛設(shè)松弛度控制不到位。

1.1.2 隧道襯砌存在的病害

隧道襯砌存在的病害主要有： 襯砌裂損、滲漏水、凍害、腐蝕。

1)襯砌裂損的類型主要有襯砌開裂、壓潰、錯(cuò)動(dòng)、掉塊及組合工況。襯砌裂損的主要原因有： ①垂向線狀荷載、斜向線狀荷載、水平線狀荷載、垂向分布荷載； ②灌注過快，混合料分散不均勻，振搗不充分，拌合時(shí)間過長(zhǎng)； ③使用條件和環(huán)境因素，如化學(xué)腐蝕環(huán)境、氯鹽環(huán)境、凍融環(huán)境、內(nèi)外溫差環(huán)境； ④堿性集料反應(yīng)發(fā)生膨脹開裂，集料中的泥分出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀開裂，水泥的水化熱發(fā)生熱脹開裂、水泥異常凝結(jié)發(fā)生不規(guī)則開裂、風(fēng)化巖和低質(zhì)量的集料發(fā)生爆炸狀開裂、下沉開裂。

2)滲漏水病害類型有滴水、涌水、水蝕等。滲漏水病害的主要原因有： ①地質(zhì)條件復(fù)雜,巖溶發(fā)育，水壓較大； ②設(shè)計(jì)和施工水平達(dá)不到要求； ③襯砌和防水材料存在一定不足； ④排水系統(tǒng)堵塞。

3)襯砌凍害類型主要有掛冰、冰椎、冰塞、冰楔、圍巖凍脹、襯砌材質(zhì)凍融破壞和襯砌冷縮開裂等。隧道凍害的主要原因有： ①寒冷氣溫作用。隧道凍害與所在地區(qū)氣溫(低于0 ℃或正負(fù)交替)直接相關(guān)，溫度變化凍融交替是主要原因。②季節(jié)凍脹圈的形成。若隧道的排水設(shè)施埋在季節(jié)凍脹圈內(nèi)，冬季易發(fā)生冰塞。③圍巖的巖性對(duì)凍脹的影響。④隧道設(shè)計(jì)和施工的影響。對(duì)防凍問題沒有考慮或考慮不周，造成襯砌防水能力不足，洞內(nèi)排水設(shè)施埋深不足、治水措施不當(dāng)，施工有缺陷，都會(huì)造成和加重運(yùn)營(yíng)階段隧道的凍害。

4)襯砌腐蝕。襯砌腐蝕分為物理性侵蝕和化學(xué)性腐蝕。產(chǎn)生腐蝕的主要原因有： ①腐蝕介質(zhì)的存在； ②易腐蝕物質(zhì)的存在； ③地下水的存在且具有活動(dòng)性。

1.2 隧底缺陷與病害

1.2.1 隧底缺陷

1)底板未設(shè)置鋼筋或鋼筋間距過大。2)仰拱填充與仰拱一起澆筑。3)隧底超挖，未清理干凈而留有虛渣，或施工期間用料配比不合理、混凝土占比較小，排水未盡，造成隧底充泥充水或不密實(shí)。4)仰拱矢跨比達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，或?qū)⒀龉白龀傻装濉?)仰拱填充分層澆筑，人為形成層間施工縫[10]。6)隧底不密實(shí)或空洞： ①架設(shè)隧底鋼架前或澆注混凝土前未將虛碴、雜物等清除干凈；②隧底超挖部分未采用同級(jí)混凝土回填，而是采用虛碴回填；③地下水沖蝕作用。

1.2.2 隧底病害

隧底主要存在的病害類型有整體道床裂損、仰拱或鋪底裂損、隧底上拱。

1)整體道床裂損的主要原因[12]有： ①列車荷載作用影響； ②灌注道床時(shí)未及時(shí)清理隧底積水； ③整體道床與隧道底部襯砌混凝土之間的黏結(jié)力不足； ④混凝土澆筑工藝差、水泥等級(jí)不達(dá)標(biāo)、道床的厚度不足、混凝土養(yǎng)生時(shí)間不足等質(zhì)量問題； ⑤地下水對(duì)整個(gè)道床的影響； ⑥養(yǎng)護(hù)維修不良等。

2)仰拱或鋪底裂損的主要原因有： ①列車荷載作用影響； ②混凝土的收縮；③溫度應(yīng)力；④配筋不足；⑤混凝土材料及配合比不當(dāng)；⑥養(yǎng)護(hù)條件差；⑦施工質(zhì)量差等。

3)仰拱和(或)填充層厚度不足的主要原因有： ①隧底開挖時(shí)欠挖，未挖到設(shè)計(jì)隧底高程；②隧底有鋼架地段鋼架制作不標(biāo)準(zhǔn)，侵入仰拱造成混凝土厚度不足。

4)隧底上拱依據(jù)隧底上拱的破壞力學(xué)特征分類，一般可分為5種基本類型： 擠壓流動(dòng)型隧底上拱、遇水膨脹型隧底上拱、撓曲褶皺型隧底上拱、剪切錯(cuò)動(dòng)型隧底上拱和地下水壓力型隧底上拱。主要原因如下。①擠壓流動(dòng)型隧底上拱： 主要發(fā)生在隧底為軟弱破碎巖體的巖層，兩幫和頂板的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于底板巖體強(qiáng)度，在兩幫巖柱的作用下，底板軟弱破碎巖體擠壓流動(dòng)到隧道內(nèi)，引發(fā)上拱病害。②遇水膨脹型隧底上拱： 膨脹巖中含有大量親水性黏土礦物時(shí)，遇水后會(huì)膨脹和軟化，體積迅速增大，導(dǎo)致隧底上拱。③撓曲褶皺型隧底上拱： 主要發(fā)生在較厚的整體性巖層，在高地應(yīng)力的作用下，在隧底處發(fā)生剪切破壞而形成楔塊巖體，并在水平應(yīng)力擠壓下產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)而使底板上拱。④撓曲褶皺型隧底上拱： 通常發(fā)生在隧道底板為層狀巖體，其隧底上拱的機(jī)制是在平行層理方向的應(yīng)力作用下，隧底巖層由于受壓失穩(wěn)向隧道內(nèi)產(chǎn)生撓曲褶皺。⑤地下水壓力型隧底上拱： 當(dāng)隧底存在積水且水頭較高時(shí)，致使隧底結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受較高的水壓力，加上列車循環(huán)動(dòng)荷載耦合作用，導(dǎo)致隧底結(jié)構(gòu)變形或破壞而引起上拱。

5)隧底防排水病害主要類型為地下水對(duì)混凝土腐蝕，排水不通暢，隧底高水壓，涌水、涌砂等。隧底防排水病害的主要原因有： ①盲管設(shè)置不合理或被泥、砂堵死，隧道建成后無法正常排水，使隧道內(nèi)地下水位升高，造成隧道滲漏水；②“三縫”、結(jié)構(gòu)連接部位或混凝土缺陷部位未嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范或規(guī)則施作或未作處理；③施工質(zhì)量差，隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足而開裂滲水；隧道超挖部分采用棄碴回填，有些鋪底也用棄碴作為材料，使隧底成為較弱地基，同時(shí)因回填度不均勻，易引起隧底開裂。而在鋼軌接頭部位，受到車輪沖擊力比一般部位大 5～10 倍，使鋼軌接頭部位更易產(chǎn)生開裂和翻漿冒泥；④排水溝深度及寬度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求；⑤石灰?guī)r道碴，由于其質(zhì)地比較軟、韌度較低、磨耗率大，在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)道床硬結(jié)、污臟現(xiàn)象嚴(yán)重，容易引起排水通道阻塞，道床積水。

2 運(yùn)營(yíng)鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 常規(guī)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)

運(yùn)營(yíng)鐵路隧道常規(guī)檢測(cè)技術(shù)主要有： 隧道拱部空洞敲擊法(聲波法)、探地雷達(dá)法(瑞雷波法)、高密度電法、瞬變電磁法、超聲回彈綜合法、襯砌表面數(shù)碼攝像法、陸地聲納法、紅外熱像法、三維激光掃描法、原位鉆孔檢測(cè)法和材料強(qiáng)度試驗(yàn)法等。

運(yùn)營(yíng)鐵路隧道常規(guī)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有： 實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)和排水系統(tǒng)水位監(jiān)測(cè)等。

2.2 存在問題

鐵路隧道工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，其檢測(cè)、監(jiān)測(cè)特點(diǎn)、難點(diǎn)可概括如下： 1)工作時(shí)間短、檢測(cè)項(xiàng)目多、數(shù)據(jù)釆集難、信息傳輸量大，對(duì)自動(dòng)化采集有迫切需求； 2)從形變特點(diǎn)看,隧道工程往往同時(shí)包含累積性變形和突發(fā)性變形,需要綜合使用靜態(tài)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)； 3)監(jiān)測(cè)內(nèi)容同時(shí)包含方向性的矢量信息(如位移、應(yīng)力、應(yīng)變)與非方向性的標(biāo)量信息(如滲流、襯砌質(zhì)量)，需要多層次監(jiān)測(cè)； 4)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，觀測(cè)頻率變動(dòng)大，儀器選擇、預(yù)警等級(jí)的設(shè)計(jì)需要與時(shí)俱進(jìn)； 5)監(jiān)測(cè)精度要求不同，隨監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化而變化； 6)監(jiān)測(cè)范圍廣，涉及襯砌本體檢測(cè)、監(jiān)測(cè)與區(qū)域檢測(cè)、監(jiān)測(cè)，需做到宏觀監(jiān)測(cè)與微觀監(jiān)測(cè)相結(jié)合。針對(duì)運(yùn)營(yíng)期鐵路隧道，快速檢測(cè)、監(jiān)測(cè)裝備的短缺，維修天窗時(shí)間短等是目前檢測(cè)、監(jiān)測(cè)工作面臨的難點(diǎn)。

2.3 解決措施

當(dāng)前信息化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可視化技術(shù)、衛(wèi)星定位、網(wǎng)絡(luò)通信、智能設(shè)備、AI技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，鐵路隧道作為線路的重要組成部分，其運(yùn)營(yíng)環(huán)境較路基、橋梁、軌道等工程更為復(fù)雜、隱蔽，高模糊性的特點(diǎn)與迫切需求的現(xiàn)狀要求盡快采用新技術(shù)、新設(shè)備、新理念，建立多指標(biāo)、集成化、綜合分析與精準(zhǔn)決策的新型檢測(cè)、監(jiān)測(cè)成套技術(shù)體系。這對(duì)于保障列車安全運(yùn)營(yíng)，為運(yùn)維養(yǎng)修部門提供科學(xué)決策依據(jù)具有積極意義。

基于當(dāng)前現(xiàn)狀，鐵科院建立了由驗(yàn)收檢測(cè)、周期檢測(cè)、日常檢測(cè)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)構(gòu)成的鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)體系，如圖2所示。

圖2 鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)體系

2.3.1 鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)體系

基于鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理，鐵科院針對(duì)服役隧道不同狀態(tài)下檢測(cè)、監(jiān)測(cè)的方式、頻次等，形成了面向設(shè)計(jì)壽命的鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)條件，建立了由驗(yàn)收檢測(cè)、周期檢測(cè)、日常檢測(cè)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)構(gòu)成的鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)體系。對(duì)于全部隧道，在竣工驗(yàn)收期，以襯砌質(zhì)量檢測(cè)車為主進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)； 進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后，進(jìn)行周期檢測(cè)和日常檢測(cè)； 對(duì)于存在風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)隧道，開展移動(dòng)與定點(diǎn)相結(jié)合的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。所有檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。

2.3.2 鐵路隧道周期檢測(cè)及日常譜系化裝備

鐵科院采用基于WEB的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)，研發(fā)了面向竣工驗(yàn)收期隧道的輪胎式襯砌質(zhì)量檢測(cè)裝備(見圖3)和面向運(yùn)營(yíng)期隧道的輪軌式襯砌質(zhì)量檢測(cè)裝備(見圖4)。輪胎式襯砌質(zhì)量檢測(cè)裝備可通過車載地質(zhì)雷達(dá)、表觀裂紋掃描等檢測(cè)手段，在竣工驗(yàn)收期檢測(cè)隧道襯砌和底部結(jié)構(gòu)存在的內(nèi)部空洞、不密實(shí)和襯砌表觀裂縫等信息。輪軌式襯砌質(zhì)量檢測(cè)裝備可通過車載地質(zhì)雷達(dá)等檢測(cè)手段，在運(yùn)營(yíng)期檢測(cè)隧道襯砌和底部結(jié)構(gòu)在列車循環(huán)振動(dòng)條件下疲勞損傷的演化過程等信息。

襯砌質(zhì)量檢測(cè)裝備采用車載地質(zhì)雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道襯砌狀態(tài)的檢測(cè)。地質(zhì)雷達(dá)法是一種以高頻或超高頻電磁波為信息載體，利用不同介電常數(shù)傳播介質(zhì)界面的電磁波反射特性和傳播速度變化規(guī)律，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)和定位的方法，具有快速、無損、連續(xù)探測(cè)和實(shí)時(shí)顯示的特點(diǎn)。

2.3.3 重點(diǎn)隧道監(jiān)測(cè)成套技術(shù)

針對(duì)重點(diǎn)隧道，鐵科院建立了涵蓋圍巖接觸壓力、錨索受力、錨桿受力等關(guān)鍵參數(shù)，地表位移、圍巖體內(nèi)位移及襯砌表面裂縫等關(guān)鍵指標(biāo)，水位水壓、有害氣體、粉塵、邊坡微變形等關(guān)鍵項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集體系，形成包括內(nèi)力、變形、環(huán)境監(jiān)測(cè)與視頻監(jiān)控4部分構(gòu)成的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)成套技術(shù)。

圖3 輪胎式隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)車

圖4 輪軌式隧道襯砌質(zhì)量檢測(cè)車

2.3.4 鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

以深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和云計(jì)算技術(shù)為支撐，采用定位技術(shù)和面向?qū)ο蟮年P(guān)系數(shù)據(jù)模型，針對(duì)海量、多源、異構(gòu)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究分布式存儲(chǔ)備份技術(shù)，建立多等級(jí)多角色用戶體系，設(shè)計(jì)高可用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，開發(fā)數(shù)據(jù)在線管理及圖表可視化等系統(tǒng)應(yīng)用，并為數(shù)據(jù)處理的高性能計(jì)算、人工智能識(shí)別分析需求提供平臺(tái)支撐，如圖5所示。

圖5 隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

3 運(yùn)營(yíng)鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估

3.1 現(xiàn)有評(píng)估原則和方法

鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估的原則有： 系統(tǒng)性原則、定性與定量相結(jié)合原則、獨(dú)立性原則、必要性原則、適用性原則、科學(xué)與可靠性原則。我國運(yùn)營(yíng)鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估的主要方法有： 可拓學(xué)方法、模糊物元理論、層次分析法、單一因素控制法等。我國運(yùn)營(yíng)鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估相關(guān)規(guī)定如下：

1)鐵運(yùn)函[2004]174號(hào)《鐵路運(yùn)營(yíng)隧道襯砌安全等級(jí)評(píng)定暫行規(guī)定》按照隧道襯砌缺陷與病害的嚴(yán)重程度，劃分為輕微、較嚴(yán)重、嚴(yán)重、極嚴(yán)重4個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

2)鐵運(yùn)[2010]38號(hào)《鐵路橋隧建筑物劣化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》要求工務(wù)部門每年對(duì)橋隧建筑物按項(xiàng)目進(jìn)行一次評(píng)估。隧道狀態(tài)評(píng)定按劣化程度劃分為A、B、C 3級(jí)，A級(jí)又分為AA和A1 2等。

3)鐵運(yùn)[2011]131號(hào)《高速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則(試行)》也將高鐵隧道按劣化程度劃分為A、B、C 3級(jí)，但較普速鐵路更嚴(yán)，提高了一個(gè)等級(jí)。

3.2 存在問題

通過對(duì)目前鐵路隧道劣化評(píng)定、狀態(tài)評(píng)定等相關(guān)問題以及城市軌道交通技術(shù)狀態(tài)評(píng)定等相關(guān)問題進(jìn)行廣泛調(diào)研，得出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范存在以下問題：

1)缺少拱墻襯砌混凝土厚度、強(qiáng)度和密實(shí)情況等評(píng)定內(nèi)容；

2)缺少隧底結(jié)構(gòu)劣化評(píng)定內(nèi)容；

3)缺少防護(hù)門、洞內(nèi)溝槽、通風(fēng)設(shè)施、照明設(shè)施、疏散救援指示和導(dǎo)向應(yīng)急標(biāo)示劣化評(píng)定內(nèi)容；

4)缺少隧道洞口設(shè)施劣化評(píng)定內(nèi)容；

5)缺少隧道洞口環(huán)境劣化評(píng)定內(nèi)容。

3.3 鐵路隧道劣化評(píng)定方法的優(yōu)化

近年來，隨著高速鐵路的快速發(fā)展，對(duì)隧道內(nèi)軌道的平順性要求大大提高。隧道整體道床裂損、仰拱或鋪底裂損、隧底不密實(shí)或吊空、仰拱及填充層厚度不足等病害嚴(yán)重影響了隧底結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，進(jìn)而影響了隧道內(nèi)軌道的平順性，給行車安全造成了較大負(fù)面影響。為適應(yīng)鐵路隧道快速發(fā)展的需要，完善和補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，在結(jié)合現(xiàn)有研究成果并征求大量專家意見的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有鐵路隧道橋隧建筑物劣化評(píng)定方法進(jìn)行了優(yōu)化，為鐵路隧道運(yùn)營(yíng)安全提供技術(shù)支撐。

3.3.1 隧道整體劣化等級(jí)劃分

本文通過比選常用的多因素、多源信息綜合評(píng)價(jià)方法的特征及其適應(yīng)性，研究隧道襯砌評(píng)價(jià)指標(biāo)的獲取方法，提出了運(yùn)營(yíng)鐵路隧道整體劣化等級(jí)劃分方法。隧道整體劣化程度分為A、B、C、D 4級(jí)，其中A級(jí)分為AA和A1共2級(jí)，見表1。

表1 鐵路隧道劣化等級(jí)劃分

注： 多種隧道劣化并存時(shí)，應(yīng)按劣化等級(jí)最嚴(yán)重的一項(xiàng)評(píng)定。

3.3.2 鐵路隧道拱墻結(jié)構(gòu)劣化評(píng)定

3.3.2.1 拱墻襯砌表觀型病害劣化評(píng)定方法

1)襯砌變形或移動(dòng)的等級(jí)評(píng)定方法是按襯砌變形、移動(dòng)、下沉等的發(fā)展速度來劃分的。量測(cè)襯砌變形或移動(dòng)的方法可采用投影式斷面測(cè)定儀或利用激光對(duì)隧道的橫斷面進(jìn)行測(cè)試；也可采用管式標(biāo)尺、帶尺延伸計(jì)、收斂計(jì)、帶式標(biāo)尺等儀器，對(duì)隧道的凈空位移進(jìn)行測(cè)定。在隧道凈空位移測(cè)定前，必須在隧道襯砌上安設(shè)標(biāo)志，設(shè)置測(cè)線。

2)襯砌開裂的等級(jí)評(píng)定，主要是根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度、寬度和深度來確定，還應(yīng)考慮裂縫的發(fā)展速度加以判斷。

3)對(duì)于壓潰劣化等級(jí)劃分是根據(jù)所在的部位(重點(diǎn)是拱部)、范圍、深度的大小。確定開裂的長(zhǎng)度和寬度、錯(cuò)臺(tái)深度等可用折尺、比尺等進(jìn)行，而測(cè)定裂縫的發(fā)展速度可采用裂縫計(jì)和各種應(yīng)變計(jì)，也可采用砂漿餅、油漆標(biāo)志等方法來測(cè)定。黏接帶應(yīng)采用尼龍或聚酯材料。

3.3.2.2 拱墻襯砌結(jié)構(gòu)型病害劣化評(píng)定方法

1)襯砌混凝土厚度可采用儀器探測(cè)和鉆孔取樣等方法進(jìn)行評(píng)定。

2)襯砌背后空洞或回填不密實(shí)，可采用儀器探測(cè)、敲擊聲檢和鉆孔取樣等方法進(jìn)行評(píng)定。

3)襯砌混凝土強(qiáng)度可采用回彈儀和取芯試驗(yàn)等方法進(jìn)行評(píng)定。

4)襯砌材料劣化可采用目測(cè)和儀器探測(cè)等方法進(jìn)行評(píng)定。

5)多種結(jié)構(gòu)型病害并存時(shí)，應(yīng)按劣化等級(jí)最嚴(yán)重的一項(xiàng)評(píng)定。

3.3.2.3 拱墻滲漏水病害劣化評(píng)定方法

1)漏水、涌水的評(píng)定方法可用肉眼觀察： ①檢查漏水的位置對(duì)列車運(yùn)行、洞內(nèi)設(shè)備功能的影響程度； ②檢查各漏水處的漏水狀態(tài)(可分為滲水、滴水、淌水、涌水4種)； ③線路上有無翻漿冒泥現(xiàn)象、鋼軌及扣件有無銹蝕現(xiàn)象、排水設(shè)備是否良好等。可用量具測(cè)滲漏水量，用道尺或軌檢車檢查軌道幾何形態(tài)。

2) 判定拱墻滲漏水對(duì)襯砌有無侵蝕作用的主要方法是對(duì)水進(jìn)行化學(xué)測(cè)試，測(cè)出水的 pH 值。

3)多種滲漏水病害并存時(shí)，按劣化等級(jí)最嚴(yán)重的一項(xiàng)評(píng)定。

3.3.3 鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)劣化評(píng)定

3.3.3.1 隧底病害劣化評(píng)定方法

1)底部結(jié)構(gòu)開裂的等級(jí)評(píng)定，主要是根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度和寬度來確定，還應(yīng)考慮裂縫的發(fā)展速度加以判斷。

2)底部結(jié)構(gòu)混凝土厚度可采用儀器探測(cè)和鉆孔取樣等方法進(jìn)行評(píng)定。

3)底部結(jié)構(gòu)空洞或回填不密實(shí)，可采用儀器探測(cè)、敲擊聲檢和鉆孔取樣等方法進(jìn)行評(píng)定。

4)多種結(jié)構(gòu)型病害并存時(shí)，應(yīng)按劣化等級(jí)最嚴(yán)重的一項(xiàng)評(píng)定。

3.3.3.2 隧底滲漏水病害劣化評(píng)定方法

1)涌水、涌砂的評(píng)定方法可用肉眼觀察： ①檢查涌水、涌砂的位置對(duì)列車運(yùn)行、洞內(nèi)設(shè)備功能的影響程度； ②檢查鋼軌及扣件有無銹蝕現(xiàn)象、排水設(shè)備是否良好以及碎石道床是否有翻漿冒泥現(xiàn)象等。可用量具測(cè)滲漏水量，用道尺或軌檢車檢查軌道幾何形態(tài)。

2) 判定隧底水體對(duì)道床有無侵蝕作用的主要方法是對(duì)水進(jìn)行化學(xué)測(cè)試，測(cè)出水的 pH值。

3)多種滲漏水病害并存時(shí)，按劣化等級(jí)最嚴(yán)重的一項(xiàng)評(píng)定。

3.3.4 鐵路隧道凍害劣化評(píng)定

1)在評(píng)定凍害對(duì)隧道功能影響程度時(shí)，主要是用肉眼觀察及量具測(cè)定。

2)多種凍害同時(shí)發(fā)育時(shí)，以最嚴(yán)重的一項(xiàng)為基準(zhǔn)。

3.3.5 鐵路隧道附屬結(jié)構(gòu)劣化評(píng)定

1)隧道防護(hù)門劣化評(píng)定方法： 主要采用目測(cè)、尺量和使用測(cè)力計(jì)。

2)隧道洞內(nèi)溝槽劣化評(píng)定方法： 主要采用目測(cè)和尺量。

3.3.6 鐵路隧道洞口病害劣化評(píng)定

1)隧道洞口防排水設(shè)施劣化評(píng)定主要采用設(shè)計(jì)資料查閱、現(xiàn)場(chǎng)普查等方法進(jìn)行。

2)隧道洞口漿砌片石結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)劣化評(píng)定可采用目測(cè)、回彈儀和混凝土碳化儀等方法或工具進(jìn)行。

3)洞口多種病害同時(shí)發(fā)育時(shí)，以最嚴(yán)重的一項(xiàng)為基準(zhǔn)。

4 運(yùn)營(yíng)鐵路隧道病害整治技術(shù)

4.1 襯砌滲漏水

在隧道穿越含水地層時(shí)，地層中的一些固有地下水通道被隧道截?cái)?，地層中的滲流場(chǎng)也相應(yīng)改變，隧道本身所擁有的空間就成了此處地下水匯集的良好場(chǎng)所，處于此種環(huán)境中的隧道極易出現(xiàn)滲漏水病害[13]。鐵路隧道襯砌滲漏水的整治方法如下。

1)鑿槽引排法。沿滲水裂縫處自上而下開鑿倒梯形引水槽，內(nèi)置入半圓形排水管并固定，防水砂漿填充管外槽體； 用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料封槽； 引排水流統(tǒng)一通過引排管進(jìn)入隧道內(nèi)側(cè)溝，排出洞外。該方法適用于既有隧道邊墻豎向施工縫、變形縫及其他豎向裂縫出現(xiàn)“淌水”等嚴(yán)重滲漏水病害的部位。

2)高壓灌注法。以高壓灌注機(jī)注入單組份油溶性聚氨酯灌漿材料至發(fā)現(xiàn)發(fā)泡劑從結(jié)構(gòu)表面滲出，如圖6所示。該方法適用于隧道拱頂、拱腰及邊墻滲漏水裂縫。

(a) 整治前

(b) 整治后

3)錨固灌注法。通過裂縫打磨、裂縫封閉、布設(shè)錨桿、灌注聚氨酯材料等工序進(jìn)行整治。該方法適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖，裂縫寬度在1～5 mm，且密度較小的混凝土裂縫。

4)鉆孔降壓法。通過降壓孔把隧道拱墻或隧底地下水的壓力釋放出來，達(dá)到降壓的效果，從而防止水壓過大造成隧道底板滲水或濕積。該方法適用于隧道內(nèi)底板滲水，尤其對(duì)高壓富水區(qū)隧道道床板滲水整治效果十分明顯。

4.2 襯砌裂損

襯砌裂損類型主要有變形、移動(dòng)和開裂。襯砌開裂又分為張裂、壓潰和錯(cuò)臺(tái)。

隧道襯砌裂損產(chǎn)生的原因是復(fù)雜的、多方面的，裂損發(fā)展形式不同，其產(chǎn)生的原因也不相同[14]。形變壓力作用、松動(dòng)壓力作用、地層沿隧道縱向分布及力學(xué)性態(tài)的不均勻作用、溫度和收縮應(yīng)力作用、圍巖膨脹性或凍脹性壓力作用、腐蝕性介質(zhì)作用、施工中人為因素、運(yùn)營(yíng)車輛的循環(huán)荷載作用等，均是隧道襯砌結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂損的原因[15]。

針對(duì)襯砌施工縫等受到溫度應(yīng)力等較小應(yīng)力作用導(dǎo)致開裂的普通干裂縫的整治方法主要是注膠粘合法，注膠材料一般選擇環(huán)氧類材料。主要施工工藝流程為： 襯砌表面清理—裂縫識(shí)別與標(biāo)記—裂縫表面打磨—裂縫寬度量測(cè)—裂縫封閉—注膠孔成孔及注膠咀安裝—注膠—取芯抽檢—裂縫涂裝。

4.3 襯砌掉塊

近年來，運(yùn)營(yíng)鐵路隧道發(fā)生過多起由于施工縫錯(cuò)臺(tái)、開裂、襯砌表面缺陷以及隧道滲漏水鑿槽修補(bǔ)方法不當(dāng)，造成修補(bǔ)部分混凝土、砂漿塊脫落掉塊，影響行車安全。

襯砌掉塊的整治方法有： 1)對(duì)襯砌裂縫周圍填充砂漿和浮漿進(jìn)行鑿除； 2)注漿或注環(huán)氧樹脂進(jìn)行嵌補(bǔ)； 3)對(duì)嚴(yán)重的襯砌裂紋進(jìn)行套襯處理； 4)襯砌小范圍掉塊，采用“聚合物改性水泥基修補(bǔ)砂漿+掛網(wǎng)修補(bǔ)+玻璃纖維布”綜合處理措施進(jìn)行處理； 5)襯砌較大范圍空洞掉塊，采用鑿除表層混凝土、重新施作二次襯砌的方法進(jìn)行整治； 6)采用壓漿的方法進(jìn)行整治，壓漿采用無收縮灌漿料； 7)“高強(qiáng)波紋板+錨桿”和“W鋼帶+鋼絲網(wǎng)+平鋼帶+錨桿”。

高強(qiáng)波紋板是將2.0～7.0 mm薄鋼板或鋁合金板板面壓成波紋(正弦形狀)，經(jīng)熱鍍鋅、絕緣處理后制成波紋板片，其抗彎剛度和抗壓強(qiáng)度較圓管大幅增加，具有較強(qiáng)的抗震能力，而且能適應(yīng)較大的沉降與變形。建成后與襯砌結(jié)構(gòu)形成一種組合結(jié)構(gòu)共同受力，改善了結(jié)構(gòu)的受力特性，如圖7所示。

圖7 “高強(qiáng)波紋板+錨固”技術(shù)

4.4 襯砌厚度不足及背后空洞

隧道襯砌厚度不足與背后空洞多為隧道施工時(shí)造成的，由施工單位管理水平和技術(shù)參差不齊，且有部分施工單位偷工減料或者不嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工導(dǎo)致的。襯砌厚度不足與背后空洞整治方法如下：

1)泡沫混凝土填充。 密度300～1 200 kg/m3，為普通混凝土的1/2～1/8，提高抗震性、抗裂性，如圖8所示。

圖8 泡沫混凝土原理

2)襯砌補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。襯砌鑿除—錨桿鉆孔—錨桿安裝—網(wǎng)片安裝—襯砌補(bǔ)強(qiáng)(噴混凝土)—模板架設(shè)—空洞填充，如圖9所示。

圖9 隧道襯砌補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

3)“錨桿+波紋板+背后空洞填充”技術(shù)，如圖10所示。

圖10 “錨桿+高強(qiáng)波紋板+空洞填充”技術(shù)

Fig. 10 Bolt + high strength corrugated plate + cavity filling technology

4.5 襯砌表面腐蝕

鐵路隧道襯砌腐蝕分為物理性腐蝕和化學(xué)性腐蝕2類。隧道襯砌腐蝕的主要影響因素有： 襯砌混凝土的質(zhì)量和水泥的品種、滲流到襯砌內(nèi)部的環(huán)境水含侵蝕性介質(zhì)的種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)、環(huán)境的溫度和濕度等自然條件。鐵路隧道襯砌腐蝕的整治方法如下：

1)加強(qiáng)襯砌外排水措施。將侵蝕性環(huán)境水排離隧道周圍，減少侵蝕性地下水與襯砌的接觸。在地下水豐富地區(qū)，用泄水導(dǎo)洞法將地下水引至泄水導(dǎo)洞內(nèi)，減少地下水對(duì)隧道主體的影響，一般泄水洞應(yīng)根據(jù)地下水的活動(dòng)規(guī)律和流向，設(shè)在主洞的上游，攔截住地下水。

2)使用與混凝土不產(chǎn)生化學(xué)作用的密實(shí)材料，在襯砌外表面形成隔離防水層。國內(nèi)常用的防水卷材有 EVA、ECB、PE、PVC等, 這些材料的耐酸堿性能穩(wěn)定，作為隔離防水層是較為理想的材料。

3)向襯砌背后壓注防蝕漿液(這種方法只適用于一般隧道)。常用的材料有陽離乳化瀝青、瀝青水泥漿液等瀝青類的乳液，高抗硫酸鹽、抗硫酸鹽水泥類漿液。在襯砌表面涂抹水泥防蝕涂料，常用的有陽離子乳化瀝青乳膠涂料、編織乙烯共聚涂料，近幾年又出現(xiàn)了焦油聚氨酯涂料、防水涂料等材料。

4.6 襯砌凍害

襯砌凍害的成因有寒冷氣溫的作用、季節(jié)凍結(jié)圈的形成，以及圍巖巖性、隧道設(shè)計(jì)和施工等其他影響因素。襯砌凍害整治方法如下：

1)上部襯砌掛冰電伴熱整治技術(shù)。針對(duì)高寒地區(qū)隧道上部襯砌掛冰問題，可采用電伴熱半管排水技術(shù)。電伴熱半管集排水、保溫為一體，可解決隧道上部襯砌掛冰問題，降低冬季隧道打冰工作量。

2)水溝結(jié)冰“電伴熱面板+水溝保溫”整治技術(shù)。針對(duì)高寒地區(qū)隧道水溝結(jié)冰問題，可采用“電伴熱面板加熱+水溝保溫”的綜合整治技術(shù)，電伴熱面板發(fā)熱效率高，安全可靠，安裝方便，水溝保溫通過鋪設(shè)聚氨酯保溫材料及新型保溫橡膠水溝蓋板來實(shí)現(xiàn)，可解決水溝冰害問題。

3)襯砌凍脹噴射聚氨酯保溫整治技術(shù)。針對(duì)高寒地區(qū)隧道襯砌凍脹破壞問題，可采用襯砌表面噴射聚氨酯保溫技術(shù)，其施工工藝簡(jiǎn)單可行，保溫效果明顯。

4.7 隧底下沉和翻漿冒泥

隧底結(jié)構(gòu)層狀剝離、地下水的存在及大軸重列車重復(fù)作用是產(chǎn)生隧底下沉及翻漿冒泥病害的主要原因。在列車動(dòng)荷載長(zhǎng)期頻繁反復(fù)沖擊下，加之地下水的存在，形成隧底分層拍打及水力沖刷效應(yīng)，隧底軟弱夾層中的細(xì)顆粒被地下水沖走，出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致隧道底部結(jié)構(gòu)脫空，形成簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，素混凝土底板開裂破損，導(dǎo)致隧底下沉與翻漿冒泥，影響鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。該病害整治技術(shù)如下：

1)“錨注一體化”整治技術(shù)。針對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路(普通、客貨及重載)隧道底部結(jié)構(gòu)下沉、隧底翻漿冒泥等病害，結(jié)合既有鐵路隧道天窗時(shí)間短、操作空間有限、施工環(huán)境惡劣、限速條件苛刻等限制條件，采用快速高效、不影響行車的隧道底部病害“隧底結(jié)構(gòu)錨注一體化”通用強(qiáng)化技術(shù)[6-8]。

2)整體道床抬升整治技術(shù)。針對(duì)隧道底部下沉現(xiàn)狀，在結(jié)構(gòu)受力及邊界條件分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出“隧底抬升+隧底注膠”技術(shù)，輔助整體道床表面裂縫修補(bǔ)的綜合整治方案，如圖11所示。

圖11 整體道床病現(xiàn)場(chǎng)抬升

3)“輕型井點(diǎn)降水+注漿”復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)。針對(duì)隧道底部翻漿冒泥，采用“輕型井點(diǎn)降水+注漿”復(fù)合式強(qiáng)化技術(shù)。輕型井點(diǎn)降水能降低地下水位，保持隧底干燥，同時(shí)注漿能填充隧底空隙，提高隧底的完整性，能有效提高隧底承載能力。通過有針對(duì)性的降水及注漿復(fù)合式整治，能長(zhǎng)期并有效控制病害發(fā)展。

4.8 隧底上拱

隧道穿越軟弱圍巖及地質(zhì)條件差的高地應(yīng)力區(qū)時(shí)，時(shí)常發(fā)生隧道拱頂坍塌、圍巖大變形及底部結(jié)構(gòu)鼓裂等病害。隧道上拱(底板隆起)指洞室開挖后由于應(yīng)力調(diào)整或地下水的沖蝕作用，導(dǎo)致底板變形并向上隆起的現(xiàn)象。

由于隧道所處的圍巖性質(zhì)、地質(zhì)條件以及應(yīng)力狀態(tài)的差異，底部結(jié)構(gòu)上拱的方式和機(jī)制也不相同。隧道底部結(jié)構(gòu)隆起變形機(jī)制主要分為2類： 塑性剪切膨脹引起的底部結(jié)構(gòu)上拱；底部圍巖含有膨脹性黏土礦物，由于巖石含水率的增加，底部圍巖發(fā)生膨脹變形導(dǎo)致底部結(jié)構(gòu)上拱。依據(jù)隧底上拱的破壞力學(xué)特征分類，一般可分為4種基本類型： 擠壓流動(dòng)型隧底上拱、遇水膨脹型隧底上拱、撓曲褶皺型隧底上拱和剪切錯(cuò)動(dòng)型隧底上拱。

針對(duì)隧道道床或仰拱及填充層已發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性破壞、隧底強(qiáng)度整體不足、修復(fù)難度較大的隧底上拱病害，在維修天窗內(nèi)施工完成后不影響列車正常通行條件下，一般可采用“縱橫梁架空線路+隧底開挖與澆筑+回填道砟(有砟軌道)或新做承軌塊(無砟軌道)”的方案進(jìn)行隧底病害整治，簡(jiǎn)稱隧道換底整治技術(shù)[9]，如圖12所示。

圖12 隧道換底整治技術(shù)

5 結(jié)論

1)通過對(duì)鐵路隧道病害進(jìn)行普查和調(diào)研，對(duì)運(yùn)營(yíng)期鐵路隧道病害進(jìn)行了梳理。在鐵路隧道運(yùn)營(yíng)過程中，部分線路隧道出現(xiàn)了不同類型的病害，其原因涉及到環(huán)境、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、原材料及部件質(zhì)量等多個(gè)方面。各種類型病害對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、耐久性、線路平順度甚至運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生了不同程度影響。

2)建立由驗(yàn)收檢測(cè)、周期檢測(cè)、日常檢測(cè)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)構(gòu)成的運(yùn)營(yíng)鐵路隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)體系。對(duì)于全部隧道，在竣工驗(yàn)收期，以襯砌質(zhì)量檢測(cè)車為主進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)； 進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期后，進(jìn)行周期檢測(cè)和日常檢測(cè)； 對(duì)于存在風(fēng)險(xiǎn)的隧道，開展移動(dòng)與定點(diǎn)相結(jié)合的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。所有檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于隧道檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。隧道服役能力智能評(píng)判系統(tǒng)可基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提供輔助決策和預(yù)警服務(wù)。該體系覆蓋隧道狀態(tài)的全部檢測(cè)項(xiàng)目、全生命周期，可及時(shí)掌握運(yùn)營(yíng)鐵路隧道的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。

3)開展運(yùn)營(yíng)鐵路隧道狀態(tài)評(píng)估方法研究，實(shí)現(xiàn)了隧道建筑物劣化狀態(tài)的快速評(píng)定。對(duì)鐵路隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行劣化類型、劣化狀態(tài)、劣化等級(jí)程度、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等方面的研究，通過室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等方法確定了隧道建筑物劣化類型、劣化狀態(tài)、劣化等級(jí)程度等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，修訂了適用于現(xiàn)代鐵路隧道信息化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)維修發(fā)展要求的劣化狀態(tài)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，更準(zhǔn)確及時(shí)地為鐵路隧道結(jié)構(gòu)病害的整治提供技術(shù)依據(jù)，提高了鐵路養(yǎng)護(hù)維修運(yùn)營(yíng)效率。

4)總結(jié)出一套適用于運(yùn)營(yíng)鐵路隧道的病害整治技術(shù)體系。通過對(duì)鐵路隧道病害類型的歸納和原因分析，總結(jié)出針對(duì)鐵路隧道襯砌滲漏水、接縫掉塊、襯砌裂縫、空洞與厚度不足、襯砌凍害、隧底結(jié)構(gòu)裂損、隧底結(jié)構(gòu)下沉、翻漿冒泥、洞門裂損與洞門病害、偏壓等各類型病害特點(diǎn)且適用于鐵路隧道條件的整治方法和技術(shù)。