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1、2018/11/3,1,铁路隧道的维修管理技术讲座,讲授人 关宝树,2018/11/3,2,本讲座主要结合既有铁路提速和新建客运专线，介绍隧道工程所面临的维修管理问题。内容包括：一 维修管理的重要意义为什么进行维修管理？二 隧道工程的技术特性三 维修管理的基本原则如何进行维修管理？四 客运专线隧道工程的特点五 提速对隧道工程的影响六 隧道变异现象及分类七 隧道变异的判定基准八 隧道变异检测技术九 变异对策设计十 维修管理技术的发展,2018/11/3,3,一、维修管理的重要意义,为什么要进行维修管理？,2018/11/3,4,我们从3个方面来谈。一、结构物建成后就具有了设计规定的性能如何维持和
2、发挥隧道结构物的性能？二、任何结构物都有一个设计使用年限如何确保结构物能够在规定的使用期间内完成其使命？三、铁路客运运输的基本要求是安全、准时、快速、舒适如何实现这个要求？,2018/11/3,5,一、结构物的基本性能,安全性能 承载性能其他安全性能使用性能 有关使用性的性能有关功能性的性能对第三者影响的性能美观景观耐久性能 与安全性有关的与使用性有关的与对第三者影响有关的与美观景观有关的,2018/11/3,6,承载性能：包括结构物的强度、刚度以及防火等性能在内；在过去的结构物设计中，我们主要是采取“强度”设计方法。确保结构物在运营期间，强度是充分的。包括在发生设计考虑范围的地震条件下也是安
3、全的。使用性能：包括结构物的变形、防水等性能。要求结构物的变形不能侵入隧道建筑限界之内，要求结构物具有1级防水的性能等。,2018/11/3,7,对第三者影响的性能：前面所说的承载性能和使用性能是我们主要考虑的性能要求。但最近几年，又开始考虑结构物一旦发生灾害对第三者影响的问题，如混凝土衬砌掉块，会造成人员的伤亡和行驶列车的损伤等；美观和景观：也作为结构物的性能要求。耐久性：一个结构物都有一个使用年限，因此结构物必须具有能够满足规定的使用年限的性能，其中包括承载性能、使用性能等。,2018/11/3,8,从结构物要求的性能出发，在隧道工程设计领域中，一个重要的发展，就是把耐久性设计的基本概念，
4、引进到隧道结构物的设计中。简单地说，耐久性设计就是不仅考虑结构的安全性、使用性，也要考虑结构的可维修性的设计。也是一种反映结构物全寿命周期的设计。,2018/11/3,9,二、结构物使用期间和耐用期间,结构物是作为社会资本来修建的。因此，种类，规模，重要度，使用期间不同的结构物，因耐久性产生的社会影响也是不同的。结构物的耐用期间一般分为13级，分别为100年，65年和30年。通常的构件混凝土结构物，一般取65年，要求耐久性高的结构物，可取1.5倍的100年。要求耐久性高的结构物有如下的例子。,2018/11/3,10,根据社会条件，要求高耐久性的结构物有：有纪念意义的结构物收藏重要物品的结构物
5、劣化，损毁对人命可能有重大危险的结构物等。根据经济条件，要求高耐久性的结构物有：劣化，损毁时如修理，更换在经济上有重大损失的结构物延长结构物的法定耐用年数，在经济上有利的结构物等。应该说隧道结构是属于要求耐久性高的结构物之一，因此隧道结构物通常条件下，都是按100年的耐用期间进行设计的，,2018/11/3,11,图4耐用期间和使用期间的基本概念,2018/11/3,12,根据结构物的种类设定设计耐用期间的大致标准见表2表2 设计耐用期间的大致标准,2018/11/3,13,我国铁路混凝土结构的设计使用年限一般可按表3进行分级。 表3 设计使用年限,2018/11/3,14,设计耐用期间与维修
6、管理,设计耐用期间也要根据维修管理的水平设定。此维修管理水平视是否进行定期检查，必要时是否进行补修、补强等而定。如以补修、补强为前提时，与使用期间比较，设计耐用期间可设定短一些。例如，日本在“建筑工程标准规格钢筋混凝土结构”（1997年）规定，视结构物或构件的计划使用期间，如表3所示，同时根据耐久性的要求规定了混凝土最低的设计基准强度（表4）。表3的设计基准强度是根据保护层厚度40mm、钢筋腐蚀概率3%的条件规定的。,2018/11/3,15,表3 耐用期间与维修管理水平,2018/11/3,16,工程结构一般都是可维修的，只不过有的易于维修，有的难于维修而已。隧道是属于难于维修的一类。它的可
7、维修性是比较差的。因此，在隧道结构物中建立“少维修”的概念是非常重要的。,2018/11/3,17,在合适的设计、施工和维修管理条件下，隧道结构物会具有良好的承载性、耐久性和满足耐久性要求的使用寿命。但如设计、施工不当或对某些潜在的因素考虑不周，或维修管理不善，就会出现劣化现象或加速劣化的发展，而造成结构物耐久性的降低或使用寿命的缩短。维修管理的目的就是保证隧道良好的运营条件和结构物的使用功能，不断地延长结构物的使用寿命。世界各国对此异常重视。,2018/11/3,18,图5 结构物寿命与维修管理的关系概念,2018/11/3,19,因此，在设计中必须把这种概念考虑进去。这种设计概念，就是结构
8、物在设计基准期内，受到劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣化状态控制在容许水准以内为目标。同时，根据经济性，来设定材料规格、设计基准和施工工艺，并决定相应的维修管理基准。 这种设计概念就是耐久性设计的基本概念。,2018/11/3,20, 我国铁路隧道已经进入高维修管理时期。 加强铁路隧道的维修管理、提高维修管理的技术水平，就显得格外重要。,2018/11/3,21,最近 日本一些有识之士提出“2020年的警钟”，即 “日本将从土建大国变成修缮大国”。2020年的结构物维护费和改建费，仅建设省就超过2兆亿（日元）是今天的3倍，维护费用将成为国家财政的巨大负担。我国铁路隧道的修建已有近100
9、年的历史，许多隧道都已经进入高维修管理的阶段，维修管理费将大幅度地增长，问题是不容忽视的。公路隧道正进入建设的高潮期，应该从一开始就重视引入“少维修”的概念，使结构物具有符合要求的耐久性。,2018/11/3,22,存在的问题,我国近5000km的铁路、公路隧道基本上是采用矿山法修筑的，目前在维修管理方面存在的主要问题有以下几点： 1还没有真正地把维修管理的理论和方法，运用到隧道的维修管理中，在这方面与一些国家的差距，十分明显；也就是说，在维修管理中要建立一个新的概念，即结构物在设计基准期内，受到劣化外力作用（环境条件的变化等），而把劣化状态控制在容许水准以内为目标。同时，根据经济性，来设定材
10、料规格、设计基准和施工工艺，并决定相应的维修管理基准的概念。,2018/11/3,23,2缺乏早期发现变异现象的检查和检测方法，特别是铁路隧道由于洞内的运营条件差（潮湿、阴暗等），很难早期发现变异的前兆和变异现象。因此在日常检查中，充实、改进和完善检查和检测方法，是当务之急； 3对既有隧道功能状态的判定和评价方法有待提高；,2018/11/3,24,4改变传统观念，树立新观念 目前，已经有近百年历史的铁路隧道已经进入“高维修”管理期。为了延长或提高隧道的使用期间，必须改变“重工程、轻维护”、“重治理、轻检查”、“重晚期、忽视早期”等等观念，建立“预防为主、早期发现、及时维护、对症下药”的基本观
11、念。造成这种现象的原因是多方面的，有体制上的，有经济上的，也有技术上的。,2018/11/3,25,5铁路隧道变异的整治方法落后。不仅与国外隧道工程的变异整治方法比，就是与国内的其他工程的整治方法比也是落后的。这当然与隧道工程自身的特点有关，但缺少对整治方法、材料及工艺的系统研究和整理也有极大关系。将一些成熟的、有效的和先进的整治方法模式化是十分必要的。,2018/11/3,26,二 隧道工程的技术特性,认识隧道工程的技术特性，是建立良好维修管理体制的前提。作为维修管理人员首先要清楚地认识到这一点。从维修管理角度出发，我们要求的隧道技术特性有3点：1、隐蔽性2、安全性；3、使用性；4、恢复性（
12、可维修性）。,2018/11/3,27,1、隐蔽性,地下结构与其他结构最大的不同就是它的隐蔽性。隐蔽性使我们无法迅速地发现结构物的变异，一般说变异多出现在外观上，但造成变异的原因要从结构物内部和其背后的状态去分析和判断，不仅增加了检测的难度，也降低了判断和分析隧道结构物变异状态和原因的难度。,2018/11/3,28,安全性、使用性和复旧性也是隧道工程的重要技术特性。从运营表角度出发，这3种特性的内容如下表所示。（表）铁路隧道如何满足上表所列的性能要求，则是维修管理的重要任务。,2018/11/3,29,表1 铁路隧道的要求性能和性能项目,2018/11/3,30,三、如何进行维修管理？,如何
13、进行维修管理？，各国都根据自身的国情和技术发展的情况，有所不同。这里我们借鉴日本高速铁路隧道的经验并结合我国的国情加以说明。,2018/11/3,31,一 维修管理的基本原则,隧道结构物必须进行维修管理。铁路隧道的维修管理的基本原则是：1、预防为主2、早期发现3、及早治理4、对症下药,2018/11/3,32,1、预防为主,预防维修管理是最好的维修管理方法。也就是说在变异发现之前进行详细的检查，并采取不让变异发生的必要对策是最经济的维修管理方法。因此，建立一个完善的检查体系是十分重要的。,2018/11/3,33,2、早期发现,隧道变异的发生一般都是有前兆的，早期发现这些前兆，并做出正确的判定
14、，及时处理可能发生的变异是当前各国进行隧道维修管理的基本前提。这一点对我们更具有重要的意义。早期发现正确诊断推定变异发生原因应该成为我们进行维修管理的重要内容。,2018/11/3,34,3、及早维护,拖延处理发生的变异，只会使变异继续发展，最后可能导致隧道各种事故的发生。实践指出：出现了变异，并不可怕，怕的是不能及时处理。及时处理会收到“事半功倍”的效果。隧道是修筑在地下的线状结构物，围岩动态及环境条件是十分复杂的。因此，即使进行了详细地调查，有时也很难充分掌握隧道的变异状态。在变异有发展性的情况，在变异发生的初期阶段，只要采取一些轻微的措施就可解决问题。但如在发展过程中，就必须采取强有力的
15、措施了。,2018/11/3,35,4、对症下药,隧道发生变异，就和人生病一样。因此，有人把隧道的维修管理认为是“隧道临床医学”。“对症下药”就是临床医学的重要原则。隧道的变异是各种各样的，整治的方法也是各种各样的。因此，必须了解变异和各种整治对策的相互对应关系，以期获得最好的治理效果。,2018/11/3,36,维修管理的方法和步骤,维修管理：在结构物使用期间维持结构物在要求性能水准以上的全部技术行为。这里所谓的全部技术行为指： 检查变异推定预测评价与判定对策等,2018/11/3,37,第1步检查,（1）为了早期发现变异、损伤、初期缺陷，确实掌握结构物的性能，维持在要求水准以上，应采用适当
16、方法进行检查。发现初期缺陷、损伤的场合应立即进行处理。 （2）检查应按结构物的维修管理级别规定的检查方法、试验方法、频率等实施。 （3）检查有初期检查、初期检查以后的检查（日常检查、定期检查、详细检查、临时检查），应根据结构物的重要度及变异预测进行合适的检查。,2018/11/3,38,第2步、变异机理的分类和推定,（1）变异现象应根据变异机理进行适当的分类。 （2）变异因素分为环境条件和使用条件等外部因素和设计条件及施工条件等内部因素，应适当的选定。 （3）根据变异现象和变异因素，应适当地推定结构物的变异机理。 （4）因复数变异机理产生复数变异的场合，应考虑各自的单一的变异机理，采用复合的变异模式进行研究。,2018/11/3,39,第3步、变异预测,（1）为了进行结构物的维修管理，应对结构物的部位构件进行适当的变异预测。 （2）应掌握结构物各部位构件的性能和变异的关系，明确各种变异对各种性能有怎样的影响。 （3）变异预测应对变异机理和变异因素进行分类，推定相关的变异机理，采用适当的模式进行变异预测。 （4）变异预测的精度，应根据变异模式的精度、结构物的部位构件或结构物的重要度等决定。,
