公路隧道衬砌背后空洞成因及规律研究

衬砌背后空洞是常见的公路隧道质量缺陷之一。衬砌背后空洞不但会恶化支护与围岩间的相互作用关系,还会给隧道结构带来巨大的安全隐患,是导致隧道衬砌结构产生病害主要原因。本文首先从设计、施工和养护3个方面系统地分析了衬砌背后空洞产生的主要原因,然后结合宁波地区11座公路隧道的无损检测数据对公路隧道衬砌背后空洞的变换规律进行了深入研究,研究成果可为国内外相关工程提供借鉴。     

隧道衬砌背后空洞破坏机理及防治措施研究

结合中国隧道的病害特点,阐述了导致衬砌背后空洞的主要原因及其危害;用解析法分析了空洞对衬砌结构的破坏机理;根据空洞病害破坏特征及其相应的研究成果,探讨了空洞风险评估分级方法,并提出了相应的整治措施。     

隧道衬砌混凝土施工常见病害的防治探讨

了解决隧道衬砌混凝土背后空洞、渗水及裂缝病害,综合国内各种同类文献和隧道施工及补修技术,并在此基础上,在合福铁路客专闽赣V标段的南岸村隧道、吴源隧道、芦岭隧道、葫芦山一号隧道及蔡墩二号隧道,从源头上探讨分析了其产生的原因和危害,采取并发展相关理念和技术措施,有针对性地提出衬砌防水板和初期支护间空洞的治理措施(这是一个创新),消除了隧道衬砌背后空洞、渗水及裂缝病害隐患。     

公路隧道衬砌背后空洞对围岩压力分布影响的研究

地质雷达检测结果表明,衬砌背后存在空洞是隧道施工质量典型缺陷之一,在缺陷段衬砌易出现开裂。尽管实际施工中对空洞进行了注浆处治,但仍常常发现衬砌裂损病害。在隧道安全评估计算中,当采用荷载结构法时,计算模型仅仅只对空洞处不施加荷载及约束条件,其它条件与没有空洞缺陷部位相同,这种计算结果与现场病害出现部位不符。介绍以数值试验为主要手段,通过地层结构法对不同部位及宽度的空洞衬砌进行分析,以期找出衬砌背后空洞对围岩压力分布影响的规律,对以往荷栽结构计算模型进行修正,为隧道衬砌结构病害评估、处治及养护措施提供理论依据。     

围岩空洞对公路隧道渗流力学特征的影响分析

以雅安至西昌高速公路土山岗2号隧道工程为依托，基于流-固耦合作用机理，运用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟分析，探究了二次衬砌背后不同位置出现空洞情况对二次衬砌应力场、二次衬砌背后孔隙水压力以及围岩渗流场的影响规律。研究结果表明:隧道衬砌背后存在空洞时，渗流场不均匀分布，围岩孔隙水压力较无空洞状态明显减小，折减幅度与空洞位置无关。空洞处的二次衬砌主应力增大，当空洞位于隧道拱顶、拱脚位置，增加幅度最大。其衬砌结构的最大主应力位置从仰拱内侧转移到了空洞位置处。衬砌结构的最小主应力均出现在隧道拱脚内侧，未受空洞位置影响。     

衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究

在隧道的建设过程中,因地质条件、施工等因素的影响在衬砌背后留有空洞的现象是比较普遍的,为了研究这种隧道病害对衬砌结构承载力造成的影响大小及对不同病害工况条件下衬砌结构受力破坏特征,通过对重庆某高速公路隧道典型断面因施工或环境原因造成二衬背后空洞的结构缺陷．睛况,在室内采用几何比为1：25的大比例模型试验,全面研究结构在不同围岩条件下、不同空洞位置以及不同地应力场（塑性地压、偏压及围岩松弛的垂直地压）作用下,隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小。同时采用相同的补强形式加固隧道结构,再进行破坏试验,最终得出空洞对结构承载力的影响是明显的,相同条件下,围岩类别越高,其承载能力越大,空洞对水平应力敏感,在水平应力为主应力时,拱顶空洞的影响大于拱腰空洞的影响;竖直应力作用为主的地应力场,产生病害时对应的竖直荷载高低排序为：无缺陷时最高,中等空洞最低。     

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。     

衬砌背后空洞对连拱隧道结构受力和破坏的影响研究

为研究衬砌背后空洞而诱发的连拱隧道结构破坏机制及解决维修整治难题，以衬砌背后存在空洞时的连拱隧道为研究对象，通过相似模型试验和有限元数值模拟，研究空洞位置及尺寸变化时连拱隧道围岩压力分布、结构安全状态及破坏演化规律。结果表明： 1）因为衬砌背后空洞的存在，连拱隧道内侧拱肩的土压力大于外侧拱肩，雁形区承受较大的围岩荷载； 2）空洞位置发生变化时，空洞同侧隧道拱顶、拱腰裂缝的形态及传播规律差距显著，空洞对侧隧道以及连拱隧道底部的影响相对较小； 3）当空洞位于中墙顶部时，拱顶安全系数比空洞位于其他位置时更小，而裂缝尺寸更大，且拱顶裂缝最早出现； 4）随左洞拱顶空洞尺寸的增加，中墙与右洞拱部交接处越容易产生裂缝，连拱隧道破坏程度越严重，空洞角度比空洞深度对连拱隧道结构破坏影响更明显，空洞角度的增加使得空洞区域内、空洞左侧边缘及左拱脚的裂缝更早出现。研究揭示了空洞位置及尺寸变化时的连拱隧道裂缝分布规律及扩展过程，建议对连拱隧道衬砌背后形成大尺寸的空洞及时进行注浆充填。     

条石衬砌公路隧道病害检测及安全性评估

采用地质雷达对白岭窟隧道条石衬砌壁后空洞病害进行了检测,基本探明了该隧道壁后空洞的分布形态和分布规律。根据病害检测结果,开展了不同空洞组合、不同围岩特性、特定位置不同外水压力、不同衬砌厚度等条件下衬砌的内力有限元分析,并对衬砌结构进行了整体抗拉(压)强度检算、偏心距检算以及条石衬砌灰缝局部抗拉和抗剪验算,继而对隧道的整体安全性进行了评估。     

黄土岭隧道病害成因分析及处治设计

运营多年的公路隧道常见病害主要有隧道衬砌渗漏水、衬砌开裂、衬砌厚度不足与背后空洞、限界受侵、隧道冻害等，产生这些问题的原因是多方面的，如地质原因、施工原因等。针对黄土岭公路隧道病害整治工程，介绍了病害检测方法、成因分析以及整治方案，旨在为类似隧道病害整治工程提供借鉴。     

马富隧道病害整治技术措施

文章通过对马富隧道病害整治技术措施分析,介绍了衬砌强度不足、仰拱回填不密实、衬砌背后空洞的成因及整治方案,为类似的隧道病害整治提供借鉴。     

局部空洞(局部荷载)作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

基于对国内外已建连拱隧道的病害调查分析,隧道衬砌裂缝多为局部空洞引起。因此,针对局部空洞现象,利用大型通用有限元软件ANSYS进行计算,重点对衬砌裂缝的形成和发展进行分析,得出不同部位出现空洞时,其裂缝发生部位和衬砌结构最不利的结构受力情况,可为连拱隧道设计、施工及维修管理提供参考。     

砌石衬砌背后双空洞对隧道结构安全性影响

为深入研究砌石隧道衬砌背后不同规模空洞的存在对隧道结构安全性及力学特性的影响规律,保障隧道运营的安全性,针对砌石隧道衬砌背后双空洞分布空间和规模进行安全性影响分析。基于成渝线某砌石隧道的现场检测结果,统计分析砌石衬砌背后空洞深度和宽度分布特征,获得相适应的正态分布规律以及概率性分布区间,利用ANSYS有限元软件建立平面应变模型,对衬砌结构整体应力、典型截面的结构安全系数及灰缝截面的抗拉抗剪验算进行研究,揭示不同规模空洞病害下衬砌结构安全性的变化规律。研究结果表明:拱顶及拱腰双空洞和左右拱腰双空洞出现频率最高,且砌石衬砌背后空洞分布的宽度及深度特征呈现正态分布;衬砌空洞深度近似服从N(24.88,6.67)正态分布,空洞深度主要为20~30 cm;衬砌空洞宽度近似服从N(1.39,0.46)正态分布,空洞宽度大多分布于1.0~2.0 m之间;两空洞间衬砌截面安全系数低于其他截面,需作为砌石衬砌安全性评价及空洞病害整治的重点;左右拱腰双空洞比拱腰及拱顶双空洞对衬砌结构安全性危害更大;空洞宽度2.0 m是影响砌石隧道结构安全性的临界空洞宽度,建议将空洞宽度控制在2.0 m以内。     

云南山区国省干线运营公路隧道衬砌病害状况分析

基于云南山区100余座国省干线运营公路隧道服役状况检测数据,统计了隧道衬砌裂缝、衬砌背后空洞和衬砌渗漏水等病害特征,得到了各典型病害的主要存在形式、存在部位及其分布规律,分析了各典型病害主要成因。结果表明:衬砌裂缝以环向裂缝为主,边墙及墙脚处裂缝居多,裂缝多集中在宽度小、长度短的区间。衬砌背后空洞以拱顶和拱腰处为主,多集中在长度14m以内、横向宽度10cm～50cm范围。围岩越好,发生衬砌背后空洞的概率越大。渗漏水类型以浸渗为主,渗漏水多集中在边墙处。所得结论可为云南省公路隧道维修加固、病害防治和设计、施工优化提供参考及数据样本。     

隧道衬砌空洞积水模型试验研究

文中通过模拟隧道衬砌空洞积水病害，使用探地雷达对其进行探测，得出雷达原始图像；利用软件分析原始图像得出积水高度，并与实际积水高度进行比较。通过试验得出利用探地雷达定量分析衬砌空洞积水高度是可行的结论。     

海底隧道施工缺陷对衬砌安全性影响研究

根据厦门翔安海底隧道的施工缺陷记录,分析了施工缺陷对衬砌安全性可能造成的影响。采用三维非线性有限单元法,对海底隧道衬砌背后空洞及衬砌厚度不足两种病害进行了数值模拟分析。研究结果表明,不同位置及程度的衬砌背后空洞均会对衬砌整体安全造成影响,拱顶背后空洞不会改变裂缝分布位置,拱腰背后空洞会使衬砌裂缝分布位置发生变化并产生新的裂缝。不同位置及程度的衬砌厚度不足,均只对衬砌厚度不足截面附近位置结构安全产生较大影响;拱顶衬砌厚度不足将会导致拱顶及拱腰产生裂缝,拱腰及边墙衬砌厚度不足不会使衬砌出现新的裂缝。     

黄土岭隧道病害成因分析及处治设计

运营多年的公路隧道常见病害主要有隧道衬砌渗漏水、衬砌开裂、衬砌厚度不足与背后空洞、限界受侵、隧道冻害等,产生这些问题的原因是多方面的,如地质原因、施工原因等。针对黄土岭公路隧道病害整治工程,介绍了病害检测方法、成因分析,以及整治方案。     

黄土岭隧道病害成因分析及处置设计

运营多年的公路隧道常见病害主要有隧道衬砌渗漏水、衬砌开裂、衬砌厚度不足与背后空洞、限界受侵、隧道冻害等,产生这些问题的原因是多方面的,如地质原因、施工原因等。本文针对黄土岭公路隧道病害整治工程,介绍了病害检测方法、成因分析、以及整治方案,旨在为类似隧道病害整治工程提供借鉴。     

隧道健康判据试验研究

针对目前隧道健康诊断指标判据不统一的状况,采用室内相似模型试验,结合实际工程实例,对隧道支护结构衬砌减薄、衬砌背后存在不同尺寸空洞状态下围岩与支护结构的破坏规律以及围岩的极限承载能力进行研究。结果表明:隧道拱顶衬砌厚度和支护结构背后空洞深度对应的结构承载力曲线分别呈S型和反S型,根据速率变化可以将曲线划分为承载能力缓慢退化阶段、快速退化阶段和退化完成阶段,分别对应隧道的亚健康、病变和病危3个健康阶段;所给出的隧道衬砌厚度不足和背后空洞的单项指标健康判据是可靠的。     

高速公路现役营运隧道渗漏水病害整治措施

隧道渗漏水是目前高等级公路中普遍存在的病害,这种病害往往与拱部二次衬砌背后空洞、衬砌施工质量、衬砌背后围岩破碎等问题密切相关。结合贵州境镇宁-胜境关槽菁头特长公路隧道渗漏水病害整治工程,对不同形态的渗漏水病害提出了治理措施,介绍了各施工工艺流程。通过整治,根除了槽菁头隧道渗漏水病害,取得良好的经济效果和社会效益。