隧道石膏质岩危害及对策研究

以宜巴高速路凉水井隧道出露的石膏质围岩为研究对象,在开展的研究石膏质岩膨胀特性、溶蚀及溶出特性、强度特性、对混凝土劣化特性的试验基础上,结合工程实际总结石膏质岩对隧道建设可能产生的危害,并提出了相应对策。研究结果表明:石膏质岩强度较低,属软岩。遇水水化膨胀,挤压衬砌结构,影响混凝土结构的耐久性。遇水易软化,软化后强度降低,变形增大,使隧道围岩稳定性降低。易溶蚀,溶蚀后结构遭到破坏,围岩稳定性降低,溶蚀后溶出大量硫酸根离子于环境水中,长期从外部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩误作为混凝土骨料,从内部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩的不良工程特性将对隧道建设产生诸多不利影响,隧道建设中应采取相应的防治措施。     

石膏质岩膨胀特性的试验研究

石膏质岩分布广泛,其膨胀特性对公路隧道支护结构的设计影响巨大。为了研究石膏质岩的膨胀特性,以宜巴高速公路凉水井隧道区出露的石膏质岩为研究对象,通过硬石膏岩粉末进行模拟研究,分别开展了自由膨胀率、膨胀率及膨胀力试验,在此基础上分析了石膏质岩膨胀特性的影响因素。     

石膏质岩区隧道混凝土侵蚀机理分析及配合比设计

为研究石膏质岩区隧道混凝土的侵蚀机理,首先分析了凉水井隧道石膏质围岩的成分,在扫描电子显微镜下对混凝土进行微观侵蚀机理研究,并提出了隧道二次衬砌高性能防腐混凝土的配合比,通过研究发现,掺料及纤维能够提高混凝土的强度,并降低氯离子扩散系数,同时改善了其抗裂性能,该成果对石膏质岩地区隧道的安全运营具有重要的现实意义。     

石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征研究

为分析石膏质岩隧道衬砌结构置换施工后的受力特征,依托杜公岭隧道病害处治工程实例,在隧道病害处治施工阶段和运营阶段对6个不同病害现象的典型断面新置换衬砌结构的初期支护变形、初期支护钢架应力、初期支护-围岩接触压力、初期支护-二次衬砌接触压力等进行为期2.5年的现场测试。测试结果表明:在新置换初期支护单独承载的3~5个月时间内,初期支护的变形速率和变形量均较小,其中5个测试断面的拱顶沉降和周边收敛量最大,其分别为6.8,6.4mm;新置换初期支护钢架应力较小并且在二衬浇筑后较短时间就达到稳定状态,其中64处测点(总计72处)应力小于100 MPa;边墙芯样发现石膏、硬石膏成分的断面在二次衬砌浇筑后的26个月内,其边墙或拱顶测点的初期支护-围岩接触压力和初期支护-二次衬砌接触压力仍有明显变化,其中个别测点经过10~20个月才能达到峰值,另有个别测点在3~8个月到达峰值后受干湿交替环境影响会出现变化;综合分析认为,杜公岭隧道衬砌结构主要受到围岩中硬石膏的膨胀作用,石膏的吸水软化作用不明显,其围岩压力具有缓慢发展的特点,新置换二次衬砌承担了主要的围岩压力,新置换初期支护安全性较高;建议石膏质岩地层隧道二次衬砌不宜过早施作或者初期支护与二次衬砌间设置缓冲变形层,以充分发挥初期支护的承载力、减小二次衬砌承担的围岩压力。     

三向应力下水对石膏质岩强度性质影响的试验研究

以宜昌—巴东高速公路凉水井隧道区出露的石膏质岩为研究对象,采用三轴伺服机开展了不同含水状态下的三轴压缩试验,研究围压及含水状态对石膏质岩强度的影响。     

石膏质岩特殊性质对隧道结构稳定性影响及处治技术

石膏质岩在水环境中具有复杂的特殊力学性质。为研究石膏质岩特殊性质对隧道结构稳定性影响,依托山西南吕梁山隧道工程,对现场采集的石膏质岩样进行膨胀力测试。通过对隧址区内地下水的调查,进一步剖析石膏质岩对衬砌混凝土的腐蚀作用形成机理。在此基础上,采用数值模拟进一步探讨石膏质岩的膨胀及腐蚀特性对隧道结构稳定性影响。针对石膏质岩隧道病害的产生特点,提出相应的处治思路及处治技术。结果表明:石膏质岩遇水会产生一定的膨胀特性及腐蚀特性,对隧道结构稳定性具有较大的不利影响。提出的处治技术可为类似工程提供借鉴。     

跨海隧道泥水盾构泥浆劣化试验研究

为解决泥水盾构在海底掘进时海水及含盐地层侵入导致泥浆性质劣化的问题,以厦门地铁3号线五缘湾站—刘五店站（五刘区间）海底隧道工程为依托,通过膨胀指数试验分析淡水、海水及NaCl溶液膨化造浆的区别,并通过海水混入淡水泥浆试验分析海水对泥浆性质的影响。试验结果表明： 1）相较于淡水造浆,利用海水或NaCl溶液造浆会使膨润土泥浆的电位显著降低,膨润土的膨胀性变差,甚至几乎不能膨化; 2）向膨水质量比为1∶10的淡水泥浆中添加海水,当海水添加质量达到泥浆质量的10%时,泥浆便分层离析、泌水; 3）添加羧甲基纤维素钠（CMC）和HS－3均能提高泥浆稳定性,增加泥浆黏度,降低海水混入时泥浆泌水率。基于以上研究成果,厦门地铁3号线五刘区间采用CMC和HS－3复合改性泥浆实现安全顺利穿越富水高渗透地层。     

含石膏质岩集料的混凝土内部硫酸盐侵蚀及抑制措施

集料中掺杂过量的硫酸盐尤其是石膏会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀膨胀,破坏混凝土结构。研究了集料中掺杂石膏的含量、粒径对砂浆试件强度和膨胀率的影响,探讨了水泥C3A含量、矿物掺合料品种对含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀的抑制效果。结果表明:随着集料中掺杂石膏质岩细粉含量的增大,内部硫酸盐侵蚀反应的速率和程度增大,当掺杂SO3含量超过1.25%时,12个月龄期的砂浆膨胀率超过0.1%并出现较大的强度损失;掺杂石膏质岩粒径越小,砂浆的膨胀率和强度损失一般越大,特别是当掺杂石膏质岩粒度小于1.18mm后将引起显著的膨胀,而当粒径大于4.75mm后,由于石膏质岩集料在混凝土中分散的不均性而产生不均匀体积膨胀,从而导致侵蚀应力集中,即使较低的SO3含量掺杂石膏质岩也有可能产生较大的强度损失。采用抗硫酸盐硅酸盐水泥及掺加适量的粉煤灰、硅灰或偏高岭土等矿物掺合料,可以有效抑制含石膏质岩集料混凝土的内部硫酸盐侵蚀膨胀。     

混凝土桥梁劣化模型研究

结合我国有关规范与标准,在国内首次给出了混凝土桥梁结构两段线性劣化模型的参数取值;鉴于目前国际上惯用的基于分段计算法的桥梁劣化模型指标表达公式繁杂不统一,不便于进行桥梁维修分析,提出了生效函数法;基于该法,在国内外首次建立了混凝土桥梁结构的简单统一的维修监控指标计算公式.     

海水侵蚀环境下混凝土力学性能劣化试验

以人工海水为侵蚀介质,采用加速腐蚀试验,对设计强度等级为C35的混凝土试件进行了0、10、20、30、40、50、60次干湿循环试验,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响.试验结果表明,混凝土随着干湿循环次数的增多,其表观质量和力学性能均呈现出不同程度的下降趋势.建立了混凝土随侵蚀循环次数变化的抗压强度折减模型、抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型,为进一步开展混凝土结构在侵蚀离子作用下的力学性能劣化机理与计算模型的研究提供了依据.     

小盘岭隧道防水混凝土试验研究

本介绍小盘岭隧道防水混凝土的配制试验，经多个比较，证明ＦＳ防水剂与工程所在地生产的水泥相容性较好，所配防水混凝土强度高、抗渗性强、和易性好。     

路基劣化对路面力学性能影响试验研究

通过在试验路段设置劣化区,并在路基面、基层顶面和混凝土面层底面都埋设了动土压力盒,用两轴六轮汽车进行了超载、满载、空载下时速20 km/h和40 km/h下的动力测试。分析测试数据得到基层顶面和路基面动土压力的大小与汽车轴重直接相关,与行驶速度无明显关系,路基劣化区的基层顶给混凝土面层的支承力较低,混凝土面板将荷载传递给劣化区周围土层。     

硫酸盐-冻融共同作用下隧道衬砌支护喷射混凝土劣化性能研究

为研究地铁隧道衬砌支护结构在恶劣环境下的劣化问题,以西部地区地铁隧道服役过程中典型的气候条件和腐蚀环境为背景,研究冻融和盐溶液侵蚀情况下隧道衬砌支护结构的耐久性能。依据兰州秋冬环境温度和地下水中硫酸盐的离子质量浓度设计室内硫酸盐-冻融侵蚀试验,研究不同掺量的粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土在不同冻融循环次数作用下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数的影响,并根据试验结果建立考虑粉煤灰掺量和玄武岩纤维掺量的抗压强度衰减模型。结果表明： 1）粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土性能提升的最优掺量分别为20%和0.1%。2）混凝土的质量损失率随冻融循环先增大后降低,到后期又持续增大;随着粉煤灰和玄武岩纤维掺量的增大,衬砌支护喷射混凝土的质量损失率降低,当粉煤灰和玄武岩掺量分别达到30%和0.15%时,对质量损失率的降低出现负效应。3）喷射混凝土的相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数随着冻融循环次数的增大在初期损失较小,之后迅速增大。     

多年冻土区隧道衬砌混凝土冻融循环试验研究

多年冻土区隧道衬砌混凝土容易受到冻融循环作用而发生冻胀破坏,威胁隧道结构安全和使用寿命。针对依托工程衬砌混凝土配合比进行了冻融循环试验,得到混凝土质量、相对动弹模量、劈裂抗拉强度和抗压强度随冻融循环次数的变化规律,并拟合了函数关系;分析了混凝土力学性能变化规律和内在原因;为提高多年冻土区隧道衬砌混凝土抗冻耐久性提出了建议。     

隧道用高抗渗耐蚀混凝土的试验研究

结合隧道工程实例，介绍环境水为软水水质条件下，对混凝土掺入适量粉煤灰和减水剂以提高混凝土的抗渗耐蚀性能进行了试验研究和机量分析，给出了双掺配合比的确定以及混凝土的制备和使用效果。     

车用催化剂劣化因素的试验研究

阐述了车用催化剂劣化的因素 ;采用发动机台架试验评比的方法 ,对发动机台架快速老化催化剂与装车使用后的催化剂进行了性能评价试验 ;通过理论和试验研究 ,对上述两种催化剂失活的原因作了分析。     

衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道（崇明越江通道）变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明：基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。     

干湿循环作用下石膏质岩宏细观劣化特性研究

针对石膏质岩在干湿循环作用下的劣化问题,以湖北巴东十字垭隧道附近嘉陵江组地层的石膏质岩作为研究对象,结合室内试验和二维颗粒流数值模拟(PFC~(2D)),研究了干湿循环作用下石膏质岩的宏细观劣化特性。结果表明:(1)石膏质岩的力学参数随干湿循环呈减小趋势,干湿循环作用对各力学参数的劣化效应排序为:弹性模量抗拉强度单轴抗压强度内聚力内摩擦角。(2)二维颗粒流方法能够比较准确的模拟石膏质岩的力学性质。(3)围压和干湿循环次数对石膏质细观破坏特征都存在影响。随围压的增大,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布由"集中"趋于"分散"。随干湿循环次数的增加,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布则由"分散"趋于"集中"。     

隧道单层衬砌高强喷射混凝土试验研究

近年来,单层衬砌作为新的隧道结构形式,由于其具有经济、低碳、环保特点,广泛应用于隧道及地下工程中。但对于组成单层衬砌结构主要材料的喷射混凝土的力学和耐久性能要求比以往喷射混凝土要求更高。该文围绕提高喷射混凝土强度和密实度进行了相关的试验研究,研究证实采用聚羧酸高性能减水剂、无碱速凝剂和低水胶比以及单掺或双掺矿物掺合料可有效提高混凝土的强度和密实性。     

公路隧道湿喷混凝土配比优化试验研究

研究了速凝剂掺量和减水剂掺量对公路隧道施工过程中湿喷混凝土塌落度、回弹率和抗压强度的影响,并分析了塌落度与抗压强度之间的对应关系。结果表明,当速凝剂掺量为2%、4%、6%、8%时,湿喷混凝土的初凝时间平均值分别为201、165、152、144 s,湿喷混凝土的终凝时间平均值分别为442、422、345、330 s。随着速凝剂掺量的从2%增加至8%,湿喷混凝土的初凝时间和终凝时间都呈现逐渐减小的趋势;速凝剂为6%时湿喷混凝土的回弹率最小,当速凝剂掺量为4%、6%时,湿喷混凝土试块的抗压强度都高于30 MPa,满足湿喷混凝土对抗压强度的要求;随着减水剂掺量的增加,混凝土坍落度呈现逐渐增加的趋势;随着湿喷混凝土坍落度的增加,平均回弹率呈现先减小后增大的趋势,在120～140 mm范围内时湿喷混凝土的平均回弹率最小。添加水泥重量6%的速凝剂和水泥重量1.0%的减水剂的湿喷混凝土的密度都在2 100 kg/m~3以上,平均抗压强度达到32.56 MPa。