明挖法隧道衬砌开裂原因分析与预防措施研究

研究目的:混凝土开裂问题一直被人们所关注。某铁路隧道采用明挖法施工,部分工程完成后,衬砌产生开裂现象。通过分析裂缝数量与裂缝形状、裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度的关系,研究发生开裂的原因,从而制定预防措施。研究结论:(1)明挖法隧道衬砌开裂主要是由温差应力、混凝土收缩和施工工艺控制所引起;(2)针对明挖法隧道,通过采取"三时机、三措施、两加强"的综合预防措施,基本上控制了衬砌裂缝的产生;(3)明挖法隧道衬砌施工应选择合理的时机,混凝土浇筑宜选择在每天16:00开盘,至次日8:00前完成;外模、内模拆除宜分别选择在混凝土浇筑完成后12 h、36 h左右完成;外侧拱脚4 m高度范围混凝土回填宜选择在混凝土浇筑完成后7 d内完成;(4)明挖法隧道衬砌施工宜采取外模浇筑、多开窗口、快速浇筑措施,一般情况下混凝土浇筑时间应控制在12 h以内;(5)明挖法隧道衬砌施工应加强振捣、加强养护,确保混凝土质量;(6)本研究成果可在明挖法隧道衬砌施工中借鉴应用。     

季节冻土区隧道洞口衬砌开裂机理及防治

研究目的:近年来,在我国西北、东北等高纬度季节冻土区,短隧道或长隧道洞口段冬季衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道结构和列车运营安全。本文以东北地区某铁路线ZEST隧道为例,采用现场试验、数值模拟等手段研究案例隧道冬季洞口段衬砌开裂、春融期渗漏水的发生机理,比较不同整治措施后,提出适合该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)隧址区每年冰冻期约5个月,极端温度年较差60℃以上,年平均气温2℃,属典型季节冻土区;(2)衬砌开裂段主要穿过粉质黏土层,含水率大,衬砌开裂主要由围岩冻胀力荷载作用所致;(3)建议采用喷涂12~13 cm厚保温层+防火砂浆,水沟中铺设电伴热电缆,并对既有损伤衬砌结构进行锚杆补强和对衬砌裂缝进行环氧树脂嵌补处理的整治措施;(4)从隧道病害整治效果来看,本文提出的整治措施效果显著,衬砌开裂、春融期渗漏水等问题得以解决。     

隧道二次衬砌防水混凝土的配合比设计思路研究

在不同水胶比下,对比了膨胀剂和几种防水剂对隧道二次衬砌混凝土工作性能、强度和抗水渗透性能的影响,研究结果表明:膨胀剂和防水剂的掺入会使混凝土的坍落度和强度略微有所降低;水胶比参数对混凝土抗渗性能的影响程度远远大于膨胀剂和防水剂,在较低水胶比下,各个防水剂对混凝土抗渗性的影响不大,混凝土水压力抗渗性普遍较高。因此,针对隧道二次衬砌混凝土低强度、大流动性、高抗渗性的特点,提出了可以不掺用防水剂,而通过掺加高性能减水剂降低水胶比,掺加大矿物掺合料改善流动性和平衡强度的配合比设计思路。     

铁路隧道衬砌混凝土温度裂缝原因分析与防治措施

分析696座服役隧道衬砌混凝土的开裂情况及其影响因素,针对非荷载因素中温度应力导致的开裂,探讨隧道衬砌混凝土温度裂缝的防治措施。结果表明:隧道衬砌混凝土裂缝依据产生的原因可分为荷载裂缝和非荷载裂缝,其中非荷载裂缝主要是由温度应力导致,其数量占总裂缝数的50%～70%,;水泥水化放热导致在混凝土内部出现温度梯度,且靠近隧道内部温度梯度较大,而靠近初期支护一侧温度梯度相对较小;通过降低衬砌混凝土整体水化温升值和控制边界温度梯度,可降低隧道衬砌混凝土温度开裂的风险。     

季节冻土隧道边墙开裂原因及影响因素研究

研究目的:近年来,在我国高纬度季节冻土区,围岩冻胀导致隧道衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道和列车运营安全。本文以我国西北地区某铁路线隧道为例,采用现场测试、室内试验、数值模拟等手段研究季节冻土区隧道冬季边墙纵向开裂原因及其主要影响因素。研究结论:(1)修建在强风化砂泥岩地层中的隧道,当围岩含水率为12. 3%、围岩冻结深度达60 cm时,在冬季持续负温作用下,边墙最大拉应力为2. 28 MPa,大于C30混凝土的极限抗拉强度,边墙会出现水平冻胀裂缝,若考虑衬砌承担部分围岩荷载,边墙纵向开裂程度会加剧;(2)冻胀力荷载作用下,衬砌开裂具有对称性、季节性、积累性等特点,裂缝在冬季出现,分布在边墙中间位置,气温回升后,具有收缩性;(3)季节冻土区围岩冻胀力荷载计算宜以围岩冻结圈厚度和含水率为主要指标;(4)本研究成果可供季节冻土区隧道设计、运营维护参考。     

铁路山岭隧道二次衬砌贯穿裂缝的预防

研究目的:隧道二次衬砌裂缝是隧道的严重病害之一,给施工质量和运营安全带来不利影响.本文结合某客运专线所处环境及混凝土施工中出现的问题进行分析,对二次衬砌混凝土的裂缝成因进行探讨,提出裂缝产生的几种关键影响因素,并对预防裂缝产生及裂缝的修补提出建议.研究结论:产生裂缝的原因多种多样,引起隧道二次衬砌贯穿裂缝从干缩裂缝开始,气温下降可导致裂缝继续发展,自重、外界施工扰动或围岩压力下不均匀沉降也导致裂缝继续发展.通过研究提出:混凝土掺加外掺料和高效减水剂,提高混凝土抗裂性能;二次衬砌应与隧道开挖面拉开距离,减少开挖爆破对二次衬砌混凝土的扰动;并采用洞口密封保温措施预防;混凝土仰拱与二次衬砌施工缝对缝施工,防止仰拱施工缝变形对二次衬砌造成危害.     

隧道衬砌混凝土裂缝的辨认及处治措施探讨

研究目的:摘要:研究目的:随着我国基础建设的不断投入,铁路及公路建设蓬勃发展,隧道数量也越来越多,但由于地质、施工、建筑材料等方面的原因,导致一些隧道衬砌开裂,威胁到运营安全,需要采用合适的方法进行处治,确保工程的经济性及结构的安全性。研究结论:本文从衬砌混凝土裂缝产生的机理来分析裂缝的受力状况及产生原因,并量化病害等级,通过研究得出如下结论:(1)应根据病害等级采取裂缝嵌补、衬砌锚固、套衬等进行处治;(2)衬砌混凝土裂缝可以通过强化地质勘察、加强施工工艺控制来进行事前防范;(3)出现裂缝后,应进行原因分析和病害等级判定,再来选择合适的整治措施,保证结构及运营安全;(4)研究成果可用于既有铁路、公路隧道衬砌裂损病害整治,也可用于新建铁路、公路隧道衬砌裂损缺陷的预防、控制与处治。     

严寒地区高速铁路隧道冻害整治及隧道防冻设计优化

由于受认识水平和施工工艺水平的限制,北方严寒地区修建的高速铁路隧道运营后偶发冻害和渗漏水等问题,严重威胁着高铁动车的运行安全。剖析北方某运营隧道原设计防冻和排水措施,隧道产生开裂、鼓包变形和渗漏水等病害及原因,认为衬砌背后的空腔、厚度不足和混凝土不密实是病害产生的主要原因。对渗漏水采用注浆封堵和边墙增设竖排水。衬砌开裂采用注浆嵌缝或锚杆加钢带固定。综合性病害或较严重处设置保温层波纹钢板套衬进行防护,经温度测试,衬砌后均为正温。根据病害及整治效果,对新建赤喀客运专线天秀山隧道防冻害及排水技术措施进行研究优化,采取素混凝土增设钢筋,环向盲管增设保温层,延长深埋水沟,增加竖向盲沟等措施。     

铁路软岩隧道二次衬砌纵向裂缝成因分析

准(格尔)朔(州)铁路哈镇隧道二次衬砌从内轨顶面至最大开挖跨度处出现连续纵向裂缝。根据现场勘测情况,采用室内试验和数值模拟方法,分析了二次衬砌产生裂缝的原因。开裂段围岩为砂岩夹泥岩条带,遇水易崩解软化,具有一定膨胀性,但仅围岩软化不足以使二次衬砌产生裂缝。围岩软化与膨胀共同作用时二次衬砌结构从内轨顶面至最大开挖跨度处出现拉应力,当膨胀压力超过一定值时二次衬砌结构所受拉应力将大于混凝土极限抗拉强度进而产生裂缝。这一结果与现场二次衬砌开裂情况一致。     

坪田浅埋偏压隧道二次衬砌开裂机理及处治措施

以武(汉)深(圳)高速公路坪田浅埋偏压隧道为研究对象,首先基于隧道二次衬砌开裂情况分析了二次衬砌开裂的影响因素,然后通过有限元分析软件MIDAS GTS NX模拟双侧壁导坑法施工过程,分析了二次衬砌开裂机理。结果表明:二次衬砌最大拉应力区主要集中在拱顶偏左拱腰和仰拱处,其值接近或超过二次衬砌混凝土抗拉强度设计值;裂缝基本分布在侧向偏压作用线两侧。结合监测数据和二次衬砌实际开裂情况,最终对隧道采取了"洞内临时支撑+底板注浆+洞外坡体注浆"的综合处治方案。     

跨断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术研究

研究目的:纤维混凝土在隧道黏滑断层抗错断设计方面鲜见报道,为提高跨黏滑断层隧道结构的安全性和稳定性,以某隧道F1黏滑断层段为研究背景,对跨黏滑断层隧道素混凝土与不同纤维混凝土衬砌结构条件下抗错断作用效果进行对比分析,以提出适宜黏滑断层隧道纤维混凝土衬砌抗错断技术。研究结论:(1)同体积纤维掺量条件下,SBFRC立方体抗压强度比SFRC略低,SBFRC抗折强度比SFRC略高,相差5%以内,SBFRC、SFRC抗压强度和抗折强度可近似相等;(2)断层黏滑错动对隧道上盘的影响大于隧道下盘;(3)下盘内纤维混凝土衬砌结构的抗错效果优于上盘,SFRC二衬平均抗错效果为12. 22%,SBFRC二衬平均抗错效果为15. 81%,SBFRC衬砌结构抗错断效果较SFRC抗错断效果提升29. 4%;(4)本研究成果对黏滑断层段隧道纤维混凝土衬砌设计具有指导意义。     

京沈客运专线梨花顶隧道复合式衬砌施工技术

由于复合式衬砌易出现渗漏水、衬砌开裂等病害,京沈铁路客运专线京冀段梨花顶隧道复合式衬砌采用了反粘式防水板、混凝土分层逐窗浇筑和拱顶带模注浆新工艺,克服了传统工艺的弊端。反粘式防水板铺挂简单,与二次衬砌混凝土黏结良好,具有防窜流性能;通过串筒溜槽实现分层逐窗浇筑,能避免出现混凝土离析、裂缝等病害,提升衬砌混凝土实体质量;带模注浆不仅能保证拱顶衬砌厚度,而且能促进二次衬砌混凝土迎水面与反粘式防水板黏结,形成皮肤式整体防水。经雷达检测和钻芯取样证实,工程质量良好。     

铁路隧道桁架式大净空新型衬砌台车研制

研究目的:目前铁路隧道衬砌质量问题仍比较突出,主要表现在6个方面:衬砌背后空洞、衬砌不密实、衬砌厚度不足、衬砌开裂、衬砌施工缝裂损、衬砌渗漏水。据不完全统计,铁路隧道衬砌质量缺陷病害约占所有病害的62%。为提高铁路隧道衬砌质量水平,通过研究传统门架式衬砌台车和无门架式衬砌台车的设计原理及性能特点,本文主要介绍研制的桁架式大净空新型衬砌台车的结构组成及应用效果。研究结论:(1)新型衬砌台车采用桁架式结构,整体刚度和支撑稳定性明显提高,系统刚度增加了35%,支撑稳定性提高了40%,支撑难度降低了50%;(2)新型衬砌台车通车净空增大了55%,通风空间提升了65%;(3)新型衬砌台车减少作业人员4名,衬砌施工效率提高了35%;(4)新型衬砌台车周转使用率高达70%,与传统门架式台车相比,周转使用率提高了40%,极大程度地降低了综合成本;(5)本研究成果可在隧道衬砌施工中推广应用。     

富水铁路隧道防水板和施工缝防水工艺优化

山岭铁路隧道防水板和施工缝是容易出现渗漏水的薄弱区域,也是影响铁路隧道防水效果和运营安全的重要因素。为有效解决隧道防水板铺设不密实、容易脱落、二次衬砌端头混凝土施工缝易出现裂缝和脱落、背贴式止水带周围混凝土不密实、排水功能欠佳等防水质量问题,文章依托某铁路隧道工程,优化防水板铺装方式,采取红外线激光定位和磁焊机焊接增强防水板稳定性和防水性;针对二次衬砌端头混凝土容易被衬砌台车衬砌模板挤裂,借助V型橡胶条以及橡胶垫板作为“保护层”缓冲,避免混凝土被挤裂;另外引入新型梯形背贴式排水止水带,确保防水效果,提高隧道工程防水质量,增强铁路运营安全性。     

大体积混凝土裂缝控制措施

大体积混凝土表面易出现纵横裂缝,影响混凝土质量。分析大体积混凝土裂缝产生的原因,介绍防止裂缝发生的一些措施,包括选择合适的水泥、骨料,掺加粉煤灰,掺入外加剂和纤维材料,完善施工工艺,加强温度控制等措施。     

背后空洞引起高速铁路隧道衬砌裂缝形态的FEM对比分析

衬砌背后空洞和衬砌开裂是威胁高速铁路隧道行车安全的最主要问题。高速铁路隧道衬砌背后空洞不仅是威胁隧道结构安全的重要因素,更是造成衬砌结构开裂最主要的原因。通过基于虚拟裂缝模型的扩展有限元方法(XFEM)和基于弥散裂缝模型的常规有限元分析方法(CFEM)的地层结构模型,对高速铁路隧道衬砌拱肩背后一定范围内空洞引起的衬砌开裂形态进行数值模拟分析,开裂形态表现为拱肩背后空洞近拱顶边缘的二次衬砌内侧开裂,同时初期支护环向贯通开裂。研究表明,扩展有限元法能较好地描述衬砌开裂的走向、长度等开裂形态以及扩展规律等,而ANSYS中的SOLID65单元能实现对衬砌背后空洞引起衬砌开裂范围的定性描述,两者之间相互补充和相互验证能较为准确地描述衬砌开裂的几何信息,进而有助于衬砌结构开裂应力场分析。     

铁路隧道底部混凝土质量评定的研究与应用

研究目的:铁路隧道底部是列车运营的承载结构,其质量缺陷极易诱发运营隧道发生底鼓、翻浆冒泥、无砟轨道道床板开裂等病害,从而严重干扰运输,影响行车安全,经济损失很大。因此研究评定铁路隧道底部混凝土质量缺陷等级和处理方案十分必要。研究结论:(1)隧道底部质量缺陷根本原因是现场管理薄弱,因此必须加强管理,加强检查与监督,避免隧道底部质量缺陷的发生;(2)采用缺陷面积比和缺陷厚度比评定铁路隧道底部结构质量缺陷等级,评定结果可分为轻微、较严重、严重、很严重、极严重5个级别;(3)针对不同的缺陷可对应采取注浆、注浆+锚杆、拆除重做的处理方案,采取拆换重做时,按小于衬砌台车长度3 m作为一次拆除长度单元,经有限元模拟计算和现场应用,对围岩、初期支护和二次衬砌影响不大,是安全的;(4)该研究成果可供铁路隧道底部混凝土质量缺陷等级评定和处理参考。     

浅谈隧道二次衬砌混凝土裂缝成因与处理

在隧道施工中,二次衬砌混凝土出现裂缝的质量问题较为普遍。针对混凝土裂缝产生的原因、裂缝的预防措施和整治方法,作了简要分析和归纳。这对隧道二次衬砌混凝土施工具有借鉴意义。     

地铁矿山法区间隧道病害 分级标准及补强对策

以国内外不同的隧道结构状态评价方法为 基础,从裂缝的宽度、长度,衬砌的剥落,材料的劣化 及渗漏水等方面进行讨论,并以北京地铁复八线为研 究对象,依据裂缝宽度、长度及衬砌掉块厚度、范围等 将裂缝病害分为 5 级,衬砌掉块病害分为 4 级,研究 地铁矿山法区间隧道衬砌病害分级标准及相应的补 强对策。     

基于机制砂混凝土收缩试验的隧道衬砌环向开裂原因探讨

针对叙(永)毕(节)铁路某标段5座隧道衬砌收缩开裂问题,开展隧道衬砌机制砂混凝土收缩特性试验研究,以分析衬砌环向开裂原因.通过工程调研和试验研究,考虑细骨料、混凝土强度等级、养护条件等因素的影响,对比分析机制砂混凝土与河砂混凝土在力学性能和收缩变形2个方面的差异.研究结果表明:机制砂混凝土的抗压、抗拉和抗折强度等力学性能指标均优于河砂混凝土,但机制砂混凝土收缩率指标高于河砂混凝土24％～35％,且机制砂混凝土收缩率随强度等级的提高而增大.通过试验判定隧道衬砌环向开裂的主要原因是机制砂混凝土收缩变形指标偏大,而隧道衬砌混凝土养护不到位增加了衬砌开裂的几率和程度.