甜永高速公路某黄土隧道仰拱开裂原因分析及处置措施

运营后的甜永高速公路某隧道，出现了仰拱开裂等现象，通过进行补充地质勘察、现场试验及监测后发现，引起仰拱开裂的主要原因为黄土在水的浸泡下地基承载力大幅度削弱，拱脚地基承载力不足，致使拱脚沉降导致仰拱起拱弯拉而产生裂缝，导致本隧道仰拱回填及调平层混凝土开裂。针对开裂原因，通过采取钢管桩地基加固+衬砌结构加强+增设盲沟排水系统工程处理措施，取得良好的治理效果。     

基于截面极限承载力曲线的衬砌结构安全性评价方法研究

复合式衬砌由初期支护、防水层和衬砌组成，是中国现行山岭隧道的主要结构形式，而衬砌是保证隧道长期运营安全的关键。衬砌结构的安全性评价一般根据相关的隧道设计规范进行。现行规范中素混凝土衬砌和钢筋混凝土衬砌的安全性检算公式分别给出，在某些截面内力条件下，不能直接按照安全系数大小进行安全性比较。针对这种状况，首先对现行的衬砌结构安全性评价方法进行简化，提出衬砌截面安全包络线的概念，根据衬砌截面内力是否位于安全包络线内侧，即可判定衬砌截面的安全性。然后，在探讨截面安全包络线与极限承载力曲线关系的基础上，提出利用截面极限承载力曲线计算衬砌截面安全系数，进而评价衬砌安全性的方法。研究结果表明：根据衬砌截面安全包络线的概念，对于任意截面内力可简便直观地判定衬砌截面是否安全；衬砌截面内力点（M，N）位于极限承载力曲线关于坐标原点的几何相似曲线上，坐标原点和截面内力点的连线与极限承载力曲线相交，交点到原点的距离与内力点到原点的距离的比值则为衬砌截面的安全系数；利用考虑材料非线性的衬砌截面极限承载力曲线，避免了现行规范中出现素混凝土衬砌比钢筋混凝土衬砌截面极限承载力大的现象。研究成果对衬砌截面安全性评价及衬砌结构设计理论的完善具有一定的参考意义。     

鸡公岭隧道浅埋段仰拱软基处理

针对鸡公岭隧道上行线进口段出现较大程度的沉降和变形,对原施工方案进行变更,在采用中壁法分布开挖的前提下,通过对仰拱进行换填、施做钢管灌注桩和混凝土基础,以对隧道仰拱软基进行处理,改善仰拱基础,形成大仰拱基础,为整个隧道提供足够的地基承载力,以抵御隧道整体下沉和变形。     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

基于参数化建模思想的四心圆公路隧道洞形优化

合理的四心圆公路隧道断面形式有助于改善衬砌结构的受力状态,减少复合式衬砌的开裂病害,提高隧道结构的耐久性。该文通过Ansys软件APDL参数化编程平台,基于“曲率连续”的设计思想,构建了拱脚区局部洞形几何尺寸参数化建模方程,建立了锚杆加固区等效力学参数计算方法及数值模拟模型,揭示了四心圆公路隧道拱脚区域局部洞形参数设计对衬砌结构内力的影响规律,结合实际工程研究显示：隧道拱脚弧与中墙弧的半径和长度对于隧道复合式衬砌结构内力的影响较明显,增大拱脚弧半径对于抑制衬砌结构内塑性区发展的效果最为明显;为了减小衬砌结构的开裂风险,提出采用衬砌拉应力为控制目标进行局部形状优化思想,通过中墙弧圆心角θ₂、拱脚弧圆心角θ₃及中墙弧半径R₂对衬砌结构内力极值的敏感性及影响规律分析为皮家岭隧道洞形优化提供了理论依据。     

盐渍土地层隧道底部衬砌厚度缺陷对衬砌安全性影响分析

盐渍土地层隧道在运营期间底部结构产生的病害层出不穷,隧底的病害缺陷直接影响衬砌结构承载力。在全面调查新疆某隧道底部病害的基础上,运用ANSYS软件建立“荷载-结构”模型,改变隧底不同位置的衬砌厚度值,模拟衬砌厚度缺陷,分析典型截面安全系数的演变规律。结果表明:墙脚作为应力集中的部位,是隧道衬砌受力的最不利部位;隧底厚度缺陷值,围岩条件直接影响隧道衬砌结构的安全性能。拱顶安全系数随隧底厚度缺陷的增加而增大;左墙脚、右墙脚同时发生厚度缺陷时,拱顶安全系数上升最明显。     

山西某既有高速公路隧道病害综合治理技术研究

杜公岭隧道的病害特点是衬砌裂缝发展范围广、边沟电缆沟变异严重及路面拱起开裂等。结合杜公岭隧道病害段的设计资料、施工记录及变异检测结果,分析了病害发生情况下衬砌结构的安全性,探讨了该隧道病害发生的原因,提出了疏通隧道排水系统+二次刻槽植入钢格栅的套衬加固+置换仰拱并扩大边墙墙脚基础的综合处治技术方案,为我国今后类似条件下公路隧道病害的治理积累了宝贵的经验。     

高速铁路隧道仰拱全工序履带式栈桥设计与应用

为缩短仰拱施工全工序作业时间、提高仰拱施工进度、降低仰拱工成本、减少施工人员和辅助材料的投入,开发了仰拱全工序履带式栈桥。该栈桥主桥底部分成基础底面清理及钢筋绑扎、仰拱衬砌及仰拱回填、仰拱养护3个12 m工作区,每个工作区分别配置相应的机械化装置,整车采用液压履带驱动。重点介绍全工序履带式栈桥的结构组成以及主桥、前后坡桥、驱动系统、仰拱衬砌系统和辅助工装的设计,对栈桥主要部件的强度进行校核,并应用在郑万高铁湖北段向家湾隧道施工中。结果表明： 在Ⅳ级围岩隧道中,仰拱全工序履带式栈桥相比普通仰拱栈桥,完成12 m仰拱全工序作业仅需要36 h,每延米可节省134.91元施工成本,且行走机构能够适应复杂的隧道施工环境,设备性能稳定、故障率低。     

小净距空间交叉隧道台阶法施工安全性研究

为分析小净距交叉隧道台阶法施工过程中新建隧道和既有隧道的衬砌安全性,基于断裂力学的Griffith准则,提出了判定衬砌开裂的开裂安全系数CF,并假定CF>1时衬砌开裂,CF<1时衬砌安全;依托实际工程,结合开裂安全系数和规范中的衬砌截面安全系数,采用有限元软件ANSYS分析交叉隧道的衬砌安全性。分析发现： 施工过程中,交叉断面新建隧道衬砌环向安全系数小于纵向安全系数,但基本满足规范要求;既有隧道二次衬砌开裂安全系数CF远小于1,其开裂安全系数CF云图关于新建隧道轴线对称。分析结果对新建隧道的施工和既有隧道衬砌的防护具有重要意义。     

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。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

新近回填土地层隧道方案研究与分析

为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选; 然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板结构用于山区沟谷地形明洞基底回填土处理; 最后,针对明洞衬砌顶部承受的厚层回填土荷载及上方交叉市政道路荷载,对明洞衬砌结构进行设计计算,并对明洞回填材料及回填工艺提出要求。结果表明: 1)新近回填土地层隧道明洞方案具有工程难度低、施工安全风险小、工程造价低、工期可控的优势。2)旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板形成的桩板结构对于山区沟谷地形厚层新近回填土具有良好的适应性,安全高效,能够较好地解决明洞基底承载力不足及沉降问题。3)合适的回填材料及合理的回填工艺对厚层回填土明洞衬砌结构有重要的保护作用。     

玄真观隧道高地应力整治段坍塌原因分析及处理措施

玄真观隧道贯通后，由于高地应力的原因导致隧道局部衬砌开裂变形，变形段衬砌需拆换整治。拆换过程中，对围岩的二次扰动，使隧道周边围岩产生较大的松动圈，地应力反复重新分布，局部应力高度集中，应力积聚值大于围岩极限强度时发生隧道坍塌。坍塌治理中，对坍塌影响段采取了方木垛、工字钢架临时支撑及预初支背后预注浆加固，防止坍塌的继续扩大；对坍塌段采取了机械手喷射混凝土封闭岩面、工字钢架护拱、预留孔道回填混凝土、加强初支及衬砌等技术措施，取得了坍塌处理的预期效果。     

钢壳-混凝土组合沉管结构抗剪试验

深中通道隧道段采用钢壳-混凝土组合沉管结构(简称SSC组合结构)作为其主结构,隧道横断面抗剪性能成为该结构关键问题。为揭示该结构抗剪机理,基于深中通道沉管顶板局部构造及尺寸,以钢隔板间距、钢腹板间距为变化参数,设计3个缩尺比例为1∶2.5的SSC组合结构试件,开展抗剪试验及数值模拟分析。结果表明：与钢壳格室长高比2.20的试件相比,长高比1.10的试件抗剪极限承载力提高约21.3%;与格室宽高比1.88的试件相比,宽高比0.94的试件单宽抗剪承载力提高约43.4%,减小钢腹板间距、隔板间距能够提高SSC组合结构抗剪承载力;格室长高比2.20的试件破坏为混凝土腹部出现多条从支点到加载点的对角斜裂缝,并伴随加载点和支点处局部混凝土压溃;长高比为1.10的结构破坏为近跨中格室混凝土对角斜压破坏;SSC组合结构抗剪承载力主要由钢腹板和混凝土两部分分担,当长高比从2.20减小至1.10时,钢腹板分担的剪力几乎不变,但混凝土主压应变角度从约29.4°增大至约37.6°,混凝土分担剪力明显增加;钢腹板间距减小后,靠近腹板40%~50%截面高度范围内混凝土的主压应力增大,该范围以外的应力基本不变,表明钢腹板与内填混凝土间形成组合作用,能够提高腹板附近混凝土的承载性能。基于机理分析结果,提出了能够合理考虑组合作用的SSC组合沉管结构抗剪受力模型。     

带裂缝隧道衬砌的安全评价及有限元分析

为研究衬砌裂缝对隧道结构安全的影响,以某公路隧道的裂缝监测为工程背景,从80 处裂缝监测点中选取10 条典型裂缝, 采用综合判定法进行安全性评估,得出危险的裂缝断面,随后应用Midas/ GTS 软件建立典型裂缝断面的有限元模型,并对隧道衬砌结构的承载能力进行安全性分析。计算结果表明: 隧道衬砌出现裂缝使得衬砌结构的承载能力发生变化,其整个受力分布规律也会发生改变,重新分布力会导致现有裂缝发展,并使其他位置发生新的开裂,应根据计算结果对薄弱部位进行加固。研究结果表明: 通过采用定性的安全性评价与定量的理论计算相结合的方法,可以对带裂缝隧道衬砌结构的安全性作出科学的评估。     

超浅埋特大断面直墙隧道下穿城市主干道暗挖施工关键技术

为确保城市主干道、地面高架桥、地下管线的安全使用,广州市康王路下穿流花湖的超浅埋特大断面直墙隧道采用如下技术措施： 一次性施作70 m超前大管棚,采用水平导向跟管钻进法施工,施作精度高; 在隧道开挖边线45°对应路面范围,道路上铺设厚钢板; 对与距离隧道非常近的高架桥桩基,采用地面主动托换法; 采用六部CRD法施工,对掌子面采用TSS注浆加固技术,开挖初期支护后及时施作径向注浆及回填注浆; 在临时支撑未拆除的情况下,施作模筑混凝土第1层衬砌,第1层衬砌达到强度时拆除临时支撑,在第1层衬砌表面铺挂防水层,最后施作综合管廊结构及拱墙钢筋混凝土第2层衬砌; 综合管廊结构采用脚手架+模板系统,拱墙第1层衬砌采用弧形拱架+组合钢模板系统,拱墙第2层衬砌采用模板台车施工。目前只完成了右线的施工任务,地表沉降值（累计最大70.9 mm）在允许范围之内,隧道内净空变化（累计最大拱顶下沉61.1 mm、最大水平收敛值为8.44 mm）也在预控范围内,且地表、洞内最大变形值对应位置均在隧道中部,为左线施工及类似工程施工提供借鉴。     

木寨岭公路隧道高弹模PVA合成纤维喷射混凝土抗裂技术研究与探讨

为提高初期支护混凝土的强度、密实性、韧性,保障施工安全,通过开展室内多组配合比的高弹模PVA 合成纤维混凝土硬化 收缩开裂性能试验测试进行试配,并成功应用于木寨岭公路隧道现场实际施工。在木寨岭公路隧道喷射混凝土施工中添加高弹模 PVA 合成纤维,使混凝土具有良好的抗裂、增韧性能,极限变形能力增大,混凝土的完整性提高,达到了减少初期支护混凝土产生裂 缝、控制开裂的效果。对高地应力大变形的隧道初期支护,在支护结构变形可控的条件下,抗裂性能显著,值得借鉴与推广。