公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理研究

二次衬砌厚度不足会导致隧道各种病害,首先从隧道二次衬砌设计和施工两个方面分析导致厚度不足的原因;然后结合隧道二次衬砌应力分布和受载情况分析衬砌厚度不足对结构的影响;最后通过研究总结二次衬砌施工质量控制预防和补强加固两方面治理措施,达到治理衬砌厚度不足引起的各种病害的目的。该项研究对隧道二次衬砌施工和运营养护具有重要借鉴作用。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

深埋砂层隧道欠厚二衬安全性及加固效果分析

为研究隧道二次衬砌厚度局部不足对隧道结构受力的影响及加固效果，依托蒙华铁路某隧道，运用有限元软件建立隧道二次衬砌局部厚度不足荷载-结构模型，对衬砌缺陷位置、缺陷厚度及缺陷范围对二衬结构安全性能的影响进行了分析，并结合现场加固方案对其加固效果进行评价。结果表明:衬砌厚度不足对其所在缺陷部位的安全系数影响最大；拱顶安全系数相对最小，拱脚对缺陷厚度最敏感；衬砌欠厚时对结构轴力影响很小，但会造成欠厚位置弯矩值的大幅度降低；对衬砌加固后，结构弯矩值能得到有效改善，安全系数显著提高。     

基于厚度检测的运营隧道二次衬砌安全评价研究

二次衬砌作为隧道复合式衬砌结构的重要组成部分和最后一道防水防线,其安全评价历来备受关注,而二次衬砌的厚度通常是评价运营隧道安全的重要指标。以运营中的代古寺隧道为工程依托,开展了二次衬砌外观质量及厚度现场检测;采用MIDAS有限元软件对衬砌厚度不合格段进行变形及受力分析,基于数值计算结果校核了二次衬砌的安全性状;针对不同等级的围岩,分析了二次衬砌厚度与其安全性的关系,并给出了相应的最小安全厚度。研究结果表明:二次衬砌最不利位置位于边墙和拱脚附近,衬砌厚度不足会使结构的轴力与弯矩减小,导致隧道结构的安全系数降低;对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩,二次衬砌最小安全厚度建议值分别为31cm、36cm和41cm。     

隧道衬砌施工缺陷对结构安全的影响研究

运用理论分析和数值模拟等研究手段,基于地层-结构法原理,就衬砌厚度不足、衬砌背后空洞和衬砌结构裂缝3种病害对衬砌结构安全性的影响进行研究,得出缺陷在衬砌结构不同位置处以及沿隧道纵向不同长度上衬砌结构的应力和安全系数的变化规律,为隧道结构的安全性评价和后期的运营监测提供依据。     

基于数值模拟分析的隧道衬砌质量缺陷影响研究

由于设计、施工等因素导致的我国地铁区间隧道渗漏水,衬砌掉块、厚度不足、开裂、脱空以及不密实等病害频发,严重危及地铁的运营安全。针对地铁区间隧道施工造成的衬砌质量缺陷,在分析缺陷成因基础上,对不同隧道缺陷的形式及缺陷的特性进行了统计分析。基于统计分析,对隧道衬砌施工中存在典型缺陷对隧道结构受力特性的影响进行了数值模拟研究,分析了衬砌背后空洞、不密实、厚度不足以及组合缺陷等条件下隧道衬砌的安全特性。基于数值模拟分析,提出了施工中隧道衬砌缺陷地质雷达无损检测的测线布置方式,指导了区间隧道衬砌质量的检测作业,取得了良好的效果。     

运营隧道拱顶脱空型衬砌厚度不足整治技术研究

针对现场揭示的运营隧道存在大量拱顶脱空型衬砌厚度不足的情况,采用现场调研、数值分析和现场检测等手段,探明了拱顶脱空厚度不足的力学机制,建立了拱顶脱空型厚度不足力学模型,提出了采用现浇套拱和格构法脱空型衬砌厚度不足整治技术,对整治技术效果进行对比与验证。研究得到：拱顶脱空型厚度不足缺陷与自身弹性模量等力学参数降低以及周围应力重分布有关;基于既有结构承载能力的理念,提出了局部修复隧道结构完整性和恢复承载能力的技术;通过对整治后衬砌结构的受力分析,采用微创修缮格构法技术,基本或完全恢复原设计的承载能力;经现场和实际案例验证,所提技术具有较强的安全性、可操作性和经济性,可在铁路或公路运营隧道中大量应用。     

浅析苏木山隧道衬砌结构厚度检测方法及其分布规律

通过苏木山隧道实际工程案例,验证了地质雷达无损检测技术在隧道衬砌结构厚度检测过程中可达到良好的效果,并对苏木山隧道初期支护和二次衬砌厚度检测结果进行分析,可知实际检测厚度和设计之间差值呈现高斯分布规律,其拟合度较高;初期支护和二次衬砌在不同测线位置的实际检测厚度平均值均高于设计值,通过分析国内山岭隧道质量评价方法,建议从结构安全度和可靠度双重角度制定隧道衬砌厚度评价指标。     

铁路隧道工程缺陷整治处理控制

结合新建瑞昌至九江铁路吴家铺隧道缺陷整治处理工程实例,分析铁路隧道工程缺陷形成原因,针对隧道脱空及空响、衬砌厚度不足、仰拱(底板)底空洞及虚砟、衬砌钢筋保护层厚度不足、衬砌钢筋和施工缝止水带外露、衬砌裂缝和渗漏水、衬砌砼不密实、拱顶掉块及蜂窝麻面和错台等缺陷提出整治处理措施。     

地质雷达在高速公路隧道衬砌交工验收检测中的应用

以高速公路隧道衬砌交工验收检测为契机,结合公路隧道衬砌结构特点,着重介绍了隧道衬砌缺陷雷达识别特征及工程处治方式分析,隧道衬砌厚度雷达检测误差分析及隧道衬砌厚度雷达层位追踪方法,并通过雷达检测实例结合钻孔验证了高速公路隧道衬砌交工验收检测中的3项重点关注指标,确定了地质雷达在高速公路隧道衬砌交工验收检测中的可靠性,并取得了良好效果,达到了评价公路隧道衬砌质量的目的,为高速公路隧道衬砌工程质量交工验收提供了科学依据。     

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。     

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。     

存在衬砌病害的隧道计算模型研究与应用

本文根据存在病害时衬砌结构几何特征、承载机理,基于荷载结构方法建立了存在裂缝、厚度不足、材料劣化3类病害的隧道计算模型,并编制了相关计算程序,为分析病害对衬砌结构的承载特征和安全性的影响规律提供了理论依据,为运营隧道状态评定及病害处治奠定了基础。     

浅埋偏压隧道衬砌结构开裂机理及损伤失效分析

在浅埋、偏压等不利地质条件下隧道衬砌结构易发生开裂、渗漏水等病害,衬砌开裂及渗漏水的存在降低了结构的耐久性和承载力,影响结构的安全使用性能。为分析浅埋偏压条件下隧道衬砌结构受力变形特征及稳定性情况,基于扩展有限元原理,采用ABAQUS软件对不同的上覆岩层厚度条件下隧道衬砌结构空间受力特征、裂缝扩展情况及混凝土单元损伤失效程度等进行了模拟分析。研究结果表明,在浅埋偏压条件下,当上覆岩层厚度未超过7m时,隧道衬砌结构均出现不同程度的开裂现象,裂缝位置均大致位于A洞右拱脚位置。当上覆岩层厚度分别为3.5m、4m和5m时,隧道初期支护出现了贯通的纵向裂缝,当上覆岩层厚度为7m时,隧道初支沿走向出现了多条轻微不连续的纵向裂缝。随着上覆岩层厚度的增大,隧道衬砌结构损伤程度呈降低趋势,偏压的影响逐渐减小。     

钢带加固技术在公路隧道病害处治中的应用

营运公路隧道衬砌开裂和厚度不足已成为衬砌通病,钢带加固由于其特有的优势,已成为此类病害处治的优先选择方法。以京港澳高速公路粤境某隧道为例,针对此隧道存在的衬砌厚度不足的病害状况和安全隐患,采用镀锌钢板和化学锚栓相结合的方法对此隧道进行了加固,加固后隧道未出现明显的应力应变波动和衬砌表观病害,加固效果良好。     

地质雷达技术及其在公路隧道质量检测中的应用

在新建公路隧道中，衬砌是隧道的主要承载结构，也是隧道防水的重要工程，其施工质量对隧道长期稳定和使用功能的正常发挥具有很大的影响。目前，隧道衬砌常见的质量问题有衬砌与围岩结合部的缺陷、局部裂缝、混凝土强度不够、衬砌厚度不足等。针对隧道施工中可能出现的质量问题，采用雷达检测技术，可以对混凝土衬砌与围岩结合部出现的脱空、回填欠实、富水区圈定、衬砌厚度等进行无损检测，及时发现问题，为采取加固措施消除隐患提供了依据，起到了对隧道施工质量实时监控的作用。     

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。     

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。     

衬砌刚度对盾构隧道抗震性能的影响分析

盾构隧道抗震减震措施主要有两个总体思路,即:改变衬砌一定范围内围岩的性能和改变结构本身的性能。改变衬砌结构本身性能方便有多种方式,比如:增加衬砌厚度,改变管片环向或纵向接头方式、改变衬砌刚度等。通过数值分析比较不同的衬砌刚度对盾构隧道抗震性能的分析。得出单纯提高管片的刚度并不能提高盾构隧道的抗震性能,反而增加衬砌管片的受力。     

火灾高温时隧道衬砌结构温度场的数值模拟

国内外发生的大量隧道火灾案例都显示了火灾对衬砌结构的严重损害以及衬砌结构耐火的重要性。依托青岛胶州湾隧道,详细介绍采用数值模拟对隧道衬砌结构火灾高温时的瞬态温度场的模拟过程,研究在火灾高温时温度沿隧道衬砌厚度的分布规律,给出一系列研究成果,对确定隧道衬砌的耐火性能、提高隧道衬砌的火灾安全性有重要意义。