高地温隧道衬砌混凝土早期开裂机理及防控措施

为解决高地温隧道衬砌混凝土早龄期开裂问题,以我国西部某超高地温隧道为依托,利用理论推导、数值模拟与现场测试方法分析温度与湿度变化耦合作用下高地温隧道衬砌混凝土早期开裂机理及针对性保温隔热措施.研究结果表明:高地温与混凝土早龄期水化产热共同作用形成的温度应力是隧道衬砌早龄期开裂的内在原因,早龄期混凝土强度增长不足是表面开...     

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。     

运营期间地铁隧道衬砌结构纵向温度应力分析

从北京地铁实际的运营环境出发,通过数值计算,分析地铁区间隧道衬砌结构的纵向温度应力,探讨地铁区间隧道伸缩缝的设置间距和设置宽度.研究结果表明:温降引起的拉应力对隧道结构安全和使用功能影响显著;衬砌结构纵向温度应力与温度荷载、材料弹性模量呈线性关系;水平外约束对隧道端部(或伸缩缝)附近一定长度的衬砌结构温度应力分布产生一定影响;典型设计参数条件下的北京地铁区间隧道,其衬砌结构能承受7℃左右的温降荷载,当温降荷载超过7℃后,混凝土衬砌结构可能产生环向受拉裂缝;在实际工程中,对衬砌结构温度应力可采用环控技术和设置伸缩缝2种方法进行综合控制,以保证结构安全.针对北京地铁情况,建议伸缩缝设置间距取80～120 m、设置宽度取20～30 mm.     

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。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

铁路隧道衬砌内掺渗透结晶防水剂试验研究

研究目的:混凝土开裂问题一直被人们所关注,由于引起混凝土开裂的原因很多,因此很难从根本上避免混凝土开裂的发生。铁路隧道衬砌混凝土发生开裂后,往往伴随发生渗漏水,继而对隧道的正常使用产生影响。隧道渗漏水通常采用注浆法处理,但该法很难达到理想的效果。本文依托京张高铁东花园隧道,通过在隧道衬砌混凝土中掺加水泥基渗透结晶防水剂,使衬砌裂缝自动愈合,避免产生渗漏水。研究结论:(1)在隧道衬砌混凝土中掺加水泥基渗透结晶防水剂,可以实现衬砌裂缝的自动愈合防水功能,减少隧道衬砌渗漏水的发生;(2)隧道衬砌混凝土中的水泥基渗透结晶防水剂掺量宜为水泥用量的1%～1. 5%;(3)本研究成果可供类似隧道工程借鉴应用。     

隧道衬砌裂缝产生原因分析

通过对隧道开裂现象的调查,总结隧道开裂的规律性,将隧道二衬作为受力实体,从温度应力、不均匀沉降、拱部不均匀受力3个方面进行分析,得出隧道衬砌背后"马鞍形"荷载分布对衬砌的影响特点,并采取相应措施以减小或消除"马鞍形"荷载分布对隧道衬砌的影响.     

大体积混凝土施工期温度裂缝计算分析

混凝土水化热引起的温度裂缝是影响工程结构安全的重要因素。文中使用规范公式计算和有限元分析两种方法,对大体积混凝土施工期裂缝产生原因进行研究。结果表明水泥水化放热时间集中,混凝土在浇筑以后两到三天达到最高温度。水池池壁长边中间区域水化热温度应力较大,当温度拉应力大于混凝土抗拉应力标准值时混凝土就会开裂,这与实际结构裂缝开展情况基本一致。     

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。     

地铁隧道二次衬砌钢筋网防裂性能研究

为了定量分析防裂钢筋网提高隧道衬砌结构抗裂性能的机理和幅度,以地铁双线隧道二次衬砌结构为研究对象,采用荷载结构法和杆系有限元数值模拟方案,定量分析二次衬砌结构不设置与设置钢筋网这2种情况下的开裂临界荷载。其中素混凝土结构以达到极限拉应变为临界状态,衬砌结构增设钢筋网后以达到GB 50157-2013《地铁设计规范》允许的最大裂缝宽度0.2mm为临界状态。分析结果表明,配置防裂钢筋网后,Ⅲ级和Ⅳ级围岩衬砌结构抗裂性能可分别提高22.4%和19.3%,Ⅴ级围岩衬砌结构抗裂性能提高15.2%;Ⅲ级和Ⅳ级围岩二次衬砌结构的破坏形式由脆性破坏变为延性破坏,从而提高了其安全性能。     

高铁隧道衬砌缺陷气动荷载影响研究

随着高铁列车运行速度的提高,气动荷载成为隧道结构重要的附加荷载,尤其是素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载将对衬砌安全有较大影响。针对素混凝土二次衬砌存在初始裂纹和厚度不足缺陷的情况,分别采用基于断裂力学的数值流形方法和基于荷载-结构模型有限元法,对2种衬砌缺陷在气动荷载作用下的影响开展研究。研究结果表明：隧道素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载对缺陷部位的耐久性和长期稳定性有很大影响;隧道衬砌存在裂纹时,在气动荷载作用下,裂纹尖端应力强度因子增大150%以上;衬砌厚度不足时,在气动荷载作用下,缺陷部位拉应力增大54%,衬砌处于“拉-压”循环受力状态。研究结果可为高铁隧道素混凝土结构的长期稳定性及耐久性设计提供参考。     

明洞隧道衬砌环向非受力裂缝分析及控制技术

目前国内对明洞隧道拱墙衬砌浇筑过程中出现的环向裂缝研究较少,该类裂缝由于是非受外力作用产生,没有引起足够的重视,但该类裂缝会引起隧道渗水、甚至影响结构耐久性。为了解决明洞隧道拱墙衬砌环向裂缝问题,依托京张高铁东花园明洞隧道工程实例,对明洞隧道衬砌环向非受力裂缝宽度影响因素进行了深化研究,通过对环境温度、配筋率、每版衬砌长度、底边墙的约束度等不同工况进行理论分析,提出明洞隧道衬砌混凝土非受力裂缝关键影响因素,并对裂缝的宽度和长度进行理论量化计算,提出该类裂缝控制关键技术,研究结果可为其他类似的明洞隧道衬砌设计、施工提供借鉴和参考。     

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.     

CRTSⅠ型无砟轨道底座混凝土裂缝原因分析与防治措施

结合成绵乐铁路客运专线路基段CRTSⅠ型无砟轨道底座混凝土试验段施工实例,通过对底座混凝土裂缝的调查与监测,从地基沉降变形、外荷载作用、混凝土养生、温度因素(水化热、温度梯度、底座混凝土与路基基床表层结构整体温度升降差)、混凝土配合比5个方面进行了分析,确定了引起底座混凝土裂缝的主要原因是施工时混凝土结构温度梯度较大,基床表层水泥级配碎石约束力强,使得底座混凝土结构与基床表层变形不协调,据此提出了防止或减少贯通裂缝的措施。     

高铁隧道裂缝成因分析

针对高铁隧道衬砌出现的裂缝病害,通过对隧道秋检资料的统计分析和隧道的现场调研,初步掌握了隧道裂缝的分布规律。裂缝作为隧道衬砌常见病害,从混凝土自身特性、基础不均匀沉降、施工因素、列车动荷载作用、空气动力学效应等方面进行分析,并考虑高铁隧道的特殊性,从空气动力学效应方面进行探讨。提出隧道衬砌裂缝的形成大多是多种因素的共同作用,建议隧道裂缝整治时,应先确定病害的主要成因再进行整治。     

隧底围岩软化对鹰鹞山隧道衬砌结构开裂影响的数值分析

裂缝是隧道衬砌结构的主要病害之一,其中隧底围岩软化也会导致衬砌开裂。本文应用数值模拟方法,模拟分析隧底围岩不同软化程度和软化厚度的条件下,隧底围岩软化对隧道衬砌结构开裂的影响规律。结果表明:隧底围岩软化越严重,隧道衬砌结构拉应力越大,最先破坏位置为边墙最大跨处,与现场观测基本吻合。     

隧道混凝土裂缝声发射特性室内试验研究

隧道混凝土承受荷载大,内部发生形变和开裂损伤时会释放弹性波。因此,利用混凝土单轴拉伸试验,研究混凝土在不同轴拉荷载路径作用下的声发射特性,对隧道混凝土裂缝检测有重要意义。采用声发射（AE）仪器采集了加载过程中混凝土内部的声发射信号,在拉应力接近峰值之前,混凝土内部产生的声发射信号较少,当拉应力达到峰值后,混凝土内部声发射信号开始剧烈增多,声发射幅值较高,试件表面的微裂缝逐渐扩展为宏观裂缝。试验结果表明,声发射特性与混凝土损伤开裂特征相吻合,声发射能够对隧道混凝土内部断裂损伤进行有效探测。     

路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究

研究不同荷载作用下,高速铁路路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性。钢轨及道床板中钢筋用梁单元模拟,道床板、双块式轨枕、支承层以实体单元模拟,钢轨与道床板、道床板混凝土与钢筋、支承层与路基之间的连接用弹簧单元模拟,建立了可考虑混凝土开裂的路基上双块式无砟轨道三维有限元力学模型,分析了自重荷载、列车垂向荷载、不沉匀沉降荷载、温度梯度荷载作用下道床板的空间力学特性。结果表明:温度梯度荷载对混凝土纵、横向拉应力的影响最为显著;在列车荷载、不均匀沉降及温度梯度荷载作用下,钢筋纵向拉应力均超过了20 MPa;不同荷载作用下,支承层厚度、支承层弹性模量、道床板厚度等参数变化对混凝土和钢筋力学特性的影响不同;混凝土和钢筋纵向拉应力随着道床板裂缝间距的增加而增大。     

隧道衬砌养护台车设计及研究

隧道衬砌结构病害严重影响着隧道运营安全。衬砌混凝土浇筑属于大体积混凝土浇筑,所以如果不能及时进行养护,可能会导致混凝土表面开裂等病害出现。衬砌混凝土养护需要选择合理的养护方式,并且能够实现对养护温度、湿度和时间等智能控制,从而提高隧道衬砌混凝土施工质量。依托京张高铁某隧道工程,研发出一种用于隧道衬砌养护的专用设备—隧道衬砌养护台车。该设备能够实现养护区域内温度、湿度智能控制,满足混凝土养护对于温度和湿度的要求,从而可以提高隧道衬砌养护质量。通过工程实践,与传统养护制度对比,衬砌经养护台车养护后,表面强度提高百分比达到预期,碳化深度明显降低。     

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。