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.     

京张铁路超大断面隧道衬砌混凝土制备技术

针对新建京张铁路长城车站超大断面隧道衬砌的结构特点和环境条件,通过优选原材料、优化混凝土配合比、微集料填充、温度收缩与干燥收缩补偿等途径,试验配制出高充填性、低水化热、低收缩和高密实的衬砌混凝土;提出了自粘式保湿养护膜与充气式气模相结合的新型养护措施,有效解决了衬砌混凝土养护不足的问题。采用优化后混凝土配合比在长城车站进行了试用,优化后混凝土温度峰值为53.4℃,30 d龄期时实体混凝土未出现开裂现象,混凝土气体渗透系数为0.24×10-16m2,仅为优化前混凝土的12%。     

基于混凝土强度的高地热隧道隔热层厚度研究

随着“长大深”隧道的发展,越来越多高地热隧道得以建设。高地热作为典型的不良地质之一,不仅会给隧道施工带来不便,还会严重危害隧道结构的安全。为减小高温对高地热隧道的不利影响,首先,调研相关文献,明确了温度与衬砌混凝土强度之间的关系;然后,以西部高原地区某高地热隧道为依托,使用Comsol数值模拟软件建立该隧道的温度场计算模型。通过数值计算得到各工况下衬砌混凝土的平均养护温度,并将其与强度相对应,并从保护衬砌混凝土强度的角度研究了各工况下不同厚度隔热层的作用。研究得到以下结论：(1)根据他人试验结果总结发现,隧道施工时应保证混凝土养护温度低于40℃,否则会严重降低衬砌混凝土的强度;(2)提出高地热环境隧道施工时隔热层的选取方案,55℃以下的地温段,无需使用隔热层;55～65℃地段,推荐使用3 cm隔热层;65～75℃地温段,使用5 cm隔热层;75～85℃地温段,若能保证洞内气温维持在28℃以内,使用5 cm隔热层,否则使用10 cm隔热层;高于85℃的地段,推荐使用10 cm隔热层。     

高地温隧道二次衬砌受力特性分析

研究目的:拟建川藏铁路的部分隧道工程施工过程中预计会遇到高地温(达30℃～80℃),高岩温将会给隧道工程的建设带来极大的挑战。本文拟通过衬砌外表面边界条件设定为固定温度约束(温度区间为30℃～80℃),利用ANSYS有限元软件建立三维荷载-结构模型,通过温度场和应力场的耦合,研究不同地温下、不同龄期的Ⅳ级围岩混凝土二次衬砌与Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌受力特性,分析与评价其安全性,从而提出相应的工程应对措施。研究结论:(1)随着地温升高,隧道二次衬砌各个部位的安全系数呈下降趋势,特别是当地温从30℃升为50℃时,衬砌安全系数显著下降;(2)地温高于60℃时,Ⅳ级围岩隧道混凝土衬砌安全系数将不满足设计规范要求;(3)地温为80℃时,Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌最小安全系数临近设计规范要求极值,位于衬砌墙脚附近;(4)地温超过60℃时,需设置隔热复合式衬砌;(5)本研究结论可为高温隧道的设计与施工提供参考。     

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。     

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。     

地面堆载作用下盾构隧道管片开裂行为分析

针对盾构隧道管片的非线性响应提出一种基于地层结构法的数值模拟手段,考虑土体、混凝土、钢筋和接触的非线性力学行为,将能够准确描述混凝土受拉压与剪切行为的总应变开裂模型赋予衬砌管片。针对实际工程的数值计算结果能够与隧道沉降及实际裂纹开展特征吻合,验证了该数值分析模型的有效性。引入最大裂缝宽度、开裂因子和开裂率等指标评价及预测衬砌开裂行为。研究结果表明:堆载作用下管环的主要损伤区扩展,深度增加,并萌生出宏观裂纹。基于对上、下行线开裂行为的对比分析可知堆载高度和堆载偏移距离对管片开裂行为有重要影响。     

高地温隧道修建关键技术研究

随着我国交通基础设施的不断增多,高地温地区修建隧道逐渐成为工程界遇到的新难题。依托拉日铁路,提出高地温地区隧道选线原则和隧道施工降温除湿等系列技术;通过XRD衍射和SEM试验,探明特高地温隧道模拟养护条件下混凝土抗氯离子渗透性能和抗碳化性能低于标准养护的原因;通过高地温隧道温度场和结构影响规律研究,因地制宜提出高地温隧道合理有效的施工组织模式;制定合适的隧道支护体系、混凝土配合比及衬砌结构防裂措施,同时提出保温隔热层、衬砌内置冷却管、耐热型复合防水板及新型防水材料等隧道隔热防水措施。     

株六铁路怀大段隧道衬砌开裂的整治

在株六铁路怀段施工期间，曾先后有6座隧道发生衬砌开裂，有的甚至导致隧道坍塌，在对衬砌开裂原因的研究分析的基础上，针对不同的开裂情况采取相应的整治措施。     

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。     

高地温隧道温度场的数值解

解决高地温隧道热害问题的前提是掌握隧道结构与高温围岩及隧道内空气间的传热规律。根据能量守恒定律,建立隧道空气-隧道衬砌-高温围岩的二维非稳态传热有限差分方程,分析季节性风温、不同程度高地温和铺设隔热层等对高地温隧道传热的影响。得到了隧道开挖后,围岩温度随自然风变化的规律、调热圈厚度变化规律和隔热层厚度对高地温隧道降温的影响等结果。研究所得结论可为高地温隧道施工及运营过程中的降温技术提供理论依据。     

甘塔斯隧道衬砌开裂原因探究

隧道二衬开裂常见的现象多为受到偏压、围岩沉降收敛、水压力大、养生不及时等作用而出现。本文通过一系列的调查统计数据,揭示一种罕见的二衬开裂现象,指出了在缺少土工布和防水板的情况下,由于二次衬砌混凝土收缩徐变,隧道二次衬砌与初期支护之间的摩擦力是导致二次衬砌开裂的主要原因。     

桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂行为研究

以桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道为研究对象,基于混凝土早期性能发展基本理论,利用Ansys建立三维温度场与应力场分析模型,考虑养护方法、拆模龄期、拆模温度与钢筋直径等参数影响,对双块式无砟轨道早期开裂行为进行数值模拟。结果表明：无砟道床不同位置处混凝土主拉应力整体呈循环上升趋势;拆模前后混凝土应力时程曲线波动程度差异较大,拆模后4 h内道床混凝土主拉应力时程曲线出现明显增长。合理选用养护方式可有效降低道床板早期开裂风险;伴随着拆模龄期的延长与拆模温度的升高,拆模后无砟道床4 h内温度改变量与道床混凝土开裂风险均呈降低趋势;相同配筋率下,减小钢筋直径可降低桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道早期开裂风险。     

青沙山隧道衬砌开裂补强处理

文章介绍青沙山隧道衬砌开裂情况,通过追溯当时的施工及地质状况,经对裂缝形态的观测和发展状况的量测,分析开裂产生的原因,提出有针对性的加固方案和施工工艺,对青沙山隧道衬砌开裂进行了成功的补强处理。     

青沙山隧道地温场测试与分析

采用埋入式铂金属热敏电阻测试方法,对地处青藏高原东部的青沙山公路隧道地温场进行现场实测与分析。结果表明:隧道洞口段,当环境温度较低时,地温差值分布明显,隧道进出口段衬砌背后出现相当长时间的负温;隧道洞内段,11月至次年3月,环境温度与所测地温相差很大,4月至7月,地温不稳定,围岩内各测点的温度曲线按位置重新进行调整,低温曲线上升到最高温处,高温的曲线则到达最低温处;7月至11月,隧道进口端地温下降曲线同隧道区环境温度变化同步,而隧道出口端地温比该处隧道内环境温度滞后;在冬季,衬砌内温度始终呈现倒U型,从隧道口向隧道中间,地温是上升的,地温上升呈现进口幅度小,出口幅度大,在低温度月份进口温度稍高于出口温度,在较高温月份进口温度低于出口温度;随着围岩深度的加深,温度是增加的,浅处的温度增量要大于深处;围岩内隧道径向存在某一比较稳定的温度边界条件。     

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。     

隧道衬砌拱顶带模注浆新材料的相容性和结合性试验研究

针对隧道拱顶脱空问题,采用传统的水泥浆作为回填注浆材料,带来与衬砌混凝土之间因收缩变形、相容性和结合性不足,导致隧道拱顶仍出现脱空、开裂等质量缺陷,项目实验室研发出一种隧道拱顶微膨胀砂浆回填注浆材料,在此基础上系统研究了回填注浆材料与衬砌混凝土之间的相容性和结合性能。结果表明:所研制的高流动性微膨胀充填砂浆与衬砌混凝土在施工性方面完全兼容;微膨胀砂浆和衬砌混凝土之间的结合体的抗压、抗折强度均高于混凝土的强度;微膨胀砂浆的抗裂性能优于混凝土,在衬砌厚度不足时,微膨胀砂浆与混凝土结合体能够替代衬砌混凝土,达到整体的结构性能且满足设计要求。     

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。     

高铁大断面隧道衬砌智能化建造及质量控制技术

隧道智能建造技术作为中国“智能铁路”重要组成部分,引领了隧道修建技术的发展方向。为提高隧道施工智能化水平,保证衬砌及断面整体施工质量和使用寿命,以京张高铁八达岭隧道为背景,提出了一系列复杂大断面隧道衬砌智能化建造及质量控制技术。二衬结构混凝土智能振捣和浇筑技术可实现混凝土的自动化施工,减少现场作业人员50%,降低现场数据记录耗时90%;自主设计了一套以智能温湿控制系统为核心的衬砌智能养护台车,智能控制和调节养护区域内温度和湿度,显著降低人工投入和减少人为质量缺陷,提高施工效率;提出二衬防脱空自动报警、防顶裂技术,有效防止衬砌空洞和开裂的发生,使空洞发生概率由16%降为6%,二衬开裂概率由22%降为8%;衬砌智能化建造及质量控制技术在新八达岭隧道的成功应用,提高了隧道衬砌的施工质量水平和综合管理能力。     

昌福铁路隧道病害整治

南昌至福州铁路隧道断层破碎带、岩爆、软岩变形、强富水等不良地质非常普遍,隧道出入口埋深较浅,围岩破碎,在隧道施工中出现了衬砌开裂、衬砌背后空洞、隧道渗漏水等病害。通过对此隧道病害的现场调查研究,并结合国内相关资料,针对衬砌开裂出现的三种不同情况,分别采用了锚固注浆、碳纤维加固以及嵌填沟槽后注浆加固等措施,采用压浆填充、封堵防水方法整治隧道衬砌背后空洞和渗漏水病害。整治措施实施后在隧道运营前变形已经趋于稳定,证明采取的处理方法合理有效。