隧道混凝土结构耐久性的环境影响因素及措施对策

铁路隧道设计规范明确提出隧道建筑物按100年使用年限设计[1],其混凝土结构设计应考虑耐久性问题。分析影响隧道混凝土结构耐久性的主要环境因素,提出从原材料选用、混凝土配合比设计、结构构造设计要求、施工质量控制、检测与维修等方面应采取的措施,以提高混凝土结构的耐久性,满足设计使用年限的要求。     

隧道主体结构混凝土耐久性探讨

论述混凝土碳化、混凝土冻融破坏、腐蚀性介质侵蚀等影响隧道主体结构混凝土耐久性的主要因素。隧道主体结构混凝土的劣化与混凝土设计、施工,混凝土原材料及配合比、环境影响有关。通过对影响混凝土耐久性的因素分析,提出在水泥和矿物掺和料选择、混凝土配合比设计、混凝土浇筑温度和振捣、二次衬砌混凝土合理拆模时间,选用合理养护方法、表面处理和防护方面的工程措施;提出将提高混凝土耐久性的技术途径和添加纤维素纤维增加二次衬砌韧性来提高混凝土的抗裂性作为隧道主体混凝土结构耐久性的研究方向。     

客运专线铁路隧道行车的舒适性、安全性及其工程措施探讨

研究目的:根据《中长期铁路网规划》,我国规划修建的客运专线铁路隧道将超过1 000 km,本文以“安全、优质、高效”地建设好客运专线铁路隧道为目标,着重研究、探讨了客运专线铁路隧道工程建设的有关技术措施。研究方法:以满足客运专线高速行车的舒适性和安全性为切入点,分析了客运专线铁路隧道的工程和结构特点,从缓解空气动力学效应,确保隧道结构的耐久性和大断面隧道施工安全等方面,阐述了客运专线铁路隧道具体的工程建设措施。研究结果:与常速铁路隧道相比,客运专线铁路隧道具有其显著的工程和结构特点,建设过程中,必需在借鉴以往工程经验的基础上,不断总结、完善,形成具有其技术特色的措施。研究结论:合理设置隧道断面和结构形式,加强隧道底部仰拱和填充混凝土结构,确保复合式衬砌隧道结构的耐久性和适应超大断面隧道的工程特点,坚持信息化施工原则等,是做好客运专线铁路隧道建设的技术关键。     

考虑环境作用的复合式衬砌结构设计方法探讨

研究目的:环境作用对复合式衬砌山岭隧道的初期支护和二次衬砌材料性能有不同的影响,特别是对于喷射混凝土,由于其厚度较薄,除考虑环境的接触性侵蚀外,渗漏溶蚀对材料性能的影响不可忽视.本文结合隧道工程的特点,提出复合式衬砌结构的设计方法需根据具体的环境作用条件.研究结论:隧道喷射混凝土厚度较薄,当水压力较大时,由于渗漏所产生的溶蚀将非常严重,在设计中必须加以考虑;不同环境条件对初期支护耐久性的影响不同,设计方法应根据环境介质的侵蚀性、水压力大小、水量大小等因素综合确定;对于以初期支护为主要承载结构的设计方法,仅仅依靠隧道施工期间的监测结果不足以评价整个使用年限内的安全性.     

铁路客运专线隧道修建技术

研究目的:通过对客运专线隧道设计、施工各个方面的分析,总结归纳形成铁路客运专线隧道的关键修建技术.研究结论:空气动力学问题、断面及支护参数的确定、洞口型式、防灾救援、结构耐久性、防排水标准、施工方法等是铁路客运专线隧道的关键技术,采用扩大隧道面积和选择洞门型式或设置缓冲结构解决了隧道空气动力学问题,设置救援通道、紧急出口以及系统防灾救援设施解决了防灾救援问题,采用一级防水标准、耐久性混凝土以及合理的施工方法保证了施工和运营安全.     

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。     

客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工技术研究

研究目的:为了解决郑西铁路客运专线秦东大断面黄土隧道高性能混凝土的施工技术难题,就该隧道混凝土原材料选择、配合比设计、混凝土施工机具配套、混凝土施工工艺以及混凝土质量检测等方面进行了研究,从而得出满足客运专线大断面黄土隧道混凝土施工质量要求的施工技术.研究结果:通过本课题研究,选择了合理经济的高性能混凝土配合比设计方案,满足了耐久性指标要求,并得出适合长大黄土隧道混凝土的施工机械配套和施工工艺,总结出了客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工技术,进而确保快速、高效地实现工程质量和工期目标.     

考虑隧道施工参数变化时地层变形的时空统一计算方法研究

目前隧道施工地层变形的计算没有考虑变形的时空发展过程,更难以考虑隧道施工参数变化对变形的影响。本文基于随机介质理论,从单元开挖引起的地层下沉出发,考虑隧道上部地层变形随隧道施工的时空发展过程,通过理论推导,建立能考虑隧道施工速度、地质条件、施工地层损失等施工参数发生变化时地层变形的统一计算公式。工程算例分析表明,本文推导的计算方法具有较好的可靠性。进一步通过工程实例计算,对隧道施工参数变化时地层变形的变化规律进行研究;当隧道施工过程中地质条件和施工参数发生变化时,在隧道地层变化的交界面处会产生沿隧道纵向的地层永久变形。     

武广铁路客运专线耐久性混凝土施工技术

为了实现武广铁路客运专线混凝土工程使用寿命百年的目标,常采用耐久性混凝土技术.提出应用优质原材料,合理胶结材料用量和低水胶比的配制思路,辅助加强施工过程控制、养护维修以及跟踪监测等手段来实现.耐久性混凝土具有显著抗氯离子渗透性能、抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性以及抗碱一骨料反应性等性能.应用具有上述特征的耐久性混凝土施工重要的桥梁隧道等混凝土结构物,取得了令人满意的结果.     

沼气对盾构隧道的影响及施工控制措施

浅层沼气灾害是盾构隧道在施工过程中遇到的问题之一.沼气在一定的浓度范围内遇火会发生火灾和爆炸;沼气的释放会引起地层结构的变形,并使土层的工程性质发生变化.这些都会对盾构隧道中施工人员的安全和隧道结构的稳定性造成影响.通过工程现场调查,结合国内研究现状,阐述了沼气对盾构隧道的影响模式,并相应地提出含沼气土层的盾构隧道施工对策:施工前对沼气进行释放;施工中进行监控;采取一定措施,增加隧道结构的密封性;对电器设备进行防爆改造.     

青藏铁路耐久性混凝土施工工艺

研究目的：针对青藏铁路的地理位置处于青藏高原，自然环境非常恶劣，气象条件复杂多变，混凝土的耐久性要求很高的情况，为了确保混凝土施工质量，耐久性混凝土施工工艺进行研究。 研究方法：根据混凝土的耐久性要求，通过试验室试验和工程现场试验得出基本参数，通过工程应用验证其科学性。 研究结果：在青藏铁路施工中，严格按本文施工工艺施工，有效地控制了混凝土质量。 研究结论：耐久性混凝土施工要严格控制配合比的准确性，施工条件发生变化时要及时调整配合比。另外，对混凝土的振捣、养护要求也较普通混凝土严格。施工前要对施工人员进行培训，高标准、严要求。     

浅谈客运专线高性能混凝土施工

研究目的：高性能混凝土在铁路客运专线施工中被广泛采用，克服高性能混凝土特点引起的性能缺陷，确保客运专线工程的100年使用寿命。 研究方法：结合武汉天兴洲长江大桥施工中混凝土工程的实际应用，进行高性能混凝土配合比的设计、试配及施工控制，配制出高强度、高耐久性、低徐变、体积稳定性好的高性能混凝土。 研究结果：高性能混凝土配合比设计中，应将胶凝材料用量控制在500kg／m^2以下。配合比中水胶比、砂率、外加剂等因素会对混凝土的强度、和易性、坍落度等不同方面造成影响。 研究结论：选择合理的施工配合比及施工控制措施，使混凝土达到最密实状态，不但有助于降低工程制造成本，提高混凝土强度，而且混凝土内部空隙少，能抵抗外来腐蚀介质的侵入，保护钢筋，大大提高混凝土耐久性，确保工程质量。     

节段预制拼装桥梁耐久性设计要点研究

研究目的:在国内节段预制拼装桥梁正处于发展时期,这类桥梁有着自身的特殊性,其耐久性方面必须引起足够重视,特别是需要重点处理好节段拼缝和预应力体系的耐久性设计。结合国外有关预制拼装桥梁耐久性设计、施工措施及国内桥梁的设计实践经验,本文针对这类桥梁节段拼缝和预应力体系的耐久性设计,提出关键性技术建议,以供设计和施工时借鉴。研究结论:节间接缝的耐久性设计应注意合理设置节间缝的道数和位置,做好节间缝剪力键的构造设计,同时充分重视接缝环氧胶的性能指标要求。对于其预应力体系,应按全预应力体系进行设计,结构设计计算及预应力配束应符合节段预制拼装的技术特点,预应力管道灌浆应严格控制质量,有体外索设置时应注意减振和防腐处理。     

客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工技术研究

研究目的：为了解决郑西铁路客运专线秦东大断面黄土隧道高性能混凝土的施工技术难题，就该隧道混凝土原材料选择、配合比设计、混凝土施工机具配套、混凝土施工工艺以及混凝土质量检测等方面进行了研究，从而得出满足客运专线大断面黄土隧道混凝土施工质量要求的施工技术。研究结果：通过本课题研究，选择了合理经济的高性能混凝土配合比设计方案，满足了耐久性指标要求，并得出适合长大黄土隧道混凝土的施工机械配套和施工工艺，总结出了客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工技术，进而确保快速、高效地实现工程质量和工期目标。     

隧道衬砌混凝土养护工艺研究

养护的温度、湿度、时间是保证混凝土养护质量的关键,及时有效的养护是提高隧道衬砌混凝土强度和耐久性的必要手段。隧道衬砌混凝土的养护应在拆模后立即实施,才能保证混凝土质量。以强度作为养护效果的评价标准,从养护效果的优劣上讲,标准养护>洒水养护(人工)>喷雾养护>喷淋养护>养护剂养护>半自然养护。推荐喷雾养护(非雾炮车)和喷淋养护作为隧道衬砌养护的主要手段。采用喷淋养护时会造成混凝土表面强度的降低,当采用回弹法作为主要手段进行检测时应引起注意。隧道拱顶布管自动喷淋养护、隧道拱顶布管双流体养护、喷雾养护系统等几种新型养护工艺有其科学合理性,值得推广应用。     

湿喷微纤维混凝土技术在客运专线大断面黄土隧道中的应用

研究目的:随着我国铁路运输事业的发展,大断面的长大隧道工程经常涌现。因此新奥法施工的应用亦更加广泛。作为新奥法支柱之一的喷锚支护施工工艺日趋成熟。应从干喷、潮喷和湿喷混凝土的优缺点出发,施工机具的应用以及施工工艺、质量控制等方面加以总结。研究结果:总结出了大断面砂质黄土隧道喷射混凝土施工工艺的选择、机具配套、混凝土配合比的设计以及喷射混凝土质量监控和如何减少回弹量等措施,对类似工程有较强的借鉴意义。     

京张高铁八达岭长城站耐久性设计方法及措施

为了提高隧道及地下工程的耐久性,降低地下工程运营期维修养护的成本,采用系统分析法研究地下工程的耐久性机理,提出地下工程结构耐久性的计算模型及其定量化设计方法。隧道结构的耐久性取决于初期支护和二衬承载力的衰减,初期支护承载力的衰减将引起二衬荷载的增大,隧道结构耐久性的安全系数可采用二衬承载力与其荷载的比例来表示,当二衬荷载增长曲线与其承载力衰减曲线相交时,隧道结构达到承载力极限状态,此时也即为隧道耐久性的设计使用年限。八达岭长城站支护体系设计中,采用围岩长期自承载的设计理念,利用长寿命初期支护加固围岩,形成持久的围岩自承载拱,长期承担全部围岩荷载,二衬作为安全储备。同时,增加锚杆注浆保护层的厚度和密实度、设置居中定位器来提高锚杆的耐久性,采用分段高压注浆来提高锚索的耐久性,采用中低热水泥、Ⅰ级粉煤灰、多级配整形骨料、控制入模温度、优化配合比、进行保湿保温养护等措施提高二衬混凝土的耐久性,形成长寿命支护结构体系。     

铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究

研究目的:解决新建隧道近距离穿越既有隧道时,既保证新建隧道施工安全,又能使既有线正常运营的问题。研究方法:针对温福铁路头岭隧道下穿既有高速公路隧道工程的实际情况,结合国内外研究成果和国家现有规程,在分析既有隧道健全度及施工对策的基础上,对交叉点附近新建隧道的施工方案及既有高速公路隧道的监控量测措施进行了分析研究。研究结果:得出了几种施工技术和相应的参数、控制标准。研究结论:(1)近距离爆破振动施工可能会产生严重危害,必须引起高度重视,因此,头岭隧道穿越段施工之前,应对既有隧道衬砌强度、衬砌背后空洞分布、衬砌抗震性等进行必要的评估,制定爆破振动控制基准,进行合理的爆破参数研究。(2)在新建隧道掌子面推进到离交叉点3~4倍洞径时,应开始做好既有隧道内的监控量测,通过监测分析结果,合理调整开挖方法、爆破参数及起爆方式,确保既有隧道安全。(3)交叉段施工完成之后,对既有隧道交叉点附近隧道衬砌结构应重新进行安全性评价,确保既有隧道不会因时间推移而产生破坏。     

青藏铁路西格二线混凝土冻融试验研究

研究目的：由于工期的要求，青藏铁路新增西宁至格尔木段必须进行冬期施工。为了保证西格线的施工质量，需要对冬期混凝土施工进行可行性研究。研究方法：本文从分析混凝土冻融机理开始，先进行基础试验，然后通过调整引气剂掺量、调整水胶比大小、砂率大小、粉煤灰掺量大小、粗集料的级配、细集料细度模数大小、混凝土搅拌温度、静停时间、以及其它影响因素来研究含气量对混凝土耐久性的影响而进行了大量的试验。研究结论：混凝土含气量随引气剂掺量的增加而增大，随水灰比的减小而减少，随砂率的提高，含气量逐渐增多，随粉煤灰掺量的增加，混凝土含气量急剧变小，随石子粒径变大，含气量变小，单粒级骨料混凝土含气量比连续级配骨料混凝土含气量低，用中砂的混凝土含气量高而且比较稳定，随温度升高而降低，振捣时间越长，含气量损失越大，搅拌时间太短会导致引气数量不够，时间太长会导致气泡的损失。然而随着含气量的增加混凝土强度呈递减趋势。因此，选择适宜的混凝土含气量是保证混凝土耐久性的关键。