二衬背后空洞对衬砌结构影响的数值模拟研究

公路隧道运营过程中易出现二衬背后空洞现象,造成二衬开裂、渗漏水、承载力不足等危害。空洞的产生原因可能是地质、施工、混凝土材料、耐久性或与隧道周围环境发生反应等。采用数值模拟方法分别对空洞发展过程、不同空洞深度、不同埋深隧道条件下空洞对衬砌结构的影响进行研究。数值模拟结果表明,随着空洞的逐渐扩大、空洞深度增加和隧道埋深的增大,衬砌安全系数呈减小趋势,拱顶部分安全系数降低显著,二衬结构内力重新分布,空洞部分的弯矩增大而轴力会相应减小,围岩竖向位移增大。目前通常采用在隧道二衬背后注泥浆或混凝土的方式填充空洞。研究成果可为二衬背后空洞处治提供参考和借鉴。     

基于混凝土导电性的二衬拱顶空洞预防施工技术研究

二衬拱顶空洞成为二衬结构的主要病害之一,影响隧道全寿命正常运营,本文利用二衬混凝土中水分导电以及水泵自动控制限位器高灵敏度的特性,加工制作二衬空洞预防监测仪,通过在隧道拱顶部位预埋导电装置,实现施工过程对二衬拱顶空洞的预防监测。     

沪蓉西扁担垭隧道二衬补强加固处理方案的探讨及实施

针对部分隧道建成初期或投入运营若干年后二次衬砌混凝土出现的开裂现象,以及隧道修建过程中出现的大量裂缝甚至二衬掉块、坍塌现象。通过对沪蓉西扁担垭隧道ZK43+967拱顶偏左(行车向)处开裂和掉块处补强加固方案的比选和实施,对如何选择安全、方便、快捷、节省,保证人员和结构安全、施工方便、保证工期的方案进行了探讨,并介绍了一种比较简单、安全的运营期隧道的养护和维修方法。     

采空区沉陷对运营隧道结构的影响

为了评价采空区沉陷对运营隧道结构的影响,通过对运营隧道变形现场调查及原因分析,结合采动评估模型,对运营隧道结构变形进行研究。结果表明:隧道病害的主要原因是地表沉陷和水平位移,开采过程中会出现衬砌拉伸开裂、变形缝挤死、混凝土崩落、拱顶脱皮等危害性变形,应做好监测工作,设置变形缝;对部分二次初衬应做配筋;对隧底部分冒落带和导水裂缝带围岩进行注浆加固,可有效减少对隧道结构的影响。     

预防隧道二次衬砌脱空的新工艺

深入分析隧道二次衬砌脱空的原因,介绍当前浇筑隧道二次衬砌的新工艺,该工艺的应用利于预防隧道二次衬砌拱顶脱空的产生,对提高二次衬砌混凝土厚度的均匀性和混凝土的密实性无疑是有益的,值得推广。     

声振法在隧道二衬脱空检测中的应用

以怀邵衡铁路某段隧道二衬脱空检测为例,论述了声振法检测技术的基本原理,介绍了声振法在隧道二衬脱空检测中的应用,分析了脱空判定结果出现差异的因素,以期对今后声振法检测的深入研究提供依据。     

奉溪高速喜口池隧道病害分析及处治方案研究

喜口池隧道运营4年后出现路面及电缆沟严重变形开裂、衬砌渗漏水及开裂等病害现象,引起行车不适。为保障隧道结构安全和路面行车舒适度,确保隧道运营安全,需对隧道结构和路面病害进行检测和处治维修。为查清隧道病害现状,通过查阅隧道设计图纸、竣工文件等资料以及开展现场专项检测,结果表明,该隧道存在初支与二衬间脱空、二衬欠厚、仰拱填充不规范等未按设计图施作等行为,据此制定了隧道病害维修加固的工程措施,并已应用于隧道病害处治施工现场,取得了较好处治效果,供类似工程参考。     

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。     

云母片岩隧道二衬开裂特征数值计算研究

隧道工程在穿越不良工程地质区域时易诱发各类不良工程灾害问题,其中隧道二衬结构开裂作为其中典型工程问题对隧道施工及运营安全有着重要影响。研究区隧道处于云母片岩地层覆盖区域,在施工过程中多条隧道曾出现过二衬开裂问题,严重威胁隧道施工安全。为有效控制和预防二衬开裂问题,结合谷竹高速公路工程实例,通过现场调研、病害检测及数值计算相结合的方法,对二衬开裂类型、特征及成因进行了分析,结合研究分析结果对偏压、空洞、不均匀沉降等影响因素作用下的二衬开裂特征进行了数值计算,揭示不同成因下二衬结构开裂特征及规律,研究成果为确保谷竹高速公路片岩隧道及类似工程施工的安全及运营提供参考依据。     

二次衬砌结构拱顶处存在空洞或裂缝时的数值模拟

多种原因将导致隧道在长期运营过程中产生多种形式的病害,拱顶处存在空洞和裂缝是其中最常见的病害。本文采用ANSYS数值模拟分析软件对隧道拱顶处存在空洞或裂缝时二次衬砌结构的受力状态进行模拟分析,通过模拟分析得知,拱顶处的这两种病害形式将显著改变结构的受力状态,增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承担荷载。因此拱顶部位出现空洞和裂缝后,要加强对隧道裂缝变化过程的长期持续监测,密切关注其发展状态,同时应及时采取维护加固措施进行处理。     

基于温度效应的隧道二次衬砌混凝土结构力学状态分析

为了研究寒冷地区隧道二次衬砌混凝土结构在环境温度变化情况下的力学状态,基于振弦式混凝土应变计的测试原理,提出温差引起的误差修正公式,并采用数值模拟的方法,对隧道二次衬砌混凝土的温度应力进行了分析。结合陕西省吴堡至子洲段高速公路刘家坪3号隧道现场二次衬砌混凝土应变监测数据,研究了1年内环境温度变化情况下隧道二次衬砌混凝土的结构受力。结果表明:在温度的影响下,混凝土内部在冬季产生了比较大的拉应力,混凝土内侧拱顶产生压应力,其余部位内侧产生拉应力;混凝土外侧拱顶和边墙部位产生了比较大的拉应力,最大值出现在拱顶部位;混凝土的内外侧应力最大值为1.01 MPa,接近C25混凝土的设计抗拉强度1.33 MPa。     

二次衬砌结构拱顶存在空洞或裂缝的数值模拟

多种原因将导致隧道在长期运营过程中产生多种形式的病害，拱顶处存在空洞和裂缝是其中最常见的病害。本文采用ANSYS数值模拟分析软件，对隧道拱顶处存在空洞或裂缝时二次衬砌结构的受力状态进行模拟分析。通过模拟分析得知，拱顶处的这两种病害形式将显著改变结构的受力状态，增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性，不利于衬砌结构继续承担荷载。因此拱顶部位出现空洞和裂缝后，要加强对隧道裂缝变化过程的长期持续监测，密切关注其发展状态，同时应及时采取维护加固措施进行处理。     

基于分布式压密传感器的隧道衬砌防脱空主动监测

为解决二次衬砌脱空的问题，实现在浇筑过程中对衬砌脱空的主动监测，结合隧道二次衬砌衬背脱空的成因，研发基于分布式压密传感器的隧道衬砌脱空主动监测系统。该系统由分布式压密传感带、延长线、直显终端及工业电脑组成，具有原理简单、安装便捷等优点。通过在衬砌层间预埋分布式压密传感器，对浇筑过程进行主动监测，结合带模注浆技术，实现对衬砌脱空的精准注浆与快速处治，有效解决隧道衬砌脱空问题。在验证试验中，系统在浇筑过程中共发现2处拱顶空洞，证明该系统对脱空监测的有效性。同时，该系统在国内部分重点铁路线已经取得应用，现场应用情况表明，该系统对二次衬砌拱顶脱空的识别准确率可达到95.5%。     

基于有限元对某复工隧道初衬的安全性分析

依托某停工达6年的高速公路隧道工程,基于复工初衬病害检测,运用ANSYS有限元软件建立适于该隧道初衬病害及缺陷的模型,分别从初衬背后存在空洞、钢拱架锈蚀、喷射混凝土的厚度不足及开裂等缺陷病害对隧道V级围岩段初衬结构的安全影响进行了模拟分析。结果表明:隧道初衬结构中,病害缺陷处存在应力集中情况,初衬结构最大主应力随着各种病害的发展逐渐增大;初衬结构拱顶沉降变形随着钢拱架锈蚀、喷射混凝土的开裂及厚度不足病害缺陷的发展逐渐增加;隧道初衬结构的不同程度病害缺陷对其安全系数的影响呈非线性。应对病害加以治理,确保隧道     

监控量测在软岩大变形隧道施工中的应用

由于软岩单轴抗压强度普遍小于15MPa,多以破碎、松散和强风化状态赋存且具有可塑性、遇水膨胀性、流变性等特点,隧道开挖穿越软岩地段时,常伴随围岩变形量过大、支护出现病害等问题,严重制约了隧道结构的安全与稳定。通过监控量测技术对隧道软岩大变形段施工过程中围岩和支护结构受力位移情况进行动态监测与回归分析研究,得出隧道拱顶最大沉降量为257mm,需要提前采取围岩加固措施,在开挖第19d时施作二衬能有效抑制围岩和初支继续变形,且应力应变监测表明二衬是安全稳定的。     

隧道二次衬砌质量控制新技术

为解决隧道二次衬砌背后脱空、混凝土不密实、厚度不够、强度不足、施工缝开裂掉块等施工质量问题，依托在建的张吉怀铁路某隧道工程，施工中采用三维激光隧道扫描测量系统确保初期支护断面不侵限；采用激光定位和磁焊机焊接提升防水板固定效果；研发并使用新型台车分层逐窗自动布料系统，实现隧道拱墙衬砌混凝土自动分层逐窗浇筑；设置刹尖孔、拱顶安装防空洞监测装置和液位器装置，有效防治拱顶空洞；优化拱部振捣方式和施工缝施工工艺；制订并落实隧道二次衬砌质量管理新办法的技术和管理措施。通过以上措施，实现二次衬砌厚度零欠厚，拱部脱空率下降至5%以内，二次衬砌混凝土强度满足设计要求，总体施工质量得到大幅提高，为隧道施工和运营安全提供保障。     

基于声振法的隧道二衬脱空检测仪器设计研究

针对声振法在隧道二衬脱空检测中存在的不足，提出了一种新型的隧道二衬脱空检测仪器，旨在实现隧道二衬脱空声振法检测的规范化，降低检测成本和人工高空作业带来的风险，并在隧道二次脱空声振法检测中得到更准确的结果。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

带模注浆技术在阿尔金山公路隧道二衬脱空防治中的应用

随着工程施工技术的更新与不断提高,在山区高等级公路隧道建设中,复合式衬砌结构得到了普遍的应用。隧道二次衬砌拱顶脱空通病治理与质量控制一直困扰着建设者,本文就已在铁路隧道施工中应用的带模注浆技术,结合公路隧道实际情况做了进一步完善,并就完善后的带模注浆技术在阿尔金山隧道建设中进行了全面应用,本文对应用情况进行了分析与总结,为同类项目拱顶脱空通病治理起到一个抛砖引玉的作用。     

不同水头作用下双层初支的隧道结构分析

为研究不同水头作用下双层初期支护加二次衬砌防护体系的受力情况，以永福屯隧道为依托工程，通过FLAC 3D软件研究不同水压作用下隧道支护结构的受力规律，通过设置拱顶上方30 m、60 m、90 m、120 m等4种水位为4种不同水压作用下抗水压衬砌支护形式的支护结构的分析得出，拱顶位移、二衬弯矩轴力随着水头升高增大；当水压高到一定限值时，位移增长百分比不会变化；由于隧道的排水作用，隧道周围的水压力有不同程度的下降。