大断面隧道拱顶脱空钢板加固机理及效果研究

为研究黏钢加固对大断面隧道拱顶衬砌脱空的加固机理,基于某大断面隧道拱顶脱空加固方案,建立三维有限元模型.模型考虑结构胶固定、化学锚栓固定、结构胶与化学锚栓共同固定钢板3种工况,分别分析化学锚栓、钢板与衬砌的受力特性,探究钢板加固机理,并在此基础上优化加固方案.结果 表明:钢板加固是一种有效的拱顶脱空病害处治措施,可降低脱空衬砌不利拉应力,提高了结构的承载能力,防止衬砌掉块脱落.不同的钢板加固方案对衬砌的加固效果有所差异,当仅使用化学锚栓时,衬砌最大主应力下降22.7％;当仅使用结构胶时,最大主应力下降了41.6％;当同时使用结构胶和化学锚栓时,衬砌最大主应力下降了49.3％.在加固结构中,化学锚栓主要受环向剪力,钢板主要受环向拉力.在加载过程中,结构胶先于化学锚栓起到传递衬砌应力的作用.当存在结构胶时,化学锚栓对钢板的锚固效果有限.基于模拟结果,对现有的加固方案进行了优化,并设计了相应的施工流程,提高了化学锚栓的使用效率.     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验

为明确波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵的力学性能及机理，采用室内两点加载试验，对波纹钢管加固的未破坏、部分破坏和完全破坏的混凝土管涵进行研究，获得加固管的荷载-位移曲线、破坏特征和截面应变分布，基于破坏特征和截面应变分布假设加固系统为套管体系（Ⅱ类管），根据变形协调条件推导极限承载力的估算公式，并论述套管体系中各个管体的荷载分配机制。研究结果表明：波纹钢管不同程度地提高了混凝土管涵的承载能力和刚度；加固后的复合管为套管体系，荷载分配依据各个管体的环刚度大小，加固管极限承载力的计算值与实测值之间的误差小于10%；只要待加固的混凝土管涵未完全破坏，波纹钢管对钢筋混凝土管的加固效果相近，即部分破坏与未破坏的钢筋混凝土管涵采用波纹钢管加固后的承载能力相近，而完全破坏的钢筋混凝土管涵加固后的承载力较低；填充层不仅起到黏结作用，而且在荷载分配方面起着重要作用；当钢筋混凝土管涵从未破坏到完全破坏时，填充层所分担的荷载迅速增加（由30%增至80%），而波纹钢管分担的载荷仅略有增加（由7%增至18%）；当填充层的刚度从0增加到35 000 MPa时，填充层所分担的荷载从0增加到58%，钢筋混凝土管涵分担的荷载从69%下降到29%，波纹钢管分担的荷载由31%下降到13%。     

锚栓—钢板法对既有RC结构加固效果的试验研究

作为一种新型钢筋混凝土结构加固方法，锚栓－钢板法与既有的钢板－粘结剂法不同，锚栓－钢板法是在既有构造物上找设锚栓，用其将钢板固定，使构造物与钢板成为一个可共同受力的整体。经过上述一系列试验，确认锚栓一钢板法是一种有效的既有钢筋混凝土构造物的加固方法。     

高速铁路隧道接触网下锚段关节处衬砌补强设计与受力分析

为了解决已完工隧道接触网下锚关节与中心锚结处混凝土强度满足悬挂吊柱受力要求,运用“化学锚栓锚固+钢板+斜撑”的方法对下锚段接触网关节处与中心锚结锚臂安装处衬砌混凝土进行补强加固处理。同时,利用混凝土刚度计算、吊柱受力计算、FLAC3D3.0有限元数值模拟,与已实施的补强加固情况进行对比,表明计算分析与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可行性、安全性,取得了很好的社会效益及经济效益,为今后类似工程的施工提供了技术支撑与理论依据。     

波纹钢板加固盾构隧道衬砌管片抗弯性能试验研究

为提高既有隧道结构承载力及刚度，对盾构隧道衬砌管片进行波纹钢板加固，并采用足尺试验方法，对2块加固管片与1块未加固管片进行2点抗弯加载，分析加固管片的受力过程、破坏模式以及加固机制，并对其加固效果进行总体评价。试验结果表明： 1）波纹钢板加固是一种有效的加固方法，可以有效提高管片极限抗弯承载力及刚度； 2）加固后管片破坏模式为斜截面受剪破坏； 3）加固钢板与管片界面间存在较大剪切应力与径向剥离应力，应设置有效的抗剪及抗剥离构造措施。     

锚栓钢板法加固RC梁桥的计算方法

锚栓钢板法是在既有ＲＣ梁桥受拉边缘打设锚栓，用其将钢板固定，使ＲＣ梁桥与钢板构成一个可共同受力的一次超静定结构体系。采用极限状态法设计钢板面积，用力法原理建立了锚栓钢板法加固ＲＣ梁桥的分析计算迭代公式。结果表明，计算方法可靠。     

UHPC在隧道衬砌裂损整治中应用的可行性及性能要求研究

为解决隧道二次衬砌裂损整治中面临的净空限制等问题，提出采用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土作为衬砌补强材料，并对其可行性及材料力学性能要求进行系统研究。基于异性材料叠合梁理论对裂损衬砌和加固层的共同受力机制进行研究，得到加固材料的力学性能与结构受力特征之间的关系，从而得到加固工程对加固层厚度及UHPC力学性能要求； 在此基础上，提出一种实体单元应力和内力换算的计算方法，并通过有限差分法数值模拟，对衬砌与加固材料之间结合面的受力特征进行分析，从而得到加固工程对UHPC和普通混凝土之间黏结强度的要求。研究结果表明： 对于承载力损失不超过40%的衬砌，可采用UHPC进行加固； 对于承载力损失不超过15%的衬砌，UHPC的使用可将加固层的厚度减小到10 cm左右。     

粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究

为探究粘贴钢板(简称粘钢)加固盾构隧道衬砌的承载性能和破坏机理,基于上海实施的内张钢圈加固管片衬砌结构试验,建立三维实体精细有限元模型,讨论了通缝隧道衬砌粘钢加固后的力学行为、变形特性和破坏模式,验证了数值仿真手段的可靠性。在此基础上,对广州地铁1号线某区间错缝盾构隧道钢板加固案例展开模拟,评价加固效果。研究结果表明:精细有限元模型能较好地模拟钢板与管片衬砌的共同承载特性,真实反映接头等细部构造的变形及力学指标;粘贴钢板加固后衬砌结构破坏的直接原因是钢板与管片混凝土间环氧树脂黏结失效,呈现明显的脆性特征,常规变形监测难以起到预警作用,应着重关注钢圈与混凝土间黏结状态;某病害错缝盾构隧道进行粘贴钢板作业后承载力提升约59.0%,加固效果显著。研究成果可为相关隧道加固方案的设计与实施提供指导和参考。     

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。     

三维激光扫描技术在隧道钢波纹板套衬加固中的应用研究

钢波纹板套衬加固后隧道原有断面净空面积减小且突变，为准确掌握隧道加固后净空变化具体信息，提出采用三维激光扫描技术对钢波纹板套衬加固前后的隧道段分别进行扫描，建立包括外业扫描和内业处理的标准化工作流程。结果表明： 1）加固前隧道实际轮廓与设计存在一些偏差，不能直接利用设计资料加工钢波纹板； 2）三维激光点云数据处理结果不仅可以用于指导钢波纹板分段精细化加工，还可通过嵌套对比获取加固前后隧道净空变化信息，达到2次扫描即可实现工程情况全息掌握的目的； 3）钢波纹板套衬加固后隧道断面轮廓仍能满足隧道建筑限界要求，最大值位于隧道拱顶处，为20.9 cm。     

隧道波纹钢板套衬接头抗弯性能有限元分析

为进一步探讨隧道波纹钢套衬结构纵向连接接头的安全性和适用性问题，对不同型号拼装式波纹钢板纵向接头抗弯力学性能进行研究，选取200 mm×55 mm、300 mm×110 mm和400 mm×150 mm 3种型号波纹钢板试件进行接头抗弯数值模拟。共设计12种工况，对比不同规格螺栓的应力分布规律、变形破坏形式及不同螺栓预紧力条件下的法兰板极限承载力及变形破坏特征，就螺栓应力、跨中挠度、极限承载力、法兰板接缝张开量及塑性破坏等方面进行深入分析。研究结果表明： 1）螺栓主要受拉弯变形，内侧螺栓较外侧螺栓受力更大，率先达到屈服状态； 2）接头薄弱点主要在于法兰板，其更容易发生变形破坏； 3）螺栓预紧力对波纹钢板的极限承载力、跨中挠度及接缝张开量均有一定的影响； 4）大波形波纹钢板极限抗弯承载能力约为深波形和中波形的1.36倍和1.67倍。     

引松供水工程大直径压力钢管衬砌施工技术

引松供水工程4标段隧洞衬砌形式分为钢筋混凝土衬砌及压力钢管衬砌。钢管衬砌施工段距隧洞出口长度约为5.55 km，钢管衬砌直径为5.61 m，与隧洞内径最小间距仅为30 cm。为解决在狭小空间内大直径钢管运距长、定位精度低、支撑不牢固和拱顶填充不密实等技术难题，通过分析、总结影响压力钢管衬砌快速施工的因素及解决措施，对比研究多种施工方案，结合工程实践，提出并研制液压轨行式钢管运输台车，同时采用自密实混凝土及米字型支撑加固等一系列措施确保压力钢管满足快速衬砌施工的条件。经工程验证，该措施能够有效解决上述难题，不仅提高了施工效率，而且减小了主线工期压力，为本工程的顺利通水奠定了坚实的基础。     

寒区隧道洞口衬砌开裂和道床冰害原因分析及整治

为解决寒冷地区隧道内部产生的冰害问题,以东北地区某铁路隧道为例,采用综合分析的方法,对案例隧道洞口衬砌开裂、渗水以及道床冰害产生的原因进行研究,并提出相应的整治措施。研究结果表明:1)隧道洞口围岩衬砌开裂主要由围岩冻胀力引起,采用喷涂保温层+防火砂浆的保温措施以及锚杆补强和裂缝嵌补的结构措施可以有效避免衬砌的开裂;2)引起道床冰害的洞内水主要来源于洞口路堑的积雪融化水和仰拱局部渗水,采用双侧水沟布设电加热设施、洞口道床底部设置小型挡水坝并加设横向电加热设施和进口路堑位置及路堤零填段设置挡雪设施的措施可以有效解决道床冰害问题。     

地铁隧道新型初期支护结构支护参数敏感性正交数值模拟试验

为研究喷混等级、波纹钢板厚度、砂浆锚杆长度和间距4 种主要因素对隧道围岩稳定性的影响程度,以广州市轨道交通22 号线横沥站至番禺广场站暗挖区间隧道工程为研究背景,把正交试验法与地下工程有限元法结合应用于隧道支护参数的优化,并设计了9 种试验工况,通过极差分析优化锚喷支护参数和波纹钢板厚度,利用结构内力验算安全系数确保其满足设计要求。研究结果表明: 针对广州地区典型的上软下硬地层,分析了不同支护参数组合下的围岩及支护结构受力变形规律,得出了优化后的支护参数;通过极差分析得到混凝土等级为重要影响因素,在很大程度上影响了围岩的稳定性,而波纹钢板、锚杆长度和间距为次要影响因素。     

探地雷达在隧洞衬砌质量检测中的应用

通过对电磁波在隧洞混凝土衬砌中的反射特征进行研究,并结合具体工程实例,阐述在隧洞衬砌质量检测中根据波形记录和雷达图像如何识别混凝土衬砌脱空、钢支撑、钢筋及保护层厚度、衬砌渗漏、衬砌厚度及衬砌混凝土内部缺陷等反射特征,从而确定隧洞的衬砌质量。     

南水北调中线穿黄工程二次衬砌预应力环形张拉施工技术

南水北调中线穿黄工程地下隧道埋深大，达到50 m，从南向北分别穿过邙山和黄河漫滩，属于有压力承水隧洞。为了达到隧洞结构的安全要求，采用预应力混凝土保证通水过程的结构安全。隧道先由盾构法施工、管片拼装成型，再进行二次衬砌混凝土浇筑，在混凝土内部预埋波纹管，穿钢绞线对已浇筑的混凝土结构进行环形张拉预应力施工。介绍环形张拉的施工工艺、技术要求、重难点及处理技术，并通过模型计算及数据建立得出钢绞线伸长值和摩阻因数的关系。实践证明： 南水北调中线穿黄工程运用二次衬砌预应力环形张拉技术能够满足正常输水对结构的要求，确保输水工程的安全。