公路隧道衬砌背后空洞成因及规律研究

衬砌背后空洞是常见的公路隧道质量缺陷之一。衬砌背后空洞不但会恶化支护与围岩间的相互作用关系,还会给隧道结构带来巨大的安全隐患,是导致隧道衬砌结构产生病害主要原因。本文首先从设计、施工和养护3个方面系统地分析了衬砌背后空洞产生的主要原因,然后结合宁波地区11座公路隧道的无损检测数据对公路隧道衬砌背后空洞的变换规律进行了深入研究,研究成果可为国内外相关工程提供借鉴。     

存在衬砌背后空洞的隧道计算模型研究及应用

本文根据公路隧道衬砌背后空洞病害特征，在病害成因、病害形成过程与机理分析的基础上，利用接触方法建立了包含衬砌背后空洞的隧道计算模型，并初步分析了空洞形状参数对衬砌结构围岩压力和安全系数的影响。     

隧道衬砌空洞积水模型试验研究

文中通过模拟隧道衬砌空洞积水病害，使用探地雷达对其进行探测，得出雷达原始图像；利用软件分析原始图像得出积水高度，并与实际积水高度进行比较。通过试验得出利用探地雷达定量分析衬砌空洞积水高度是可行的结论。     

隧道衬砌背后空洞破坏机理及防治措施研究

结合中国隧道的病害特点,阐述了导致衬砌背后空洞的主要原因及其危害;用解析法分析了空洞对衬砌结构的破坏机理;根据空洞病害破坏特征及其相应的研究成果,探讨了空洞风险评估分级方法,并提出了相应的整治措施。     

衬砌背后空洞对隧道结构承载力影响的模型试验研究

在隧道的建设过程中,因地质条件、施工等因素的影响在衬砌背后留有空洞的现象是比较普遍的,为了研究这种隧道病害对衬砌结构承载力造成的影响大小及对不同病害工况条件下衬砌结构受力破坏特征,通过对重庆某高速公路隧道典型断面因施工或环境原因造成二衬背后空洞的结构缺陷．睛况,在室内采用几何比为1：25的大比例模型试验,全面研究结构在不同围岩条件下、不同空洞位置以及不同地应力场（塑性地压、偏压及围岩松弛的垂直地压）作用下,隧道产生病害的形式、规律以及承载力的大小。同时采用相同的补强形式加固隧道结构,再进行破坏试验,最终得出空洞对结构承载力的影响是明显的,相同条件下,围岩类别越高,其承载能力越大,空洞对水平应力敏感,在水平应力为主应力时,拱顶空洞的影响大于拱腰空洞的影响;竖直应力作用为主的地应力场,产生病害时对应的竖直荷载高低排序为：无缺陷时最高,中等空洞最低。     

冲击回波法精细探测公路隧道衬砌空洞的模型试验及分析

为研究空洞缺陷尺寸以及监测点和震源点的位置对检测结果的影响,根据冲击回波法的特点,设计并进行一系列空洞直径不同时混凝土板的检测试验,模拟检测公路隧道衬砌的壁后空洞。采用快速傅里叶变换分析振动加速度信号,研究应力波的频域信号特征,以探索冲击回波法探测衬砌空洞的可能性与机制。试验结果表明,冲击回波法在探测衬砌空洞缺陷中显示出较为良好的检测效果,影响检测效果的因素主要包括空洞缺陷直径、测点布置和激振位置等。     

公路隧道衬砌背后空洞对围岩压力分布影响的研究

地质雷达检测结果表明,衬砌背后存在空洞是隧道施工质量典型缺陷之一,在缺陷段衬砌易出现开裂。尽管实际施工中对空洞进行了注浆处治,但仍常常发现衬砌裂损病害。在隧道安全评估计算中,当采用荷载结构法时,计算模型仅仅只对空洞处不施加荷载及约束条件,其它条件与没有空洞缺陷部位相同,这种计算结果与现场病害出现部位不符。介绍以数值试验为主要手段,通过地层结构法对不同部位及宽度的空洞衬砌进行分析,以期找出衬砌背后空洞对围岩压力分布影响的规律,对以往荷栽结构计算模型进行修正,为隧道衬砌结构病害评估、处治及养护措施提供理论依据。     

衬砌背后空洞对围岩力学状态影响的试验研究

设计了3组室内相似模型试验,研究了拱顶背后空洞对围岩结构压力分布的影响机制,主要试验结论：衬砌背后空洞使拱顶上部围岩出现了卸载现象,而空洞两侧围岩压力在一定程度呈现压力集中现象;随着施加荷载的增加,空洞高度与范围的逐渐减小反而使得围岩压力集中现象逐渐减弱;衬砌背后空洞对空洞附近围岩接触压力及围岩应力状态产生了较大的影响,空洞的存在改变了围岩与衬砌之间的正常接触作用关系,使围岩结构与衬砌结构处于一种不利的受力状态,降低了围岩整体稳定性。     

二次衬砌结构拱肩存在空洞的力学行为分析

公路隧道施工缝周边隧道衬砌不密实,会使衬砌结构发生物理与力学性能的改变。本文采用ANSYS有限元软件,对隧道拱肩处存在空洞时二次衬砌结构的受力状态进行了模拟分析。通过模拟分析得知拱肩处的空洞将显著改变衬砌结构的受力状态,增大二次衬砌结构受压或受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承担荷载。因此,拱肩部位出现空洞后,要加强对隧道的持续监控,同时应及时采取维护和加固措施。     

围岩空洞对公路隧道渗流力学特征的影响分析

以雅安至西昌高速公路土山岗2号隧道工程为依托,基于流-固耦合作用机理,运用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟分析,探究了二次衬砌背后不同位置出现空洞情况对二次衬砌应力场、二次衬砌背后孔隙水压力以及围岩渗流场的影响规律。研究结果表明:隧道衬砌背后存在空洞时,渗流场不均匀分布,围岩孔隙水压力较无空洞状态明显减小,折减幅度与空洞位置无关。空洞处的二次衬砌主应力增大,当空洞位于隧道拱顶、拱脚位置,增加幅度最大。其衬砌结构的最大主应力位置从仰拱内侧转移到了空洞位置处。衬砌结构的最小主应力均出现在隧道拱脚内侧,未受空洞位置影响。     

衬砌存在裂缝的隧道力学模型及机理研究

衬砌裂缝是隧道工程中最常见的病害,严重时会影响隧道的运营安全,准确评价存在裂缝衬砌结构安全状况是隧道工程师面对的难题。通过分析隧道裂缝病害力学和几何特征,利用接触理论模拟裂缝面的接触摩擦作用,基于地层—结构方法建立了包含纵向裂缝的隧道计算模型,并综合钢筋混凝土理论和脆性材料断裂判据,建立了存在裂缝的隧道衬砌结构安全性评价方法。在计算模型和评价方法的基础上,分析了裂缝角度对衬砌结构安全的影响,计算结果表明,裂缝角度是决定衬砌结构稳定性的重要参数。算例分析表明,该计算模型和评价方法简便易行,意义明确,对深入理解和分析裂缝面承载机理具有指导意义,对存在裂缝的隧道病害检测和状态评定具有借鉴和指导意义。     

衬砌背后空洞对连拱隧道结构受力和破坏的影响研究

为研究衬砌背后空洞而诱发的连拱隧道结构破坏机制及解决维修整治难题,以衬砌背后存在空洞时的连拱隧道为研究对象,通过相似模型试验和有限元数值模拟,研究空洞位置及尺寸变化时连拱隧道围岩压力分布、结构安全状态及破坏演化规律。结果表明： 1）因为衬砌背后空洞的存在,连拱隧道内侧拱肩的土压力大于外侧拱肩,雁形区承受较大的围岩荷载; 2）空洞位置发生变化时,空洞同侧隧道拱顶、拱腰裂缝的形态及传播规律差距显著,空洞对侧隧道以及连拱隧道底部的影响相对较小; 3）当空洞位于中墙顶部时,拱顶安全系数比空洞位于其他位置时更小,而裂缝尺寸更大,且拱顶裂缝最早出现; 4）随左洞拱顶空洞尺寸的增加,中墙与右洞拱部交接处越容易产生裂缝,连拱隧道破坏程度越严重,空洞角度比空洞深度对连拱隧道结构破坏影响更明显,空洞角度的增加使得空洞区域内、空洞左侧边缘及左拱脚的裂缝更早出现。研究揭示了空洞位置及尺寸变化时的连拱隧道裂缝分布规律及扩展过程,建议对连拱隧道衬砌背后形成大尺寸的空洞及时进行注浆充填。     

公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤规律

围绕公路隧道衬砌混凝土火灾高温下的物理力学损伤特征,通过大量的公路隧道衬砌混凝土试件烧蚀试验,及试件烧蚀后的探伤试验（超声波法、回弹法）、强度试验和刚度试验,系统研究国内公路隧道C20～C35常用混凝土标号区间的混凝土材料火灾损伤,给出各种工况下的损伤规律与表现特征。对公路隧道衬砌结构温度损伤形式进行划分,对混凝土材料的火灾后力学性能进行归纳分析,建立衬砌混凝土外观和力学指标与火灾温度的定性、定量关系,总结提出衬砌混凝土损伤等级,为定量与定性评价公路隧道衬砌混凝土损伤状况提供试验依据。     

公路隧道衬砌的优化

目前，挪威国内已修建了８００座公路隧道以克服山地和峡弯造成的交通困难，其中一半隧道的每年日平均交通量不足１０００辆因为它们主要都是通往分散的住宅区的联络线。     

双车道公路隧道复合衬砌应用研究

对某双车道公路隧道的衬砌设计方案作了数值比较，验证了该隧道采用新奥法施工和复合衬砌的可行性、技术合理性及施工安全的可靠性，为该隧道施工方案和衬砌设计改善提供了可靠依据。     

公路隧道衬砌结构可靠度分析研究

该文简述了用蒙特卡罗随机有限元对隧道衬砌结构进行分析的基本方法和过程，然后对雪峰山隧道模注混凝土衬砌的可靠度作了初步评估。     

论运营公路隧道衬砌沉降

本文通过对隧道开裂及沉降问题进行分析,指出隧道中的各类缝存在的必然性,借用建筑学上“差异沉降”这一概念来表真隧道的沉降,同时也说明运营隧道容许范围内的沉降不全是带有灾害性的。     

公路隧道施工中空洞的判断及处理措施研究

结近几年我国的经济发展使得公路的建设规模不断扩大,尤其在公路隧道的建设中取得了一定的发展。但随着建设公路的扩大加上在设计时没有全面了解地质条件,由于维护以及隧道老化方面等原因使得我国公路隧道的问题日益严重,而最严重的则属公路隧道的寿命问题。在隧道工程病害处理中首要环节是不断加强隧道空洞的检测及处理。针对公路隧道施工中空洞的判断及对处理措施进行研究和探讨,首先对公路隧道空洞产生的原因及危害做了简单的分析,其次对隧道背后的检测方法做了简要的介绍,通过不同公路隧道之间的健康状况,提出了详细的处理措施。     

公路隧道二次衬砌极限承载能力的研究

本通过运用钢筋混凝土结构的非线性极限分析基本理论和程序，对设计中的高速公路隧道复合式衬砌中钢筋混凝土及混凝土二次衬砌进行了极限承载能力的分析和探讨，以评价其结构的真实承载能力（安全储备）。分析结果表明，此类隧道的二次衬砌结构对于落石冲击力、地震力等偶然荷载具有较高的极限承载能力。     

运营铁路隧道衬砌背后较大空洞的精确检测技术

目前采用地质雷达等无损检测技术可快速、准确检测衬砌厚度和衬砌中钢筋数量等参数,并可有效判识衬砌背后空洞等缺陷沿隧道纵向和环向长度,但对这类缺陷的径向尺度因介电常数的差异、反射面的识别等原因而无法准确判识。依托西南地区某运营铁路隧道衬砌背后存在较大空洞的工程实际,结合现场钻孔调查和地质雷达无损检测,首次运用钻孔三维激光扫描技术对运营铁路隧道衬砌背后空洞进行扫描,实现精确检测,得到衬砌背后空洞的三维形态和具体尺寸,检测成果可为隧道病害整治提供准确的数据,可设计出更具针对性和操作性的整治方案。提出的“物探+钻孔三维激光扫描”技术,能实现衬砌背后空洞“粗中有细”的全面检测。