运营公路隧道衬砌排水系统技术状况评估方法研究

为指导管理单位维护公路隧道衬砌排水系统，保证隧道结构和通行安全，提出一种公路隧道衬砌排水系统技术状况评估方法。根据公路隧道衬砌排水系统结构特点将其划分为排水段、排水单元和排水管段3个层次，分别以各管段的功能性和结构性病害参数作为评价指标建立相应的评价指标体系;参照市政排水管道病害参数的计算方法确定公路隧道衬砌排水系统管段病害参数计算方法;采用SWMMH软件建立公路隧道衬砌排水系统模型，模拟排水系统中地下水的状态，计算各管段和不同工况下排水单元间流量，根据流量比值大小得到不同管段和排水单元的权重；采用分层加权综合评价思想建立功能性和结构性技术状况评价模型。将该模型应用于实际工程中，计算结果能较好地反映排水系统实际状况。     

公路隧道排水系统结晶堵塞治理

隧道排水系统堵塞危及衬砌结构的安全问题不容忽视。在东溪山隧道水害及隧道排水系统堵塞问题调研分析的基础上,提出了一种可维护型排水治理方案。基于现场监测及数值模拟,进行了降水与排水流量、衬砌背后水压响应特征分析,评价了衬砌结构受水压状态下的安全承载性能。结果表明：(1)排水流量和衬砌结构背后水压力对降雨量具有较敏感的响应性,其中水压力对频繁强降雨的响应更敏感;(2)排水流量和水压力监测结果表明可维护排水系统大多数时期处于良好工作状态,仅在频繁强降雨时排水系统无法快速排泄地下水,背后水压力上升;(3)经数值模拟验证,衬砌结构在峰值荷载下仍有一定的安全储备,不会发生结构承载的破坏,采用可维护型排水方案治理排水系统堵塞问题有效可行,可为同类工程问题提供经验参考。     

隧道复合式防排水系统的设计、试验及工程应用

传统隧道防排水系统中,防水板极易因施工控制不当出现破裂,而防水板破裂后,地下水进入防水板与二衬间的空隙中,由于防水板与二衬间缺乏排水通道,地下水将沿衬砌裂缝、施工缝等薄弱环节渗出而形成隧道渗漏水病害。在传统隧道防排水系统中,渗漏水病害治理难度大,维修费用高,针对传统防排水系统存在的不足,提出了一种在隧道防水板与二衬间增设排水板的复合式防排水系统,该系统具有可调节、抗淤堵、易维护等优点。为验证该系统的有效性,采用自主研制的试验装置对复合式防排水系统中所采用的3种土工排水材料（毛细型排水板、凸壳型排水板、土工布）在不同水压及支护压力条件下的排水能力及抗淤堵能力进行了相关试验,并依托某在建隧道工程对不同土工排水材料在隧道复合式防排水系统中的应用效果进行了现场验证。主要研究成果有：①随着支护压力的增加,3种排水材料的排水能力均出现了不同程度的降低,其中,土工布降幅最大,毛细型排水板次之,凸壳型排水板最小;②在固定的水压和2层支护间压力条件下,进行20次浑水排水试验后,土工布排水能力发生大幅下降,毛细型排水板和凸壳型排水板排水能力小幅下降,但凸壳型排水板排水夹杂有泥沙,而毛细型排水板排水为清水,表明其抗淤堵能力较好;③复合式防排水系统的现场试验数据表明,防水板与二衬间增设排水板,具有良好排水泄压的能力,可有效降低衬砌背后水压。复合式防排水系统的研发可为隧道防排水系统设计和渗漏水病害治理提供借鉴。     

基于层次-可拓（AHP Extenics）模型的既有隧道衬砌结构病害评价

为解决既有隧道衬砌结构病害威胁交通安全、影响交通质量和使用寿命等问题,从工程施工、自然环境和工程地质3方面共13个独立的既有隧道衬砌结构病害影响因素入手。首先,采用层次分析法（AHP）建立既有隧道衬砌结构病害形成因素指标体系,提出基于层次-可拓（AHP Extenics）模型的既有隧道衬砌结构病害评价方法; 然后,结合工程实际和专家打分确定病害评价指标权重,进而利用相关函数对病害评价指标和权重进行可拓运算; 最后,得出既有隧道衬砌结构病害评价等级。该方法采用形式化的可拓综合评价模型替代传统的模糊综合评价法,以定量的形式给出定性分析结果,使计算结果更加客观,为既有隧道衬砌结构的病害评价提供了一种新方法。     

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。     

基于病害关联性的运营隧道衬砌技术状况评价研究

在运营年限较长的隧道中,衬砌内会存在多种病害并且相互影响,因此有必要建立一套考虑病害关联性的隧道衬砌技术状况评价方法。通过案例收集调查国内15座运营隧道中166处衬砌结构病害的相关信息,并采用数据挖掘方法研究衬砌病害之间的关联性,然后参考现行规范选取了评价指标,采用层次分析法确定指标权重,使用工程可变模糊集理论确定各指标的隶属度向量,建立基于病害关联性的隧道衬砌技术状况综合评价模型。结合堡子梁隧道的实测数据进行计算,结果表明:考虑病害之间关联性时,隧道衬砌的技术状况综合值排列顺序并未改变,但其数值均大幅增长,平均增长幅度为44.11%,这一结果与实际情况相符。     

厦门海底隧道防排水系统研究与工程应用

为了对中国海底隧道防排水系统设计提供理论依据,针对厦门海底隧道防排水系统设计问题进行了研究.通过对隧道涌水量进行计算,对堵水注浆圈作用进行分析并结合工程类比后,分析确定了厦门海底隧道的防排水设计原则及方案,即在主隧道不良地质地段和整个服务隧道采用全封堵方案,水压按全水头计算;在主隧道完整围岩地段采用限量排放方案,水压可进行一定折减.用堵水注浆圈、自防水衬砌结构、分区防水系统和隧道排水系统共同构成厦门海底隧道的防排水系统.现场工程实践表明:该防排水系统达到了预期效果,可供类似隧道工程参考.     

山西某既有高速公路隧道病害综合治理技术研究

杜公岭隧道的病害特点是衬砌裂缝发展范围广、边沟电缆沟变异严重及路面拱起开裂等。结合杜公岭隧道病害段的设计资料、施工记录及变异检测结果,分析了病害发生情况下衬砌结构的安全性,探讨了该隧道病害发生的原因,提出了疏通隧道排水系统+二次刻槽植入钢格栅的套衬加固+置换仰拱并扩大边墙墙脚基础的综合处治技术方案,为我国今后类似条件下公路隧道病害的治理积累了宝贵的经验。     

复合式衬砌隧道防排水设计几个问题探讨

为了防止和减少隧道渗漏水病害,通过分析复合式衬砌隧道防排水的现状和存在的主要问题,研究隧道排水量和水压力控制值分级、上下分离的防排水体系、围岩防水能力、防水层和二次衬砌混凝土整体防水效果检验评价等,并对防排水系统的设计和参数选择提出以下建议： 1）对于采用复合式衬砌的隧道,如果能满足环境保护及使用功能要求,其全隧道排水量宜控制在1.0 m3/（m·d）〖JP〗以内,二次衬砌背后承受的水压力最大宜控制在1.0 MPa以内; 2）为了减少隧道渗漏水发生的概率,并保证隧道结构的稳定,可考虑将拱、墙防排水体系和仰拱防排水体系分开设置,拱部、侧墙部位的渗水直接排入侧沟,仰拱部位的水主要通过纵向中心排水盲管排出,当水压力高时,通过与中心排水盲管连通的横向排水管将水引入新增的侧沟,并通过在横向排水管出水口安装的阀门进行限量排放; 3）通过地面隔离墙（咬和桩）、地面注浆、洞内注浆、旋喷、超前管棚、超前管幕、施作双层衬砌等措施,阻断和减小来水通道,提高地层强度和完整性,降低隧道涌水量和衬砌背后的水压力,并降低大量排水对运营和环境的不利影响。     

在役隧道突水突泥病害成因分析及处治对策

为了处治特大暴雨引发的某在役公路隧道的突水突泥病害,通过现场调查对隧道地质构造和病害特征进行分析,确定突水突泥病害类型,并借助ANSYS软件对不考虑水压力、排水系统正常和排水系统失效3种工况下的衬砌结构安全系数进行计算。研究结果表明:该隧道突水突泥病害类型为溶洞溶腔型;处治对策应以排为主,具体措施包括加密横向排水管、扩大中心排水沟和增设沉沙洞。研究成果可为岩溶区新建隧道设计提供参考,为其他在役隧道处治提供借鉴。     

隆务峡Ⅰ号公路隧道病害治理措施

青海省隆务峡Ⅰ号隧道经过16余年的运营，出现了衬砌裂损、衬砌渗漏水、内轮廓侵限等问题。针对该隧道病害情况，运用断面仪、地质雷达以及回弹仪对隧道内轮廓、衬砌厚度、壁后空洞及衬砌强度进行了检测。结合隧道围岩地质条件，对该系列问题出现原因进行了数值计算分析，提出了围岩及基础加固、衬砌结构加强、衬砌裂缝补强、埋管排水设计方案，采用交通标志手段对内轮廓侵限问题进行了处理。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

深埋高水位山岭隧道支护与衬砌外水压力分析

为保护环境并尽可能降低隧道衬砌结构所承受的水压力,深埋高水位山岭隧道一般采取堵水限排的设计原则。在隧道力学和渗流力学的基础上进行数值分析和模型试验,研究渗流应力耦合作用下支护和衬砌的力学特性。研究结果表明:对于受排水影响明显的山岭隧道,作用于初期支护上的水压力不会随排水条件的改变而发生显著变化。当排水通道从围岩与初期支护的界面转变为初期支护与二次衬砌的界面后,会导致孔隙水压力从初期支护向二次衬砌转移,初期支护产生卸载并朝向围岩变形。隧道有效排水时,二次衬砌承受的水压力可忽略。随着排水系统退化导致排水受阻时,地下水流梯度逐渐下降,有效径向应力逐渐下降,朝向隧道的径向流量减少,且围岩变形减小,二次衬砌上的水压力增大。本研究为深埋高水位山岭隧道的初期支护和二次衬砌的初步设计提供了一个合理的方法,并有助于确定地面、水和支护间的荷载传输机制。     

条石衬砌公路隧道病害检测及安全性评估

采用地质雷达对白岭窟隧道条石衬砌壁后空洞病害进行了检测,基本探明了该隧道壁后空洞的分布形态和分布规律。根据病害检测结果,开展了不同空洞组合、不同围岩特性、特定位置不同外水压力、不同衬砌厚度等条件下衬砌的内力有限元分析,并对衬砌结构进行了整体抗拉(压)强度检算、偏心距检算以及条石衬砌灰缝局部抗拉和抗剪验算,继而对隧道的整体安全性进行了评估。     

高速公路隧道仰拱底鼓破坏机理分析及处治措施

针对某高速公路隧道仰拱底鼓破坏、二次衬砌变形开裂病害情况,通过现场调查、破损检测等手段查明隧道病害发生原因,并对隧道仰拱底鼓破坏机理进行了分析,提出了疏通排水设施、设置水平型钢支撑、钢花管锁脚、环向注浆等措施,有效地控制了病害进一步扩展,对变形破坏段仰拱及二次衬砌进行拆换,成功地治理了隧道仰拱底鼓破坏病害。     

岩溶隧道衬砌施工缝疏水涂层长期工作性能研究

岩溶隧道排水系统中普遍存在岩溶水碳酸钙结晶堵塞反复出现的问题,从而引发隧道渗漏水加剧,危及隧道运营安全.在依托工程中,对岩溶地区运营公路隧道衬砌施工缝渗漏水进行了引排水处理,并在排水半管的混凝土基面上施作了疏水涂层以减少结晶的附着,针对该疏水涂层的长期工作性能进行了室内试验和现场监测.选取基面接触角作为表征指标,通过室...     

季节性暴雨后某高速公路隧道病害及整治

为了解决长时间季节性暴雨后,运营隧道易出现病害的问题,对长时间季节性暴雨后高速公路某运营隧道发生的病害进行调查、监控、数值模拟及分析。研究结果表明:1)长时间大暴雨后,隧道病害关联性存在,表现为渗漏水、基底隆起、翻浆冒泥、中央排水沟堵塞以及衬砌变形破坏;2)排水系统堵塞后,隧道衬砌结构上水压力和内力急剧增大,隧道率先在仰拱和墙脚处出现破坏;3)隧道渗漏水病害采用凿槽引排,变形破坏段采用分段逐步换拱和仰拱施作,整个隧道采用中央排水沟扩挖、沉沙井和排水系统疏导的方法;4)病害整治期间隧道结构变形较小、收敛,结构安全,整治措施合理可靠。     

G112线波罗诺隧道结构加固方案比选

G112线波罗诺隧道经过约8年的运营,隧道衬砌出现严重开裂、渗水等结构病害。专项检测结果表明,洞身衬砌部分段落存在2次衬砌混凝土厚度不满足设计要求,与初期支护间脱空等质量缺陷,须进行结构加固,以保证结构承载能力。综合考虑隧道实际状态及养护规范推荐的整治方法,结合病害隧道的实际整治经验,从整治效果、安全性、经济性、工期等方面对在原2次衬砌外侧增设工字钢、钢带、换拱及套拱等4个方案进行比选,最终确定采用增设工字钢方案对波罗诺隧道进行结构加固。     

隧道衬砌可靠指标的优化求解方法

为解决JC法计算隧道衬砌可靠指标过程中极限状态选用方法的缺陷,通过随机有限元方法和Monte-Carlo法对时速350 km高速铁路双线隧道Ⅲa、Ⅳb型衬砌进行抽样计算,得到2种衬砌各截面偏心距平均值和变异系数; 通过对素混凝土和钢筋混凝土衬砌极限状态功能函数及其适用条件的分析,引入几何优化法,以约束函数表示功能函数的约束条件,建立可靠指标的优化求解模型; 选用寻优性能良好的Global Search函数,对2种衬砌各截面可靠指标进行优化求解,并与JC法进行对比,证明优化方法的优势。     

祈家大山隧道病害治理方案数值模拟研究

对祁家大山隧道病害情况及治理方案进行了介绍,基于软件平台2D-σ对推荐方案治理前、后隧道围岩稳定性和衬砌结构受力状态进行了弹塑性有限元分析,计算结果表明,套衬和仰拱施做工序对隧道结构产生较大影响,2种工序治理后隧道围岩和衬砌结构均处于安全状态。