公路隧道防水技术中关键防线的探讨

针对当前我国新奥法公路隧道防水技术的现状,对复合式衬砌结构防水技术中所设置的几道关键防线的效用作了研究。从围岩注浆堵水、防水层防水、衬砌加止水带防水等几个方面,对当前防水技术中存在的问题和取得的成功经验进行探讨。     

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。     

高压富水区山岭隧道施工注浆堵水技术研究

为了保障高压富水区山岭隧道施工安全,现场经常采用注浆堵水措施,而目前隧道注浆堵水时地下水渗水量和支护结构外水压力变化特性尚有待于进一步研究。依托南大梁高速公路华蓥山隧道工程,基于复合式衬砌山岭隧道"堵水限排"的防排水理念,采用理论分析和数值模拟方法,分析了高压富水区复合式衬砌山岭隧道围岩注浆堵水时地下水渗流场特征,推导了高压富水区山岭隧道采取注浆堵水时隧道渗水量和支护结构外水压力的计算公式,得到了隧道渗水量及支护结构外水压力与注浆圈厚度、围岩和注浆圈渗透系数之比及围岩和初期支护渗透系数之比间的关系。研究结果表明:高压富水区山岭隧道注浆堵水时,隧道渗水量和支护结构外水压力的主要控制因素为:注浆圈厚度、注浆圈及初期支护的渗透系数;隧道渗水量和支护结构外水压力随着注浆圈厚度的增加及其渗透系数的减小而降低,综合考虑注浆堵水效果及施工成本,建议注浆圈厚度为6～8 m、围岩与注浆圈渗透系数之比为100～200时较优;高压富水区山岭隧道防排水系统设计,需要考虑注浆圈和初期支护堵水作用以及横纵向排水管排水效果,即综合防排水设计才可以减小排水量,有效降低支护结构外水压力。研究所得隧道注浆堵水的相关参数成功应用于实际工程,为高压富水区隧道工程注浆堵水设计与施工提供了一定的参考。     

惠清高速公路长大隧道复合式路面方案比选

针对隧道水泥路面抗滑性能衰减快、行车噪声大且破损后维修困难等问题,依托惠清高速公路,通过对广东省隧道路面结构层、使用性能的深入调查分析及变更复合式路面的必要性分析,基于公路隧道路面优良的抗滑、降噪、防水和耐久性的要求,考虑不同复合式路面的特点,考虑惠清高速公路隧道施工进度、分布及施工组织的便利性,推荐了两种复合式路面,并对拟定的复合式路面水泥板的疲劳应力、温度应力进行验算。结果表明:两种路面结构适用原规范和设计要求,可提高长大隧道路面的安全服务水平和长期使用性能。     

富水黄土隧道地下水处治技术研究

为解决富水黄土隧道在施工过程中出现的各种病害,基于穿越富水黄土地层的乔原隧道工程,通过理论计算和分析,得出了衬砌水压力与围岩渗透系数之间的关系,在此基础上提出了利用二重管无收缩双液注浆法和防股流涌水型防排水结构形式结合的处治方法,在现场得以应用并取得了良好的效果。研究结果表明,利用"荷载-结构物模型"把渗透力的作用问题等效为孔隙水压力表面力的作用问题,从而可通过建立关于水压力的等式,得出水压力的折减系数;通过控制注浆圈渗透系数,可将衬砌水压力控制在合理的范围内;采用二重管无收缩双液注浆法和防股流涌水型防排水结构形式,既可减小地下水排泄量、保护地下水环境,又避免了过大水压力对隧道衬砌结构的危害。     

基于力学分析的隧道复合式路面设计指标

基于ABAQUS三维有限元分析方法,构建了矩形荷载作用下的隧道复合式路面力学分析模型,计算了不同沥青层厚度、沥青层模量、水泥混凝土层厚度、基岩模量、荷载大小以及层间接触状况等参数下的复合式路面结构响应,分析了复合式路面结构组合、材料性质与荷载参数对复合式路面力学特征的影响,提出了隧道复合式路面设计关键控制指标,以期为复合式路面结构设计提供理论依据。     

公路隧道沥青复合式路面防排水技术研究

路基排水及控制地下水位问题是我国公路隧道采用沥青混凝土复合式路面结构的一大挑战。通过对我国公路隧道路面结构防排水技术及隧道路面病害现状的调查,对现有路面防排水研究以及隧道内防排水研究成果的分析研究,提出隧道内沥青复合式路面结构体系防排水理论,主要包括：1）隧道路面结构防排水体系的拟定原则;2）隧道沥青复合式路面防排水系统结构形式辛口材料。结合依托工程,给出了高速公路隧道沥青复合式路面结构防排水技术指导方案。研究成果对于重庆市高速公路隧道沥青复合式路面的建设及养护,提高隧道路面使用性能、使用寿命及服务水平,降低养护成本,提高公路隧道运营的安全与综合效益,具有重要的现实意义。     

高速公路隧道沥青复合式路面结构防排水研究

路基排水及控制地下水位问题是我国公路隧道采用沥青混凝土复合式路面结构的一大挑战。本文通过对我国公路隧道路面结构防排水技术及隧道路面病害现状的调查研究,提出了隧道围岩地下水贫富状况定性分级方法。通过对现有路面防排水研究以及隧道内防排水研究成果的分析研究,提出了隧道内沥青复合式路面结构体系防排水理论,主要包括：（1）隧道路面结构防排水体系的拟定原则;（2）隧道沥青复合式路面防排水系统结构形式和材料。结合依托工程,给出了高速公路隧道沥青复合式路面结构防排水技术指导方案。本文研究成果对于重庆市高速公路隧道沥青复合式路面的建设及养护,提高隧道路面使用性能、使用寿命及服务水平,降低养护成本,提高公路隧道运营的安全与综合效益具有很高的现实意义。     

紫溪隧道施工防排水技术

对隧道洞口、洞内掘进、洞内路面铺设等项排水技术和洞内注浆、防水层、止水带防水技术进行了介绍和分析,指出了复合衬砌中的防水层是隧道防排水技术的核心,需要采用防、排、截、堵相结合的方法以达到良好的防排水效果。     

考虑水平荷载的公路隧道复合式路面表面拉应力分析

针对目前隧道复合式沥青路面表面出现受拉破坏的现象,为了揭示沥青层表面破坏的力学机理,运用三维有限元方法建立隧道复合式路面结构与荷载模型,分析垂直荷载与水平荷载综合作用下沥青层表面的拉应力,得出了影响沥青层表面拉应力的影响因素。并据此提出延长隧道复合式路面使用寿命的措施。     

湖底明挖隧道两侧回填材料受力变形特性分析

湖底明挖隧道采用结构自防水与回填材料主动防水的方案,为研究高水位压力对湖底明挖隧道回填材料受力与变形的影响,通过现场试验测试了泥岩层、黏土层在不同埋深(1、5 m)下的土压力和孔隙水压力;利用数值模拟分析了回填层在不同上覆水位(分别为3、5、7和9 m)下的沉降变化规律。研究结果表明:随埋深增加,高水位压力对回填层土压力和孔隙水压力的上升程度加剧。埋深5 m处黏土层的土压力和孔隙水压力均最大;同埋深下泥岩层较黏土层承受的土压力和孔隙水压力较小。随着上覆水位压力增大,回填层累计沉降值不断增大;埋深1 m处黏土层的沉降累计最大,达到0.028 m。相同压力和埋深下,泥岩层的受力与位移较黏土层均较小,作为回填材料更具工程稳定性。     

公路边坡降雨入渗对孔隙水压力影响的有限元分析

基于当地实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,设计3种不同的降雨方案,采用有限元软件对算例边坡降雨入渗对孔隙水压力的影响进行了分析。研究表明:降雨影响区域内的孔隙水压力由降雨前的负孔隙水压力逐渐向正孔隙水压力变化,变化速率受降雨强度控制,边坡表层入渗速率在边坡台阶处有突变;不同降雨强度对边坡在同一竖向截面孔隙水压力的影响规律是一致的,受降雨入渗影响后孔隙水呈现出随着高程的降低,孔隙水压力先降低后增大的趋势。     

《隧道路面结构与材料设计研究》课题研究成果达国际先进水平

由贵州省交通规划勘察设计院承担的西部交通建设科技项目“隧道路面结构与材料设计研究”，是立足于我国西部地区，对隧道的水泥混凝土路面、沥青路面和复合式路面等进行深入的力学分析，研究隧道路面的水损害，建立了隧道路面结构与排水设计方法；并针对隧道的防火要求，研究开发了阻燃沥青，提出了评价指标和试验方法，还研究了多孔混凝土、钢纤维混凝土及OGFC和SMA在公路隧道路面中应用，同时编制了《公路隧道路面施工技术指南》。     

基于地层结构法的喷膜防水衬砌结构力学性能分析

为了研究防水膜的黏结作用对喷膜防水衬砌结构力学性能的影响和防水膜与初支及二衬间界面在围岩压力作用下的损伤情况，结合试验测得的界面法向、切向及防水膜的本构参数，建立隧道二维地层—结构模型，在Ⅳ级围岩条件下，对喷膜防水衬砌结构和复合式衬砌结构的力学性能和界面特性进行对比分析。与复合式衬砌结构相比，喷膜防水衬砌结构的协同受力作用能使二衬的轴力和弯矩减小，增大二衬的安全系数，同时使初支的安全系数减小。研究结果表明，防水膜的黏结作用会增加二衬的安全储备但基本不会影响隧道的位移，并且在受力过程中衬砌结构间的界面不会发生损伤。因此，可以对二衬的设计进一步优化，提高隧道的经济性。     

动载下沥青路面超孔隙水压力分析

沥青路面结构内部的孔隙水在高速行车荷载的作用下形成的瞬时超孔隙水压力是造成路面水损害的重要原因。文中采用Hankel变换和波数域离散方法求解弹性饱和半空间体系的动力响应问题。分析了沥青路面在饱水状态下其内部孔隙水压力的变化规律以及弹性模量等材料参数变化时对孔隙水压力的影响。     

考虑孔隙水压力影响的深埋盾构隧道开挖面稳定性分析

对均质土体中开挖的深埋盾构隧道,基于对数螺旋破坏机制和线性Mohr-Coulomb强度准则,将孔隙水压视为作用在土体骨架上的外力,采用极限分析法推导了其开挖面支护力的表达式,依据"穷举法"原理并编制数值优化程序,求得了特定参数下盾构隧道开挖面的上限解,最后分析了支护力随各参数的响应规律。研究结果表明:孔隙水压力系数、地下水位高度、隧道洞径和土体重度的增加不利于开挖面的稳定,而黏聚力和内摩擦角的增加则对开挖面的稳定性起有利作用。该计算方法能快速获得富水风险地区稳定隧道开挖面所需的支护力和潜在破坏范围,对风险地区的盾构隧道施工与事故防治具有一定参考价值。     

环氧树脂沥青桥面防水材料性能研究

通过分析桥面防水性能及要求，得出桥面结构中防水粘结层设置的重要性。选定了高剂量SBR改性橡胶沥青和环氧沥青进行材料性能试验，从防水层设置环境所需的材料性能要求出发，进行了拉伸试验、剪切试验和拉拔试验，据此分析了防水材料的物理力学性能、路用性能和抗损伤性能要求。研究结果表明，高剂量SBR改性橡胶沥青和环氧沥青均具有良好的路用性能和物理力学性能；环氧沥青的抗拉强度与抗剪强度均较SBR改性橡胶沥青大，并且粘结力极强，受高温等因素的影响相对较小，可用于钢桥和水泥混凝土桥面防水层，是一种优良的桥面防水材料。该研究为改进和优化防水层设置，正确选择优良路面防水层提供了有力依据。     

海绵城市道路种植土-碎石绿化带的雨水入渗

种植土-碎石绿化带是海绵城市道路雨水入渗的重要组成部分。为分析种植土-碎石绿化带雨水入渗能力,将负孔隙水压力与相对渗透系数和体积含水率之间的关系简化为指数函数,利用试验数据对其进行了验证。基于非饱和渗流方程和拉普拉斯变换,给出了绿化带雨水入渗的数学模型。利用该模型分析了降雨条件下石家庄汇明路植被土-碎石绿化带雨水入渗特征,讨论了不同降雨条件下雨水入渗的特征和影响雨水入渗的因素。结果表明:(1)负孔隙水压力与有效饱和度和相对渗透系数之间都呈指数函数关系,可以利用负孔隙水压力与有效饱和度之间的关系推测非饱和土的渗透系数;(2)随着雨水入渗,地表处的负孔隙水压力迅速减小,植被土的体积含水率逐渐增加,植被土逐渐从非饱和状态向饱和状态过渡,雨水入渗也由非饱和入渗转变为饱和入渗;(3)随α增加,植被土上部的负孔隙水压力降低更快,表层土更快饱和,然而下部土体的负孔隙水压力降低反而趋缓;(4)降雨强度影响着植被土的设计入渗能力,降雨强度小时,雨水完全入渗,随着降雨强度增大,其设计入渗能力降低,雨量径流系数快速增加;(5)降雨强度和植被耐水湿时间是植被土设计入渗水量的重要参数,给出了植被土设计入渗水量计算方法。     

两种典型沥青混凝土路面结构沥青层饱水状态动力响应三维有限元分析

水和动态荷载耦合作用是沥青混凝土路面发生水损害的主要原因.首先基于多孔介质理论,假定路面结构中的沥青混凝土材料为完全饱水的多孔介质材料,对两种典型路面结构--半刚性沥青混凝土路面、具有柔性基层的半刚性沥青混凝土路面分别建立了三维有限元模型;而后对比分析了两种路面结构在动态荷载作用下的竖向应力、竖向应变、孔隙水压力的空间...     

复合式直中墙连拱隧道在复杂地形条件下的应用

高速公路连拱隧道可分为整体式和复合式2种主要结构形式,根据中墙的特点,每种结构又可分为直中墙及曲中墙,共4种形式。文章从连拱隧道中墙的构造、连拱隧道跨度、隧道结构防排水3方面对不同结构形式的连拱隧道进行分析比较,阐述不同结构形式的适用条件及优缺点,重点讨论复合式直中墙结构形式连拱隧道在复杂地形及富水地区条件下的优越性。结合工程实例,从设计情况、施工方法及关键部位施工3个方面介绍复合式直中墙连拱隧道在复杂地形条件下的应用及施工技术,为类似工程提供借鉴。