隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道（崇明越江通道）变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明：基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。     

漫谈矿山法隧道技术第五讲——衬砌（一）

从使用性、应对未来不确定因素和特殊围岩时补充支护的力学功能等方面分析二次衬砌的功能,说明二次衬砌是确保隧道使用性、耐久性、降低不确定因素影响及具有力学功能的不可或缺的构件。分析衬砌的耐久性： 目前各国对衬砌的计划使用期限的规定一般是100年;调查显示,混凝土衬砌经过修补或采用“预防维护”体制,可以满足100年的耐久性要求,但运营隧道的衬砌有随时间逐渐劣化的趋势。隧道结构劣化的原因除了施工质量未达到设计要求外,主要是围岩劣化和衬砌本身劣化。结合日本的试验分析认为： 在耐久性设计中,可以不考虑围岩劣化的问题。混凝土衬砌的耐久性,多数情况下取决于混凝土的施工工艺。调查发现目前衬砌存在的主要问题有： 1）衬砌混凝土不密实; 2）衬砌背后留有空洞; 3）衬砌厚度不均匀,拱顶厚度偏薄且留有空隙; 4）衬砌混凝土存在潜在的裂缝。总结各国在提高隧道二次衬砌耐久性方面的主要措施： 1）尽可能不采用钢筋混凝土衬砌; 2）采用钢筋混凝土时,保护层厚度应不小于50 mm; 3）采用喷混凝土作为二次衬砌时,除计算厚度外,应增加50 mm的保护层厚度; 4）二次衬砌应设置仰拱; 5）仰拱和拱墙须“闭合成环”; 6）改善混凝土施工工艺; 7）减少混凝土衬砌的初始缺陷。认为在现有技术的基础上做好6）、7）两点,衬砌的耐久性将得到极大的改善。针对6）、7）两点,介绍日本在衬砌施工关键工艺--浇筑、捣固和养生方面的做法： 拱顶部水平压入浇筑工法、隧道衬砌拱顶捣固系统、喷雾养生和采用塑料模板,以期为我国同仁提供借鉴。     

运行中市政管廊隧道的维修加固

我国早期浅埋暗挖市政管廊隧道标准较低,目前病害多发。为了治理断面狭小、内部净空限界要求不高的市政管廊隧道的病害,结合大连某电缆隧道维修加固工程,采用病害检测及分析、方案综合比选和施工实践的方法,介绍暗挖市政管廊隧道的维修加固过程。得出主要结论如下： 隧道病害检测应从结构变形、衬砌强度、衬砌背后、裂缝及渗漏水等方面详细调查,分析病害成因,评定劣化等级; 通过检测分析结构,选择合理的结构加固措施,劣化严重的市政管廊隧道应优先选择增设内衬的维修改造方案; 施工阶段应重点处理好无水施工、对既有结构和内部管线的保护和在狭小空间施工的问题。     

我国公路隧道科学养护管理的思考

论述我国公路隧道建设的规模、技术难度、设计理念及养护管理发展现状,指出我国公路隧道建设技术和理论水平发展迅速,已逐渐步入“绿色建设期”,但距离科学养护管理仍然差距较大,存在“建管养”分离、检测养护难度大、基础数据混乱、评定系统不完善和维修加固体系不完善等挑战。针对以上挑战,从3个方面进行了探讨： 1) 引入全寿命周期建设理念,论述了全寿命周期成本、养护便利化和标准化施工等理念对于隧道“建管养”的重要意义; 2) 建立隧道建养信息化系统,通过大数据平台及BIM信息技术,为隧道建立信息档案; 3) 完善养护技术体系,对现有隧道检测、维修加固技术手段进行梳理,总结一套隧道检查、管养技术体系。以期为公路隧道科学养护管理的发展提供新的思路和建议。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

漫谈矿山法隧道技术第十三讲——隧道施工精细化管理

为确保隧道安全,高质量、快速地施工,必须提高现行的施工管理水平,进行精细化的管理。精细化管理包括隧道设计、施工、运营全过程的管理,但重点是施工管理。隧道施工管理的内容基本上可归纳为安全（风险）管理、技术（作业、质量）管理及环境管理3类。本讲着重分析目前我国精细化隧道施工管理中安全（风险）、技术（作业、质量）管理存在的问题,并提出解决途径。1）指出安全管理实质是风险管理,我国在风险管理方面,制定和颁布了有关风险管理的指南、规定等,但在执行和落实中还存在一些问题。风险管理的目的是要把不可接受的风险变成可接受的风险,认为能否实现这一点,决定于精细化管理和技术水平。指出风险预测是风险管理的前提,强调风险管理的主要手段是进行掌子面前方地质预测、掌子面观察和洞内外变形量测,收集可靠情报,有效管理。2）指出技术管理的重点是对开挖、支护、衬砌的技术管理。目前我国的隧道施工技术管理普遍不到位,管理粗放。其中开挖管理重点应放在对掌子面前方、掌子面、掌子面后方拱脚部位等围岩的管理;支护管理的最终目的是把可能发生的位移值控制在容许范围内;衬砌施工管理的重点是衬砌及仰拱的连接,衬砌的施作时机,潜在的初期缺陷的控制。3)以混凝土衬砌初期缺陷控制为例,列出日本管理的细目表以及衬砌施工核查卡,说明只要管理到位,技术才能到位,质量也才会得到保证。4）最后强调“精细化管理”的目的就是要求“技术精细到位”。不管技术多么好,做不到位,一切免谈。对隧道这样的隐蔽工程,这一点尤为重要。在这方面管理层要下大力气,不可等闲视之。     

牧护关隧道渗漏水病害治理方案及施工工艺

渗漏是隧道的常见病害,其不仅降低衬砌混凝土的耐久性,而且恶化隧道内环境,影响洞内设施的性能和寿命,并给维修管理带来困难,防渗漏水已成为重要的问题。针对蓝小汽车专用公路牧护关隧道渗漏水病害现状,进行了实地详细调查,分析了病害的成因,进而提出了该隧道防排水系统的治理方案和施工工艺及要求,可为类似隧道病害治理提供经验借鉴。     

基于风险理念的公路隧道预防性养护管理研究

随着隧道工程建设的快速发展,隧道病害问题日益突出.文中在总结国内外隧道养护管理方法和技术的基础上,将预防性养护和风险理念相结合,提出基于风险理念的公路隧道预防性养护管理模型,该模型以减少隧道衬砌病害对结构性能劣化和对行车安全的影响为养护管理目标,使养护更有针对性且高效;利用该模型对实际公路隧道进行分析,验证其适用性和可...     

盾构法隧道结构服役性能鉴定方法

为了应对隧道结构老化局面和维护大修的迫切需求,建立科学的隧道结构服役性能鉴定方法已刻不容缓。上海有国内最早的盾构法隧道,也有大量采用盾构法施工的隧道工程。根据在上海开展的盾构法隧道维护经验,分析和归纳隧道结构服役过程中性能劣化因素及与隧道服役历程的相互关系,通过分解隧道的结构层次,确立隧道结构状态检查内容及程序,建立隧道结构性能鉴定方案,形成了一套盾构法隧道结构服役性能鉴定的方法体系。     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：(1)隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;(2)随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;(3)沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;(4)在沉管结构受压部位出...     

在役隧道环境侵蚀下管片承载能力概率劣化模型

在役盾构隧道管片衬砌的承载能力劣化模型是隧道结构耐久性评价及科学养护的基础.以建立能考虑工程不确定性的钢筋混凝土管片概率承载能力劣化模型为目标,考虑隧道运营环境的主要侵蚀因子及管片衬砌的压弯受力特性,建立碳化侵蚀与氯离子侵蚀下管片主筋的锈蚀模型;考虑锈蚀管片中钢筋的截面面积损失以及钢筋[混凝土黏结滑移,以钢筋锈蚀率为媒...     

存在衬砌病害的隧道计算模型研究与应用

本文根据存在病害时衬砌结构几何特征、承载机理,基于荷载结构方法建立了存在裂缝、厚度不足、材料劣化3类病害的隧道计算模型,并编制了相关计算程序,为分析病害对衬砌结构的承载特征和安全性的影响规律提供了理论依据,为运营隧道状态评定及病害处治奠定了基础。     

渝中城项目超深基坑开挖及超高建筑群加载对既有隧道影响分析

随着土地资源利用趋于饱和,在既有隧道上开挖超深基坑和修筑超高层建筑群已成为中心城市发展的一种趋势,确保既有隧道的安全运营是项目开发建设的前提条件。以渝中城大型城市综合体项目及下穿公路隧道为研究背景,采用Midas/GTS有限元软件建立三维模型模拟隧道施工、深基坑开挖及建筑群加载的全过程,在分析过程中结合隧道施工特点及隧道现状检测结果,考虑围岩松动圈、隧道材料劣化等不利因素,对裂缝及局部衬砌厚度偏薄等质量瑕疵进行分析。从位移场、应力场、塑性区分布及衬砌内力变化等多方面分析项目施工给隧道带来的影响程度,得出以下结论:1)在施工过程中,拱顶竖向位移的变化较拱侧水平位移明显;2)基坑开挖工况对隧道位移的影响较建筑物加载工况大;3)隧道衬砌内力变化不明显,隧道衬砌安全系数能满足规范要求,项目实施能保证隧道安全运营。     

局部空洞(局部荷载)作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

基于对国内外已建连拱隧道的病害调查分析,隧道衬砌裂缝多为局部空洞引起。因此,针对局部空洞现象,利用大型通用有限元软件ANSYS进行计算,重点对衬砌裂缝的形成和发展进行分析,得出不同部位出现空洞时,其裂缝发生部位和衬砌结构最不利的结构受力情况,可为连拱隧道设计、施工及维修管理提供参考。     

萝卜顶隧道塌方处理探讨

对萝卜顶隧道塌方的原因进行了调查分析,针对现场塌方的实际情况,塌方处理分2步进行:首先对受塌方影响的初期衬砌裂缝地段进行加固,及时施作二次衬砌;其次是对塌方体进行抢险处理。在现场掌握情况的基础上认真研究处理塌方对策,认真制定处理坍方的步骤、方法及预防坍方的施工措施。公路软弱围岩段隧道施工必须早封闭成环及紧跟二次衬砌,使其与初期衬砌共同参与受力。     

日本铁路隧道病害和运维管理现状及对我国隧道运维技术发展的建议

日本铁路隧道（包括城市轨道交通）经过100余年的发展，产生了隧道老龄化严重、剥落掉块、开裂、劣化以及渗漏水等病害。通过调研日本铁路隧道建设情况、性能要求、病害类型与原因，得出日本铁路隧道约40%的病害与设计施工有关，27%的病害与运行环境有关，23%的病害与所用材料有关，10%的病害与外力变化有关。介绍日本铁路隧道维护管理体系（隧道检查、健康诊断、措施对策、记录存档）、自动检测技术和智能化技术等新技术的发展应用及存在的问题（相同条件下同类隧道的运维无法统一；自动化检测技术因成本过高或未达到标准要求，只能作为辅助检查手段服务于部分隧道；很多信息因保密无法实现资源共享；运维技术人员、隧道专业人才不足及人才老龄化严重等）。指出这些问题不仅阻碍了运维技术的高质量发展，也影响了整个运维成本和质量。针对我国隧道运维技术的发展，提出以降低隧道设施的全生命周期成本与延长服役寿命为目标，构建基于结构性能与成本的“预测型”运维体系，建议发展一体化运维技术、研发快速维修加固技术、开发智慧运维管理系统等，通过多学科融合交叉，构建系统性的运维管理体系。     

破碎泥质岩隧道滞后形变与衬砌刚度关系规律试验研究

为了解破碎泥质岩隧道滞后变形与衬砌刚度的关系,以云桂铁路小寨隧道工程为依托,通过室内模型试验对小寨隧道实际开挖、支护及支护完成后围岩的劣化过程进行模拟,对围岩劣化过程中二次衬砌的围岩压力、位移及内力的变化规律进行研究。研究结果表明： 衬砌刚度对于控制泥质岩隧道滞后变形有着重要的影响; 二次衬砌的刚度越大,其承受的围岩压力及内力越大,则最大弯矩越大,容易出现开裂;针对小寨隧道的实际情况,30 cm的初期支护+I25b型钢钢架+40 cm的C35钢架混凝土二次衬砌是较优的支护结构设置。     

山岳隧道衬砌裂缝肇因诊断方法研究——以力学因素为例

诊断衬砌异状肇因为隧道安全评估与维修补强对策设计至关重要之项目。依据隧道检测案例与技术文献报导,研究隧道衬砌裂缝力学因素,提出可诊断力学因素的5种典型裂缝型态。继而透过典型裂缝型态的特征与空间分布,开发出诊断山岳隧道衬砌裂缝力学肇因之流程与方法,并以一实际铁路隧道检测案例验证所提流程与方法。