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。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

含湿量和纤维对隧道二衬混凝土高温性能的影响

通过模拟火灾现场材料表面实际升温曲线,分析了不同纤维混凝土的临界含湿量以及不同含湿量下混凝土的质量损失,同时采用大板混凝土进行火灾试验.研究发现:含湿量的高低较大程度上影响着试件受火后表面爆裂程度、裂缝数量、渗水时间以及质量损失;防火纤维混凝土爆裂的临界含湿量高于其他3种混凝土(普通混凝土、聚乙烯纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土),抗爆裂性能最好;相同含湿量下,通过观察受火面剥落、烧酥程度,再一次验证了防火纤维抗爆裂效果较好.通过测试不同混凝土板侧面温度场以及区域回弹值发现,由于混凝土板侧面温度值分布不同,进而造成混凝土材料回弹值的损失也不一样,材料力学性能的损失与温度场有着直接的关系.     

超声回弹综合法在隧道衬砌强度检测中的应用及相关问题探讨

按照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:2005)要求,采用超声回弹综合法对隧道衬砌混凝土抗压强度进行检测,同时在相同测区采用回弹法、钻芯取样法进行对应比较,通过实际应用,表明超声回弹综合法在隧道衬砌混凝土强度检测中具有较高的准确性,能够满足检测要求,同时分析了该方法在检测隧道衬砌混凝土强度中产生的误差原因及检测过程需要注意事项。     

隧道衬砌介电常数试验与理论分析

通过试验模拟隧道混凝土衬砌结构,分别就不同龄期和不同深度2种情况,采用地质雷达对混凝土衬砌中雷达波的传播速度进行测量,由此得到相应介电常数的测量值,并发现介电常数随衬砌深度增加而线性增大这一反常现象。结合隧道混凝土衬砌的特点,考虑隧道混凝土衬砌中的自由水分布,将多相混合物介电常数的体积模型作进一步改进,提出混凝土的介电常数模型。结果表明：该模型能很好地说明所得试验结果,为地质雷达用于隧道衬砌混凝土衬砌深度的精确测量提供了必要的修正依据。     

公路隧道火灾衬砌结构温度分布现场试验研究

为了掌握实际公路隧道火灾对衬砌结构内部温度分布的影响,对某一公路隧道人行横通道进行了现场火灾试验研究,并详细介绍了本次隧道火灾试验及火源的设计方法。试验得到了火灾工况下隧道内空气温度的分布结果,揭示了衬砌和围岩内部的温度变化规律,为下一步研究火灾对公路隧道衬砌损伤特性提供了基础数据。     

超大跨度公路隧道衬砌的变形规律及裂缝处理

为研究超大跨度公路隧道二次衬砌裂缝的变形规律及产生原因,以滨莱高速姚家峪隧道为依托,对超大跨度公路隧道二次衬砌开裂段进行监控与量测。监测内容包括拱顶沉降、净空收敛及裂缝宽度,并对监测结果进行分析。结果表明:二次衬砌变形规律与洞内气温变化相关,随着气温上升,变形表现出先增大后逐渐平缓的规律;混凝土材料的收缩及温度应力作用是隧道二次衬砌开裂的主要原因,因此冬季施工时应加强混凝土的养护,防止裂缝持续发育;衬砌裂缝主要位于隧道洞口段,并沿起拱线上下纵向曲折延伸,施工时应采用低压速灌法、环氧树脂等协同处理。     

公路隧道初期支护中湿喷与潮喷工艺对比研究

甘肃省两当隧道(两当端)左线上导坑喷射混凝土采用挪曼尔特电-液控湿喷台车,下导坑采用传统劳务班组(潮喷)施工;右线上下导均采用传统劳务班组(潮喷)施工。隧道自2015年7月开始施工到2015年12月底,经过五个月的施工,我将隧道左、右线施工中收集到的初衬混凝土回弹量、初衬混凝土的密实性、初衬大板切割试块的抗压强度、初衬取芯密实性、洞内作业环境、施工核算成本等数据进行全面分析比较;发现隧道左线初期支护混凝土回弹量较右线每循环低10%-15%;隧道左线初衬混凝土回弹强度数据较右线离散性小、变异系数小且试块抗压强度均大于3Mpa以上;隧道左线初衬取芯密实性较右线高、空洞少;隧道左线较右线施工洞内粉尘含量明显降低、工人作业环境得到明显改善;由于湿喷机造价过高,经过核算隧道左线施工成本较右线高出40.64%。     

中巴公路浅埋偏压隧道二次衬砌受力监测分析研究

利用振弦式传感器对中巴喀喇昆仑公路堰塞湖改线段浅埋偏压隧道的二次衬砌进行现场监测,采集得到初支与二次衬砌间应力和二次衬砌混凝土应变的随时间变化规律并进行分析。测试结果表明,隧道初支与二次衬砌间接触紧密,二次衬砌有效承担了初支传递的围岩形变应力,且在二次衬砌施作后50d后应力基本保持稳定;初支与二次衬砌间所受的应力右幅大于左幅,存在偏压受力情况;二次衬砌混凝土应变初始阶段是拉应变,随着时间的增长,混凝土应变转为压应变阶段并逐渐变形稳定。综合监测结果可知,各监测值都在规范规定的安全值范围内,该浅埋偏压隧道二次衬砌结构受力稳定,可靠安全。     

喷射混凝土衬砌隧道通风阻力系数测试研究

依托秦岭终南山18km特长公路隧道,选取隧道中部长度600多米的施工区段,设计风阻现场测试方案,布设2个测试断面,每个断面不同位置布设16个测点,采用高精度压差法对喷射混凝土作为隧道永久衬砌的通风阻力系数进行现场测试,测试风速范围为1.2~6.5m／s;通过数据整理分析,得出了通风阻力系数设计参数。试验表明:2车道公路隧道(净空面积70m2)喷射混凝土衬砌通风阻力系数在试验工况条件下为0.051,该参数值偏于保守,可直接用于指导通风设计。     

将军沟隧道支护结构断面形式优化分析

近年来,大量已建运营公路隧道发生漏水等多种形式的恶化现象已经引起了隧道工程界的关注,大量的研究表明,隧道结构的恶化现象在一定程度上是由于作用在隧道衬砌上的力或者是由衬砌混凝土的损坏引起的。因此,在隧道和地下工程的轴线选定以后,通过优化设计,不断地调整隧道和地下工程断面的几何形态,以改善支护结构的受力状态是隧道设计优化的最终目标。针对将军沟隧道工程,选取设计参数不同的4个支护结构断面,采用ANSYS有限元程序,对不同支护结构条件下隧道的受力、变形进行了数值模拟试验。数值模拟试验表明:选定4种支护结构断面形式,初次衬砌和二次衬砌的压应力都非常小;但考虑到拉应力对素混凝土的受力的不利影响,建议采用优化的结构形式,以减小拉应力。同时,考虑到隧道衬砌结构受力的最不利部位出现在隧道拱脚处,建议施工中加强对拱脚的支护,增加锁脚锚杆,以确保施工的安全。     

隧道衬砌强度沿厚度变化规律及模板台车设计理念探讨

隧道衬砌强度检测常采用回弹法和钻芯法，两种方法检测的对象分别是混凝土表面和结构内部，回弹法的检测强度普遍高于钻芯法，对此，为查明出现这种差异的原因，采用回弹法和钻芯法对新建隧道衬砌强度进行了一系列检测和试验，经回归处理并结合数值模拟分析，研究结果表明:衬砌强度沿深度方向呈先缓慢降低而后加速下降再趋于平稳的变化趋势；衬砌表面回弹法检测强度R1、钻芯强度R2与钻芯拟合强度R3之间满足R1=β1R2和R3=β2R2，并提出了检测工程中β1，β2的建议值；根据模拟结果，探讨了整体式衬砌模板台车的设计理念。     

纤维隧道衬砌混凝土合理配合比研究

为了确定纤维隧道衬砌混凝土合理配合比,通过在传统配合比中加入早强组分、纤维素等外加剂,研究其对喷射混凝土相关性能的影响。结果表明:用早强组分部分替代速凝剂,可以提高混凝土后期强度;可以改善混凝土初始坍落度,降低混凝土的回弹率,进一步保证施工质量。     

运营公路隧道局部换拱效果及其工程影响

通过对运营公路隧道换拱工程试验段衬砌荷载和温度的现场监测,并将之与新建隧道衬砌荷载分布规律进行对比,评价换拱工程中新施作衬砌的承载性能。通过采用数值计算分析的手段,对换拱过程临近结构附加影响进行研究。结果表明:换拱工程与新建隧道工程衬砌荷载分别在荷载曲线形态和达到峰值的时间这2个方面存在明显差异;结合衬砌温度变化规律,揭示了换拱工程的新施作衬砌基本不发挥承载作用,现场监测所得荷载主要是由温度应力引起的;分析换拱过程中,邻近结构在卸荷作用下产生一定的附加沉降和附加应力。综合换拱工程衬砌承载效果及对临近结构的影响,提出了在运营隧道衬砌病害处理过程中,宜优先采用非破坏性防护措施,慎用局部换拱方案的工程建议。     

现役公路隧道健康状况的调查与检测技术

提出对公路隧道的各种病害进行全面调查的方法;提出用激光断面仪检测隧道轮廓变形、用地质雷达检测隧道衬砌质量和背后孔洞、用超声波仪检测衬砌混凝土强度,以及用一定量的钻孔取芯方法对无损探测得到的衬砌和围岩的构造与强度进行验证的成套检测技术和方法。     

隧道振动台模型试验相似材料研究

结合隧道结构的振动台模型试验研究,对隧道衬砌模筑混凝土的相似材料进行了试验,选用石膏、重晶石粉和石英砂为模拟材料,通过大量的室内试验研究了不同配合比下材料的力学性能,找到了合适的配合比;同时研究了不同的养护方式对试件强度的影响规律;最后得到的试验结果与隧道震害基本一致,验证了相似材料配合比的正确性.     

特长公路隧道通风道定额研究

通过对秦岭终南山特长公路隧道竖井通风道的开挖、衬砌施工工艺及技术的研究,系统地介绍了公路隧道通风道定额的编制思路及方法。编制了特长公路隧道通风道开挖及混凝土衬砌定额,填补了现行公路定额中的缺项,特别是泵送混凝土模架法浇筑定额,突破了现行(07)定额中沿用的人工浇注混凝土定额。     

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。     

火灾高温下盾构衬砌结构试验与力学模型综述

复杂运营环境下自然与人为因素所引发的众多隧道火灾已造成了重大的社会影响和经济损失。火灾已成为威胁隧道安全运营的主要灾害之一,其对隧道衬砌结构会产生严重的损伤乃至破坏。盾构衬砌为装配式结构,接缝多以螺栓连接,火灾高温下易发生管片爆裂和接缝连接薄弱部位受损而诱发的突然破坏;同时,由于盾构隧道周围地层的约束作用有限,其衬砌结构体系受火损坏后垮塌的风险极高。为提高软土地层环境下盾构隧道装配式衬砌结构体系的耐火能力及火灾安全性,本文调研了盾构隧道火灾安全研究现状,对与盾构隧道火灾安全研究相关的试验及理论分析工作做了较为全面的综述,主要包括:火灾高温下盾构隧道衬砌管片力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下管片接缝力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下盾构衬砌体系力学特性试验与理论分析模型,火灾高温下盾构隧道周围地层力学行为研究。在此基础上,针对大直径盾构隧道的火灾试验,高温引起的盾构衬砌管片材料性能劣化评价及主动式抗火管片的材料设计,火灾高温条件下盾构衬砌结构计算模型精细化这3个核心问题,展望了盾构衬砌受火灾影响的研究方向和思路。     

青海省G227线大坂山隧道病害整治设计

大坂山隧道经过8年多的运营,出现了较严重的病害,如衬砌开裂、严重渗漏水、混凝土冻害和劣化等,在对隧道进行检测的基础上,对隧道病害进行了有针对性的整治设计,整治后的隧道套拱段滴水不漏,且隧道结构得到了有效加固,非套拱段只有3处渗漏水;同时在隧道整治时增设套拱背后混凝土温度观测系统,对衬砌混凝土温度进行长期观测,为掌握衬砌混凝土冻害提供基础数据。