公路隧道二次衬砌厚度不足成因分析和治理研究

二次衬砌厚度不足会导致隧道各种病害,首先从隧道二次衬砌设计和施工两个方面分析导致厚度不足的原因;然后结合隧道二次衬砌应力分布和受载情况分析衬砌厚度不足对结构的影响;最后通过研究总结二次衬砌施工质量控制预防和补强加固两方面治理措施,达到治理衬砌厚度不足引起的各种病害的目的。该项研究对隧道二次衬砌施工和运营养护具有重要借鉴作用。     

超大断面4车道公路隧道二次衬砌厚度优化研究

京沪高速济南连接线工程与济南绕城高速济南连接线工程共设置了6座双向8车道隧道,隧道比重高、里程长、断面大、地质条件复杂,是整个项目的控制性工程,其二次衬砌厚度对整个项目隧道工程的安全性与经济性具有重要的影响。鉴于目前国内尚缺少4车道公路隧道支护参数的技术标准,为得到合理的二次衬砌支护参数,选取典型小净距Ⅴ级围岩浅埋段,采用数值计算的方法,研究了不同混凝土强度等级、不同厚度条件下的二次衬砌力学性能。结果表明:1)超大断面4车道隧道二次衬砌厚度存在一个合理范围,在该范围内二次衬砌的最大裂缝与最小安全系数均在限值范围之内,超过合理厚度不利于结构安全;2)提高二次衬砌混凝土强度等级对结构安全有利,但随着等级的提高其有利作用在逐步减弱。     

隧道二次衬砌逐窗入模及带模注浆技术研究

为有效解决传统隧道衬砌工艺中衬砌拱顶脱空、浇筑混凝土厚度和强度不足等二次衬砌质量通病,提高衬砌整体性并提升二衬标准化施工水平,文章针对景文高速耙齿岩隧道项目工程,采用了新型可带模注浆的衬砌台车以替代传统的混凝土浇筑方式,并对台车模板和分流系统进行综合改造设计以更好的适配耙齿岩隧道衬砌工程的施工特点,在此基础上提出了完整的逐窗入模和浇筑混凝土施工流程。此外,针对带模注浆施工前的特殊情况提出了局部超前预注浆处理相关施工要点及工艺参数,最终对所采用的优化衬砌工艺进行了浇筑混凝土效果检验。衬砌工程质量检验评定结果表明：经逐窗入模及带模注浆施工后的混凝土强度、衬砌厚度及墙面平整度均满足施工技术标准,二衬质量得到明显改善。研究所采用的新型衬砌台车和逐窗入模系统解决了隧道二衬混凝土的固有施工技术缺陷,提高了施工工效,为隧道衬砌的标准化建设提供了可行的技术参考。     

隧道二次衬砌质量控制新技术

为解决隧道二次衬砌背后脱空、混凝土不密实、厚度不够、强度不足、施工缝开裂掉块等施工质量问题,依托在建的张吉怀铁路某隧道工程,施工中采用三维激光隧道扫描测量系统确保初期支护断面不侵限;采用激光定位和磁焊机焊接提升防水板固定效果;研发并使用新型台车分层逐窗自动布料系统,实现隧道拱墙衬砌混凝土自动分层逐窗浇筑;设置刹尖孔、拱顶安装防空洞监测装置和液位器装置,有效防治拱顶空洞;优化拱部振捣方式和施工缝施工工艺;制订并落实隧道二次衬砌质量管理新办法的技术和管理措施。通过以上措施,实现二次衬砌厚度零欠厚,拱部脱空率下降至5%以内,二次衬砌混凝土强度满足设计要求,总体施工质量得到大幅提高,为隧道施工和运营安全提供保障。     

预防隧道二次衬砌脱空的新工艺

深入分析隧道二次衬砌脱空的原因,介绍当前浇筑隧道二次衬砌的新工艺,该工艺的应用利于预防隧道二次衬砌拱顶脱空的产生,对提高二次衬砌混凝土厚度的均匀性和混凝土的密实性无疑是有益的,值得推广。     

基于矿山法铁路隧道复合式衬砌断面尺寸的施工问题分析及解决对策探讨

矿山法铁路隧道复合式衬砌有开挖成形、超欠挖、衬砌厚度控制难等诸多隧道断面尺寸问题及质量“顽疾”。基于高铁双线单洞隧道复合式衬砌设计和施工实践,分析隧道断面尺寸的预设、施工误差、断面测量、欠挖处理、二次衬砌混凝土厚度和方量等方面的问题,按照保证衬砌不欠挖同时严格控制超挖的理念,在隧道断面的尺寸预设和调整、断面测量方法、欠挖处理和初期支护基面修整、拱墙衬砌台车二次衬砌浇筑混凝土方量计算、断面尺寸质量控制等方面提出施工解决对策和建议。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

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。     

基于厚度检测的运营隧道二次衬砌安全评价研究

二次衬砌作为隧道复合式衬砌结构的重要组成部分和最后一道防水防线,其安全评价历来备受关注,而二次衬砌的厚度通常是评价运营隧道安全的重要指标。以运营中的代古寺隧道为工程依托,开展了二次衬砌外观质量及厚度现场检测;采用MIDAS有限元软件对衬砌厚度不合格段进行变形及受力分析,基于数值计算结果校核了二次衬砌的安全性状;针对不同等级的围岩,分析了二次衬砌厚度与其安全性的关系,并给出了相应的最小安全厚度。研究结果表明:二次衬砌最不利位置位于边墙和拱脚附近,衬砌厚度不足会使结构的轴力与弯矩减小,导致隧道结构的安全系数降低;对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩,二次衬砌最小安全厚度建议值分别为31cm、36cm和41cm。     

软弱围岩段连拱隧道施工安全及衬砌结构分析

该文以深圳某公路隧道为工程背景,采用有限元程序对该连拱隧道的施工过程进行了数值模拟,得到了隧道围岩的变形规律、应力分布特征,以及围岩位移随时间变化的规律。采用荷载-结构法对隧道二次衬砌内力和截面配筋进行了验算。验算结果表明:设计时可通过增大局部截面厚度和增加钢筋来提高衬砌结构强度,从而最大程度地保证隧道施工的安全进行。     

多因素作用下隧道衬砌内力随时间变化规律

针对隧道初期支护和二次衬砌施作间隔时间短的工程特点,为掌握类似条件下衬砌受力变化的规律,分析二次衬砌钢筋轴力监测数据及相应的施工工况,研究隧道开挖、围岩蠕变、隧道衬砌刚度等因素对二次衬砌钢筋轴力变化的影响,如二次衬砌钢筋轴力变化曲线可分为2个明显的双曲线变化阶段：第一阶段主要受隧道开挖和隧道衬砌刚度的影响,围岩蠕变明显,在其作用下二次衬砌钢筋轴力明显增加,且轴力变化至少在1年后才趋于稳定,第一阶段大约持续33d,此阶段隧道衬砌刚度基本形成,而后二次衬砌钢筋变化进入第二阶段;第二阶段变化主要受围岩蠕变的影响。     

浅析苏木山隧道衬砌结构厚度检测方法及其分布规律

通过苏木山隧道实际工程案例,验证了地质雷达无损检测技术在隧道衬砌结构厚度检测过程中可达到良好的效果,并对苏木山隧道初期支护和二次衬砌厚度检测结果进行分析,可知实际检测厚度和设计之间差值呈现高斯分布规律,其拟合度较高;初期支护和二次衬砌在不同测线位置的实际检测厚度平均值均高于设计值,通过分析国内山岭隧道质量评价方法,建议从结构安全度和可靠度双重角度制定隧道衬砌厚度评价指标。     

海底隧道环境腐蚀性评价及二次衬砌混凝土室内加速腐蚀分析

为评价海底隧道支护结构环境腐蚀性等级和分析二次衬砌混凝土抗腐蚀性能,采用相关技术标准、规范和室内加速腐蚀试验进行综合分析。结果表明,厦门翔安隧道二次衬砌外壁环境腐蚀性等级为严重的D级,内壁为非常严重的E级,得到设计采用;矿渣组(水胶比0.36,单掺60%矿渣粉)和共掺组(水胶比0.36,掺15%粉煤灰+60%矿渣粉)综合性能均满足C45强度要求,且具有良好的抗腐蚀性能,推荐作为厦门翔安隧道二次衬砌高性能混凝土配合比的参考;根据耐久性设计综合研究成果,厦门翔安隧道最终采用推荐的共掺组二次衬砌配合比方案。     

极高地应力软岩隧道双层支护技术

兰渝铁路两水隧道洞身主要通过炭质千枚岩软岩地层,隧道为极高地应力状态,最大水平主应力值为6.5~11.3 MPa。施工前期,隧道初期支护结构变形较大,部分钢拱架扭曲、断裂,支护结构失稳,初期支护结构侵入衬砌净空,拆换拱情况频繁发生,局部地段二次衬砌开裂。针对前期施工中出现的问题,分别开展双层初期支护和双层衬砌试验,对试验段初期支护变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力、混凝土应力等进行现场试验研究,掌握试验段设计及施工参数条件下,隧道支护和衬砌结构受力和变形规律。主要研究结果如下:1)双层初期支护变形相对较小,喷混凝土应力、钢架应力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力均未超过材料的容许应力,工作状态良好;2)双层初期支护可减少绑扎钢筋的工序,不需要再另增衬砌台车,在工序组织上更加便利,工效性相对较高。     

高速铁路隧道二次衬砌钢筋施工预留沉落量分析

为提高铁路双线大断面隧道二次衬砌钢筋保护层控制质量,降低拱顶开裂风险,针对隧道二次衬砌钢筋在大跨度时本身具有向下的沉落变形特点,需对钢筋沉落量进行有效控制。二次衬砌环向主筋受力体系与拱的受力方式相同,以郑万高速铁路隧道二次衬砌结构几何参数、钢筋及垫块布置、钢筋的自重为研究对象,按无铰拱结构受力计算方式,采用经典力学原理、拱的挠度理论、挠度叠加设立方程,对钢筋自重下的预留沉落量进行研究,得到环向主筋越小施工沉落量越大,环向主筋越大施工沉落量越小的规律。通过理论公式计算出各种衬砌类型钢筋施工沉落量,提前进行有效预设,并按施工沉落变形对钢筋进行有效限位支撑,提高钢筋安装的准确性,有效控制了二次衬砌钢筋保护层,满足了设计要求。     

地质雷达在铁路隧道混凝土衬砌质量检测中几个问题的探讨

针对近年来使用美国GSSI公司生产的SIR-3000型地质雷达检测仪从事铁路隧道混凝土衬砌质量检测过程中积累的经验以及遇到的问题,从衬砌背后空洞检测、钢筋、钢拱架检测、衬砌厚度检测和仰拱厚度检测等方面分析问题产生的原因,探讨提高地质雷达检测精度的一些措施。对于衬砌背后空洞的规模大小以及一些沿隧道环向分布的空洞,受检测条件以及现有的无损检测技术条件的限制,只能通过结合锤击法和钻芯法来综合评判; 对于钢筋、钢拱架的检测,通常双层钢筋中第2层钢筋的数量受雷达分辨率的影响很难看清,因受电磁波趋肤效应的影响,钢筋混凝土的衬砌厚度、初期支护钢拱架和初期支护空洞等的检测情况都不理想,所以务必要在隧道二次衬砌施工前完成初期支护混凝土质量及钢拱架数量的检测及整改工作; 对于衬砌厚度的检测,由于隧道衬砌介质的不均匀性,使得相对介电常数无法得出一个精准的数值,故不应该过分依赖从雷达剖面提取出来的厚度实测值,应允许一定范围内的误差; 对于仰拱厚度的检测,一般需要结合设计、施工等资料,必要时候借助钢筋的埋深位置等对仰拱厚度进行初步判断,但很多时候因受分辨率影响,检测结果往往与实际结果有较大误差,这时还需结合钻芯法来进一步确认。地质雷达检测技术的关键是做好以下几方面的工作： 建立合理的检测机制,严格工作纪律,不断优化检测方法。     

桃花源隧道火灾后混凝土损伤层厚度测试与分析

本文以包茂高速公路桃花源隧道火灾为工程依托,采用超声检测法对隧道火灾后衬砌混凝土损伤层厚度进行测试与分析,测试结果表明:桃花源隧道火灾及其影响段非剥落部位二次衬砌混凝土损伤层厚度小于6cm,拱部混凝土损伤层厚度较边墙要大,火灾段损伤层厚度大于火灾影响段,损伤层厚度分布规律与火灾分布规律基本一致。     

铁路隧道混凝土理论消耗量分析及计算

混凝土超耗是隧道工程施工面临的难题,如何有效减小隧道混凝土超耗是项目成本管控的重点,也是难点。为有效降低施工成本,合理确定隧道混凝土消耗标准,做好施工管控,立足于隧道施工特点,从混凝土超耗原因、消耗组成、消耗量化分析及二次衬砌模板台车轮廓外放影响等方面,针对混凝土施工前后工序进行混凝土消耗量化计算及评估,得出:1)初期支护喷混凝土消耗量主要与设计量、回弹量及平均线性超挖量相关,喷混凝土理论消耗量是设计量的1.6～3.8倍;2)二次衬砌模筑混凝土消耗量主要与设计量及预留变形量相关,在实际预留变形量是设计预留量1/3的情况下,二次衬砌模筑混凝土理论消耗量是设计量的1.04～1.12倍;3)一般的二次衬砌模板台车结构强度及刚度较大,满足二次衬砌混凝土浇筑施工至初凝时的自重或冲击压力,定位时不需要将台车轮廓外放大,以防变形回落。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。     

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。