云梧高速公路石牙山隧道衬砌结构加固方案比选

广东省云梧高速公路石牙山隧道运营5年后初期支护与二次衬砌间出现了空洞、脱空等较严重病害现象,已经危及行车安全,需进行结构加强以确保隧道正常运行。基于对隧道病害现场情况、检测报告、工程地质、水文地质、原设计、前期各方论证的分析,结合相关规范对隧道养护、病害处治方法的要求以及目前病害隧道结构加固常用技术方法,提出拆换二次衬砌、钢板带加固+脱空填充、工字钢加固+脱空填充等3个结构加固方案。通过对隧道施工安全性、工期、耐久性、对行车的影响、美观性、经济性、业主要求等多方面进行综合比选,确定采用拆换二次衬砌方案对石牙山隧道进行结构加固处治。     

华蓥山隧道富水带衬砌结构安全性评估

以华蓥山隧道工程为依托,就涉及富水区隧道衬砌结构的安全性开展研究,运用FLAC3D有限差分软件对隧道的开挖进行了仿真分析,计算隧道衬砌各处内力,并按照破损阶段法求得断面各处的安全系数,进而对衬砌结构的安全性进行评价。计算结果表明:仰拱部位易发生涌水,拱脚处安全系数最小,不满足规范要求,是衬砌结构强度的薄弱环节,应适当加强来提高二衬的安全储备,该评价结果可为隧道的安全施工提供一定的指导意见。     

基于钢拱架支撑加固衬砌裂损方法的研究

衬砌裂损是隧道工程中最常见的病害,研究衬砌裂损加固方法和防治隧道衬砌裂损具有重大意义。通过对雷公岽隧道裂损区域的检测和力学分析,利用有限元模型模拟计算病害区域对钢拱架支撑加固的响应,建立存在裂损的隧道衬砌结构安全性评价方法。基于计算模型和评价方法,分析了裂损区域对衬砌结构稳定的影响。结果表明,环向钢拱架显著增强了衬砌的承载能力,对裂损区域的衬砌起到支撑作用,可有效防止衬砌局部掉块,提高隧道交通安全。     

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。     

秦岭天台山隧道1#斜井取消衬砌支护的影响研究

为解决公路隧道通风斜井取消二次衬砌对洞室稳定性和通风造成影响的问题，根据秦岭天台山隧道1#斜井Ⅲ级围岩段的地层特点和施工情况，从规范符合性、结构的安全性和耐久性等方面入手，分析取消二次衬砌后该段洞室围岩喷锚衬砌安全性的问题。同时，依据相关规范和文献资料，对斜井Ⅲ级围岩喷锚衬砌段的沿程阻力系数进行修正，据此分析计算出隧道的风道压力损失，并与原设计的相关参数进行综合比较，确保在满足隧道通风系统设计要求的前提下节约工程造价。结果表明： 1）在地质围岩条件较好的地段，斜井取消二次衬砌满足规范要求，且具有足够的安全富余度； 2）在斜井喷锚衬砌的壁面粗糙度不超过30 mm、通风设备等参数增大10%的设计富余量，可抵消斜井段取消二次衬砌对该段压力损失的不利影响。     

隧道衬砌施工缺陷对结构安全的影响研究

运用理论分析和数值模拟等研究手段,基于地层-结构法原理,就衬砌厚度不足、衬砌背后空洞和衬砌结构裂缝3种病害对衬砌结构安全性的影响进行研究,得出缺陷在衬砌结构不同位置处以及沿隧道纵向不同长度上衬砌结构的应力和安全系数的变化规律,为隧道结构的安全性评价和后期的运营监测提供依据。     

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。     

复合式曲中墙连拱隧道衬砌结构内力测试

以常吉(常德—吉首)高速公路土江冲隧道为依托,采用应变计对初期支护钢支撑内力和喷射砼应力、二次衬砌结构的内力进行现场测试,分析了复合式曲中墙连拱隧道衬砌结构的力学特征,并对隧道二次衬砌的安全性进行了评价。     

关于隧道结构的安全推演及寿命预测

隧道的寿命一直是行业研究的重要课题,相关研究大致可分为两类:一类是基于隧道环境的材料耐久性研究,认为衬砌寿命即隧道寿命;另一类是基于材料劣化的结构安全性研究,不考虑隧道结构受力对材料劣化的影响。现结合上述两类研究提出隧道结构体系受力演变模型,以反映各种因素的相互作用及隧道结构的内力演变和安全性演变,是一种新的研究思路。研究的主要内容有两项:其一为钢筋混凝土偏压构件的安全性演变;其二为隧道衬砌结构的内力及安全性演变。前者基于目前钢筋混凝土材料耐久性的研究成果,分析了材料劣化过程对偏压构件安全性演变的影响规律;后者通过隧道结构体系受力演变模型,分析了材料劣化及病害发展过程等对隧道结构内力和安全性演变的影响规律。研究表明:钢筋混凝土材料具有良好的耐久性,正常情况下能满足隧道设计寿命的要求,结构安全受钢筋锈蚀的影响比混凝土劣化要大很多,延缓钢筋锈蚀是隧道预防性养护的工作重点之一;隧道衬砌裂缝的出现会改变结构的内力分布,但一般不至于引起结构内力的明显恶化,除非裂缝存在发展迹象;拱脚处地层弱化对隧道结构安全的危害较大,维持围岩的稳定以及衬砌背后的密实性,是保障隧道结构安全性和使用寿命的前提条件。     

高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构安全性分析

为研究高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构的安全性,依托木寨岭隧道衬砌裂损段,通过现场监测和数值模拟的方法,分析高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构变形受力特征,进而分析结构的安全性。现场监测结果表明： 衬砌裂损重新施作后,前3层支护几乎承担了所有的围岩压力和变形,通过层层支护、分层抵抗的方法来逐渐降低衬砌受力,保证衬砌结构的安全。通过数值计算对比分析衬砌重新施作前后的隧道受力变形状态,其中重新施作后衬砌各位置混凝土应力和钢筋应力增长趋势均不明显,计算得到衬砌裂损重新施作段结构安全系数均处于3.3~8.1,各位置安全系数均大于规范中的要求值,说明结构处于安全状态。     

基于区间理论的隧道衬砌安全性评估

衬砌结构安全性评估结果的合理性和精确度大小不仅关系到结构的可靠性,而且对隧道工程的相关决策会产生重要影响。在隧道结构安全性评估过程中评估方法的选择尤为重要,本文提出了一种基于非概率可靠度理论的隧道衬砌安全系数的研究方法。该方法在已知给定的随机变量统计参数的前提下,通过非概率区间可靠度理论,求解隧道衬砌安全系数,评估隧道衬砌结构的安全性。运用该方法对一实例隧道衬砌安全系数进行计算,结果表明:参数的随机性会对隧道衬砌安全系数产生较大影响。     

公路隧道衬砌裂缝成因及其防治措施研究

近年来,越来越多的公路隧道出现了劣化现象。隧道的劣化形式多种多样,例如裂缝、渗漏水、剥落、冻害、震害等形式。其中,衬砌裂缝会严重影响隧道结构的整体性,并降低隧道衬砌的安全性和可靠性。本文对隧道衬砌裂缝的成因进了详细的分析,并提出了相应的防治措施,可以为相关病害隧道处理提供借鉴。     

深埋砂层隧道欠厚二衬安全性及加固效果分析

为研究隧道二次衬砌厚度局部不足对隧道结构受力的影响及加固效果,依托蒙华铁路某隧道,运用有限元软件建立隧道二次衬砌局部厚度不足荷载-结构模型,对衬砌缺陷位置、缺陷厚度及缺陷范围对二衬结构安全性能的影响进行了分析,并结合现场加固方案对其加固效果进行评价。结果表明:衬砌厚度不足对其所在缺陷部位的安全系数影响最大;拱顶安全系数相对最小,拱脚对缺陷厚度最敏感;衬砌欠厚时对结构轴力影响很小,但会造成欠厚位置弯矩值的大幅度降低;对衬砌加固后,结构弯矩值能得到有效改善,安全系数显著提高。     

带裂缝隧道衬砌的安全评价及有限元分析

为研究衬砌裂缝对隧道结构安全的影响,以某公路隧道的裂缝监测为工程背景,从80 处裂缝监测点中选取10 条典型裂缝, 采用综合判定法进行安全性评估,得出危险的裂缝断面,随后应用Midas/ GTS 软件建立典型裂缝断面的有限元模型,并对隧道衬砌结构的承载能力进行安全性分析。计算结果表明: 隧道衬砌出现裂缝使得衬砌结构的承载能力发生变化,其整个受力分布规律也会发生改变,重新分布力会导致现有裂缝发展,并使其他位置发生新的开裂,应根据计算结果对薄弱部位进行加固。研究结果表明: 通过采用定性的安全性评价与定量的理论计算相结合的方法,可以对带裂缝隧道衬砌结构的安全性作出科学的评估。     

新建隧道施工对近距离既有隧道的影响及安全风险评估

与既有隧道相距较近时,新建隧道施工会影响既有隧道结构的稳定性,增加新建隧道施工难度和工程风险。文中依托大青山隧道与武川至呼和浩特段隧道平行建设,垂直间距约30 m的工程实例,对既有隧道进行质量检测,采用ANSYS/LS-DYNA非线性动力分析软件研究新建隧道爆破开挖对既有隧道的影响,确定合理爆破参数,并对大青山隧道施工设计进行安全风险评估。结果表明,既有隧道衬砌结构与围岩之间局部存在松散、不密实等接触不良现象,围岩局部存在较明显的松散、裂隙带;1#隧道左线局部区域二次衬砌砼强度低于C25设计标准,基本满足设计标准;单次爆破药量50kg、隧道间距40m时衬砌的最大振速超过规范要求,单次爆破药量25kg、隧道间距30m时衬砌的最大振速超过规范要求,单次爆破药量25kg、隧道间距40m时衬砌的最大振速满足规范要求,单次爆破药量12.5kg、隧道间距为30、35、40m时衬砌的最大振速满足规范要求;大青山隧道塌方、影响相邻隧道安全、危岩落石、大变形、交通事故的风险等级分别为Ⅲ、Ⅲ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ级,可通过加强地质预报、超前支护、注浆封堵及加固、加强通风及变形监控量测等措施降低风险发生概率。     

砌石衬砌背后双空洞对隧道结构安全性影响

为深入研究砌石隧道衬砌背后不同规模空洞的存在对隧道结构安全性及力学特性的影响规律,保障隧道运营的安全性,针对砌石隧道衬砌背后双空洞分布空间和规模进行安全性影响分析。基于成渝线某砌石隧道的现场检测结果,统计分析砌石衬砌背后空洞深度和宽度分布特征,获得相适应的正态分布规律以及概率性分布区间,利用ANSYS有限元软件建立平面应变模型,对衬砌结构整体应力、典型截面的结构安全系数及灰缝截面的抗拉抗剪验算进行研究,揭示不同规模空洞病害下衬砌结构安全性的变化规律。研究结果表明:拱顶及拱腰双空洞和左右拱腰双空洞出现频率最高,且砌石衬砌背后空洞分布的宽度及深度特征呈现正态分布;衬砌空洞深度近似服从N(24.88,6.67)正态分布,空洞深度主要为20~30 cm;衬砌空洞宽度近似服从N(1.39,0.46)正态分布,空洞宽度大多分布于1.0~2.0 m之间;两空洞间衬砌截面安全系数低于其他截面,需作为砌石衬砌安全性评价及空洞病害整治的重点;左右拱腰双空洞比拱腰及拱顶双空洞对衬砌结构安全性危害更大;空洞宽度2.0 m是影响砌石隧道结构安全性的临界空洞宽度,建议将空洞宽度控制在2.0 m以内。     

复杂条件下隧道衬砌结构安全性评价

为了深入探讨浅埋、大跨度、偏压等复杂条件下公路隧道衬砌结构的安全性,结合卧龙岗隧道左线出口段浅埋偏压、边坡滑动以及断裂带等不利因素,对可能出现的隧道结构安全问题进行了分析论证;通过分析围岩位移稳定性、边坡稳定性以及衬砌结构受力情况,对隧道二衬的安全性进行了全面评价。结果表明:卧龙岗隧道围岩位移基本趋于稳定,边坡处于稳定状态,隧道出口段整体是安全稳定的;该评价结果为隧道后期的安全运营提供了可靠依据。     

隧道衬砌结构在水压力作用下受力计算分析

对某隧道建立有限元结构分析模型,研究隧道初衬结构安全性及衬砌内力。结果表明,隧道衬砌结构在长期峰值水压力作用下安全度满足规范要求,结构安全稳定。计算隧道二衬结构内力值,并将数值模拟结果与实测数据对比分析,得出应力分布规律,两者一致,边墙和仰拱处为受力最不利位置。     

隧道工程衬砌结构补强加固技术研究

隧道工程衬砌结构病害对其正常运营会造成极大的不便,甚至有可能引发相关安全事故。该文结合甘肃某公路隧道维修加固工程实践,在阐述其衬砌混凝土结构受力特性以及新型补强加固材料主要性能的基础上,通过Ansys软件,对其衬砌施工缺陷段的二衬结构安全性进行了有限元分析,也对该实例工程进行了多方案对比分析研究,提出了衬砌结构补强加固实施方案的具体合理工程技术措施;最后采用的"灌注裂缝胶+贴碳纤维布+新型网格状钢带补强"加固方法不仅施工工艺较为简单,而且对隧道原有衬砌结构的扰动性较小,具有良好的工程实际应用意义和推广价值。     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。