高速公路隧道仰拱底鼓破坏机理分析及处治措施

针对某高速公路隧道仰拱底鼓破坏、二次衬砌变形开裂病害情况,通过现场调查、破损检测等手段查明隧道病害发生原因,并对隧道仰拱底鼓破坏机理进行了分析,提出了疏通排水设施、设置水平型钢支撑、钢花管锁脚、环向注浆等措施,有效地控制了病害进一步扩展,对变形破坏段仰拱及二次衬砌进行拆换,成功地治理了隧道仰拱底鼓破坏病害。     

强岩溶区隧道施工中隧底最小安全厚度分析研究

岩溶隧道底板以下既有溶洞对隧道施工安全及铁路运营有直接的影响，分析、评价岩溶隧道底板的稳定性是岩溶隧道施工的关键问题之一。采用荷载传递线的概念，提出了岩溶隧道底板最小安全厚度的半定量评价方法；采用弹性理论建立了在岩体按抗拉和抗剪强度准则基础上的岩溶隧道底板岩层的最小安全厚度的理论公式，为施工期岩溶隧道底板安全性评价提供了依据。     

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

仰拱作为隧道重要的组成部分,其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素,与车辆的安全运行息息相关,为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式,弄清仰拱底鼓产生机理,采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法,对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究,将试验结果与扩展有限元结果进行比较,验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优,侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况,以确保模型试验加载方式的可靠性,并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种;U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力,引起仰拱隆起变形,以仰拱中心受弯破坏为主,仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连,对其隆起有一定的阻碍作用,导致中心部位隆起速度明显高于两侧,最终形成W形的破坏形态;U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力,导致仰拱出现剪切破坏,最终形成W形的破坏形态;U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下,仰拱与边墙的连接部位受剪破坏,无法有效传递轴力,最终导致仰拱与边墙脱开;仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置;研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据,对保证隧道的安全运营具有重要意义。     

高压富水岩溶隧道底鼓变形演化机制及防控对策研究

当隧道穿越高压富水岩溶地层时,易发生衬砌开裂、底鼓及渗水等灾害。为探索隧道底鼓变形演化机理,建立高压富水岩溶隧道底鼓变形控制体系,采用现场测试、室内实验、数值模拟相结合的方法,分析了贵州省德江隧道高压富水段底鼓病害成因及孕育过程。研究发现：围岩中大型隐伏溶腔通过地层中复杂的岩溶管道网络与上伏暗河水源连通,导致隧道结构承受高达2.1 MPa外水压力;隧底基岩在水岩作用下劣化严重,饱和状态下基岩抗压强度仅为27.7 MPa,且其强度随浸泡时长增加而显著降低。数值计算揭示了高水压力是诱发隧道底鼓破坏的主要因素;基岩软化对隧底变形存在一定影响,但与高水压叠加效应不明显。基于此,总结提出以“限排、泄压”为主,“主动加固”为辅的高压富水岩溶隧道底鼓防控基本思路,具体为“预留控制砼室+集水管引排+注浆加固基底围岩”的联合控制程序。实现深部溶腔岩溶水的可控排放,消解隧底水压力,辅以注浆重塑隧底基岩,从而改善隧道结构应力环境。长期监测结果表明：隧道衬砌背后水压力较处治前减少了97%,隧道结构稳固。研究结果可为类似岩溶隧道底鼓病害控制提供参考。     

沉管隧道底钢板空鼓的原因及对策

以广州生物岛—大学城沉管隧道工程为例,分析底板采用底钢板为外包防水的沉管管段在施工中出现钢板与结构混凝土局部脱空形成空鼓的原因及对结构产生的危害,并结合施工工艺优化阐述如何防止空鼓产生及出现空鼓后的后期治理措施。通过加强过程控制和必要的后期补救措施,有效改善底钢板空鼓这一施工缺陷的产生,降低渗漏水隐患,保证管段预制质量。     

云屯堡隧道围岩变形特性与预防控制措施研究

当隧道穿越围岩时,由于其围岩变形,极易在隧道拱部发生离层、掉块、滑塌等工程事故。文中针对云屯堡隧道围岩变形导致的支护、衬砌破坏,分析围岩变形机理,比较现场施工与设计之间的区别,提出围岩变形控制的具体对策;而后针对不同等级围岩变形开展专项设计,通过试验验证确定支护及衬砌方案,施工监测结果表明,专项设计能够有效地控制围岩变形。     

缓倾层状岩体隧道开挖变形特征与机理分析

基于水平层状围岩结构特征,分析了层状围岩中隧道开挖的变形规律及破坏机理。缓倾岩层隧道开挖破坏范围主要集中在拱顶范围内,当岩层厚度发生变化时,边墙部位增幅较小,但顶板塑性区范围增加较大,塑性区深度约为边墙部位2～3倍。不同工况条件下,拱顶沉降均远大于水平收敛变形,且由于岩层之间粘结力较小,顶板岩层出现明显的离层现象。基于变形特征和破坏机理分析,提出了控制缓倾层状岩体隧道大变形及塌方的控制技术措施,可为类似条件下隧道设计与施工参考。     

局部失效盾构隧道管片承载特性及破坏机理

局部失效(混凝土或钢筋缺失)会显著影响盾构管片的承载性能,甚至会诱发隧道整体结构的破坏。为明确局部失效对管片承载特性的影响,分别开展了标准管片和跨中及侧部开孔管片承载特性的足尺试验,并对管片的位移、裂缝扩展及混凝土应变进行了监测。试验结果表明：管片破坏过程分为4个典型阶段,并将各个阶段的临界荷载定义为管片的3个特征荷载。根据各特征荷载值对管片的承载特性进行了对比分析,明确了开孔管片的承载能力低于标准管片,且开孔位置对管片的承载特性具有较强影响。为进一步明确局部失效盾构管片试验结果的准确性,采用混凝土弹塑性损伤本构建立了与试验对应的三维精细化数值模型,并通过与模拟的对比验证了试验结果的合理性。随后,依据标准管片各承载特性,定量分析了管片开孔直径及开孔位置等因素对管片抗弯承载特性的影响规律,并初步提出了局部失效盾构管片抗弯承载特性的理论计算模型。研究结果可为极端条件下地铁盾构隧道的安全性评估及加固设计提供理论基础。     

土质隧道围岩未支护段破坏模式分析

基于土质隧道围岩破坏模式的模型试验结果,通过临界尺度分析了未支护段围岩发生破坏的机理.根据围岩破坏形态和破坏机理建立了分析模型,推导了未支护段围岩发生自稳破坏、进尺破坏和不破坏的理论条件,并结合工程实例进行了分析.研究表明:围岩开挖的临界尺度控制了围岩的破坏模式,当开挖跨度或进尺分别大于相应的临界尺度时,未支护段就分别发生自稳破坏模式或进尺破坏模式;分别得到了发生自稳破坏、进尺破坏和不破坏的理论条件及破坏高度计算式;工程实例验证表明理论分析结果与实际相符.     

基于六盘山隧道衬砌混凝土腐蚀破坏分析及对策

宁夏盐渍地区混凝土工程(桥基、隧道)腐蚀破坏比较严重,作者通过现场水质调查分析和综合评价,分析了混凝土腐蚀破坏模式及其机理。针对工程病害以及该地区特殊的地质水文环境,研制了掺有粉煤灰和高效减水剂的双掺耐腐蚀混凝土配方。通过试验确定了这种混凝土性能优于规范中抗硫酸水泥,并接近高抗硫酸水泥,在保证双掺混凝土抗腐蚀性能的基础上降低了工程成本。同时,对隧道衬砌混凝土常见的开裂、渗漏破坏提出了相应的设计、施工建议,取得了较好的社会、经济效益。本文的研究成果为西北盐渍地区混凝土工程腐蚀破坏综合治理提供了经验。     

某高速公路隧道仰拱底鼓原因分析及处治方案数值模拟

针对某高速公路隧道仰拱底鼓破坏等病害,从地质因素、支护设计等方面综合分析仰拱底鼓等病害的原因。提出了全面疏通排水设施,采用注浆+锁脚+锚杆加固措施,并运用有限元软件对加固施工过程进行数值模拟,评价处治方案的可行性,为隧道加固提供依据。     

软流塑状地层隧道进洞施工技术探讨

鉴于软流塑状地层必须采用适当的辅助工法对地层进行加固，才能保证暗挖施工过程中隧道本身和地面建筑物和管线的安全，以西宁市南绕城公路南酉山隧道成功施工为例，详细介绍了施工方案和要点以及软流塑地层加固的技术措施，可为今后类似工程提供借鉴和指导，确保隧道安全进洞。     

京广线鸡公山隧道底板破损整治方法

以京广线鸡公山隧道底板破损整治为例,分析了隧道底板破损形成的原因。根据病害实际情况,采取了两种治理方法,效果较为明显。整治后的隧道,运行状态良好、稳定。     

某隧道底板大规模突水原因分析与处治技术

某隧道在穿越破碎盐溶角砾岩与完整石膏夹层接触带时,由于充足的地表水源和良好的补给通道,引发隧道底部3 800 m3/h的大规模突水,给周边环境和施工安全造成严重破坏和威胁。如何有效的处治隧道底部如此大的突水,控制施工风险和保证隧道结构稳定成为最关键的技术问题。经过多种方案对比研究,通过“先引后堵、先径向加固再底板封堵、先易后难局部集中处理”的总体步骤,实现了隧道底部突水由快速流动状态到相对静止状态的转变,为隧道底部注浆堵水提供施作条件,再通过径向注浆和深孔底板注浆降低围岩的渗透系数和提高隧道结构稳定性,控制地下水流失,不给通车运营留下质量和安全隐患。     

全风化千枚岩围岩双连拱隧道变形控制技术

针对在全风化千枚岩条件下,双向六车道双连拱隧道的修建过程中发生大变形、支护结构开裂等现象,结合全风化千枚岩特性,进行大变形原因分析,提出隧道收敛及沉降的变形控制原则及具体措施.实施后,隧道大变形得到了根本性控制,降低了工程风险.     

不同冻胀模式下冻结隧道施工引起的地表竖向位移时空解

为了更加科学地预测水平冻结法隧道施工引起的地表竖向位移,从冻结管周围土体与地层冻胀相互作用机理和试验现象出发,提出了冻结管周围冻结土体在地层约束作用下的2种不同冻胀模式;基于热传导理论得到了冻结锋面随时间变化的移动规律,进一步联合镜像法和叠加原理,推导了均匀冻胀模式和非均匀冻胀模式下水平冻结法隧道施工时多个冻结管共同引...     

浅埋大直径盾构隧道施工期衬砌上浮及地表隆起的模型研究

为解决大直径盾构隧道施工过程中出现的浅覆土段隧道衬砌上浮与地表隆起问题，以上海虹梅南路越江隧道工程为背景，对该问题开展理论研究。将引起隧道上浮的上浮力作用分解为基于浆液时变性的静态上浮力和由注浆压力产生的动态上浮力；分别定义上浮力分布段及浆液凝固段的等效地层弹簧刚度系数，基于Winkler地基梁理论建立衬砌上浮模型；由衬砌上浮位移量计算开挖面上部土体的挤压宽度，土体经挤压隆起引起地层“反向损失”，继而求解隧道轴线上方地表横断面隆起曲线及沿隧道长度方向地表位移曲线。结果表明： 1)模型计算所得地表横断面的隆起曲线呈正态分布，与实测数据吻合较好；2)沿隧道长度方向地表位移计算值能够较准确地预测地表最大上浮位移，且在地表上浮位移隆起量减少前与实测数据吻合较好；3)地表隆起位移只在盾尾离开后一段时间内存在，其值先增大后减小，最终趋于0。     

寒区隧道冻胀压力的约束冻胀模型

评价了中国主要的冻胀压力分析模型,在存水空间模型的基础上,分析了冻胀水体的形变约束特征,提出了冻胀压力类似于气体压力的约束冻胀模型,并给出了相应的理论分析公式;计算分析了冻胀压力的作用位置、冻胀水体尺度、围岩和衬砌刚度等对衬砌结构安全度的影响及分布规律。结果表明:该模型表现了冻胀压力为局部荷载的特征,同时考虑了衬砌和围岩刚度对冻胀压力的影响,并可模拟存水空间内的冻胀水体为任何多面体形状;增加衬砌刚度仍是提高衬砌抗冻能力的有效措施。     

基于围岩虚拟支护力特性的隧道塌方机制及控制研究

为研究隧道塌方事故的典型模式及其演化规律,基于塌方案例统计分析结果,阐明隧道开挖面失稳塌方和关门塌方2类安全事故的基本特性,推导隧道围岩虚拟支护力纵向分布曲线,进一步从围岩应力释放角度揭示了虚拟支护力与2类塌方事故的关系,并给出了塌方事故的控制要求。研究表明： 1）开挖面失稳塌方和关门塌方2类由围岩和结构失稳引发的隧道塌方事故在事故次数（68%）、死亡人数（53.7%）和涉险人数（68%）方面占比较大,其中关门塌方事故单次事故涉险人数最多,潜在危害最大。2）隧道开挖面处的围岩虚拟支护力随着黏聚力的减小而降低,开挖面后方2倍半径处围岩的虚拟支护力已大部分释放（＜5%pi）。3）围岩变形和虚拟支护力释放的第2阶段内,围岩变形急剧,围岩虚拟支护力急剧释放且释放量较大,此阶段是隧道塌方控制的重点。