南水北调穿黄隧洞有粘结环锚预应力施工重难点分析

南水北调穿黄隧洞工程为我国首次采用盾构管片拼装式结构与衬砌预应力结构相结合的新型双层复合衬砌型式,隧洞内衬直径7 m,衬砌厚度45 cm,仅为直径的1/16,较常规混凝土偏薄,而且要承受单束锚索2 250 kN的张拉力,预应力偏高。为了解决薄壁混凝土环锚预应力施工中出现的锚具槽裂纹、钢绞线伸长值不足及预埋波纹管堵塞的难题,依托南水北调穿黄隧洞工程,采取理论分析计算、现场张拉试验等方法,探讨并解决了隧洞薄壁混凝土有粘结环锚预应力施工的技术难题,相关研究成果可供类似工程借鉴。     

衬砌混凝土控裂施工的温湿度测试分析

隧道二次衬砌结构混凝土开裂会影响其长期使用性能,导致结构耐久性退化。客运专线隧道二次衬砌的细微裂缝甚至会在车辆运行作用下（振动、气动压力）扩展,影响行车安全,因此控制衬砌混凝土施工期裂缝的研究显得十分重要。现场测试采用在衬砌混凝土上预留孔的方法测定二次衬砌现浇混凝土内部的温度和湿度,得到其随时间的变化规律,同时在衬砌混凝土内埋置振弦式混凝土应变计的方法测试混凝土在施工期间的应变变化规律。测试结果表明,早期混凝土内部应变的变化规律从量值上表现为： 边墙部位的压应变态势、拱顶部位的拉应变态势及拱腰部位的过渡态势。拱顶部位在施工期表现为拉应变,这是衬砌混凝土裂缝控制的关键。     

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。     

农村公路小尺寸薄水泥混凝土路面结构设计研究

鉴于资金是制约农村公路发展的严重问题,同时考虑到广东省农村公路以水泥混凝土路面为主的现实状况,开展了小尺寸低成本薄水泥混凝土路面结构相关问题的研究。通过对广东省有代表性城市所辖农村公路交通量状况调查、路面板三维有限元分析、模拟试验以及试验路铺筑和性能观测,提出了农村公路交通量分级标准;以平面尺寸换取板厚的可行性;以假缝的方式划分路面板块尺寸和适宜的切缝深度。通过实体工程施工和短期使用性能观测可知,小尺寸薄水泥混凝土路面作为农村公路低成本路面结构是可行的,具有良好的环境适应性和施工可操作性以及显著的经济效益。     

补偿收缩混凝土隧道衬砌结构模型试验研究

裂缝与混凝土材料如影随形,公路隧道衬砌亦如此,采用补偿收缩混凝土是改善衬砌抗裂性能的一种尝试。为此,按1:10的比例制作了Ⅴ级围岩中的两车道隧道衬砌结构缩尺寸模型,并推导了模型隧道和实际隧道地层弹性抗力强度的相似比解析公式,其主要影响因素包括半径、厚度、弹性抗力系数、弹性模量。最后,根据实测值,并采用弹性支点法估算了衬砌结构预压应力的提高值约为480k Pa。     

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。     

西南某隧道衬砌混凝土中的硫酸盐腐蚀破坏分析及对策

为掌握实际服役条件下隧道结构衬砌混凝土的硫酸盐腐蚀劣化特征与机制,通过对西南某隧道衬砌混凝土样品的力学、耐久性能测试以及微观分析,发现该隧道混凝土所遭受的腐蚀破坏由硫酸盐侵蚀造成,且腐蚀破坏程度严重。腐蚀产物类型与混凝土所处位置相关,在衬砌表层和开裂、剥落的混凝土中腐蚀产物主要以钙矾石和石膏为主,在衬砌与地面交接处的糊状混凝土中则以碳硫硅钙石为主。分析结果表明： 混凝土自身密实性不足和其使用大量石灰石原料是出现严重腐蚀破坏的主要原因。建议从混凝土原材料组成优选、配合比设计、施工养护和表层防护等多方面来提高隧道衬砌混凝土抗硫酸盐侵蚀破坏能力。     

多年冻土区隧道衬砌混凝土冻融循环试验研究

多年冻土区隧道衬砌混凝土容易受到冻融循环作用而发生冻胀破坏,威胁隧道结构安全和使用寿命。针对依托工程衬砌混凝土配合比进行了冻融循环试验,得到混凝土质量、相对动弹模量、劈裂抗拉强度和抗压强度随冻融循环次数的变化规律,并拟合了函数关系;分析了混凝土力学性能变化规律和内在原因;为提高多年冻土区隧道衬砌混凝土抗冻耐久性提出了建议。     

小尺寸薄水泥混凝土路面板应力监测及经济效果分析

通过数值模拟、应力监测等方法对小尺寸薄混凝土路面板板底综合应力与其尺寸的关系进行研究,以期达到铺筑小尺寸混凝土路面减小混凝土面板厚度、节约工程造价的目的。同时,对各方案进行经济效益分析。     

隧道衬砌裂损综述

由于隧道工程理论自身的局限性和施工管理的欠缺,致使运营隧道、在建隧道和新建隧道均存在不同类型的病害,其中以隧道衬砌混凝土裂损对隧道结构安全影响较大。结合相关文献和多年工作经验,总结引起隧道衬砌混凝土裂损的原因并分析隧道衬砌混凝土裂损相关力学原理,其结果对隧道衬砌施工和隧道衬砌裂损整治具有指导意义。     

隧道二次衬砌混凝土质量控制

二次衬砌是隧道施工的关键,也是隧道结构施工的最后一道工序,二次衬砌应做到＂内实外美＂。＂内实＂是衬砌内在质量的体现,＂外美＂是外观质量的体现。针对隧道二次衬砌混凝土施工容易出现的质量缺陷,分析问题出现的原因,制定有针对性的措施加以控制,在施工中不断改进,提高了二次衬砌混凝土质量。     

京张高铁东花园长大明挖隧道衬砌结构变形特征研究

为解决长大明挖高铁隧道施作衬砌结构时养护不充分、拆模较早等引起的衬砌结构容易裂缝问题,防止衬砌结构在自重应 力作用下对隧道运营期的防水及结构安全造成影响,基于京张高铁东花园长大明挖隧道工程,采用有限元分析和在衬砌结构典型 断面上的拱肩、拱腰不同位置布设钢筋计、混凝土应变计、土压力计、表面应变计,对衬砌结构的内力变形进行现场监测。分析得 出: 衬砌结构容易出现塑性应变的位置是拱腰处大于拱肩处,裂纹均出现在1/2 截面附近的矮边墙以上及起拱线以下位置,且均为 环向裂纹;对于矮边墙以上、起拱线以下的混凝土来说,其降温产生的收缩变形会受到矮边墙钢筋剪力的约束,使其不能发生水平 位移。最后,给出控制衬砌结构受力变形和加快施工进度的建议。     

隧道复合式衬砌防水层损伤预防探讨

越来越多的隧道在建成后不久便出现渗漏，导至这一现象的原因之一是复合式衬砌中的防水层在服务期间受力破损。针对目前工程上普遍存在的喷射混凝土表面过于粗糙，碎石用作表层喷射混凝土粗集料，防水板及其垫层厚度偏薄等问题，提出了减少防水板在服务期间损伤的预防措施。为了评价喷射混凝土表面粗糙度，建议采用补砂法测定喷射混凝土表面的纹理深度。     

TBM圆形铁路隧道衬砌类型力学性态模型试验研究

依托大瑞铁路高黎贡山隧道全断面隧道掘进机（TBM）段圆形模筑混凝土衬砌工程,开展了不同衬砌结构的模型试验研究。采用卧式加载试验装置,对圆形模筑混凝土、单层管片和管片双层三种衬砌类型进行试验,得到三种衬砌管片的弯矩、轴力和位移。研究结果表明:在相同荷载条件下,模筑混凝土衬砌破坏时能承受更大的弯矩;在试件破坏前,单层管片衬砌和管片双层衬砌在拱脚处轴力有突变,产生应力集中现象;分块对管片刚度有一定的削弱作用;等厚度的圆形模筑混凝土和管片双层衬砌,前者刚度大,力学性态好。     

隧道二次衬砌结构设计方案

隧道二次衬砌是工程永久性承载结构的一部分,对提高隧道使用寿命和外观质量具有重要的作用。在二次衬砌钢筋用量上,目前国内设计和欧洲存在着一定差别。论文以在建的阿尔及利亚东西高速公路隧道为研究对象,分析了造成钢筋用量差别的原因,并系统介绍了欧洲规范中二次衬砌是否采用素混凝土的判断方法,然后按照不同衬砌厚度和混凝土强度进行了设计比选。通过分析计算,提出适当增强混凝土厚度和混凝土设计强度,能够有效减少二次衬砌钢筋用量,这对于降低工程造价、加快施工进度具有重要意义。     

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。     

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。     

基于温度效应的隧道二次衬砌混凝土结构力学状态分析

为了研究寒冷地区隧道二次衬砌混凝土结构在环境温度变化情况下的力学状态,基于振弦式混凝土应变计的测试原理,提出温差引起的误差修正公式,并采用数值模拟的方法,对隧道二次衬砌混凝土的温度应力进行了分析。结合陕西省吴堡至子洲段高速公路刘家坪3号隧道现场二次衬砌混凝土应变监测数据,研究了1年内环境温度变化情况下隧道二次衬砌混凝土的结构受力。结果表明:在温度的影响下,混凝土内部在冬季产生了比较大的拉应力,混凝土内侧拱顶产生压应力,其余部位内侧产生拉应力;混凝土外侧拱顶和边墙部位产生了比较大的拉应力,最大值出现在拱顶部位;混凝土的内外侧应力最大值为1.01 MPa,接近C25混凝土的设计抗拉强度1.33 MPa。     

厦门翔安海底隧道风化槽衬砌结构可靠度分析

应用荷载结构法,对厦门海底隧道衬砌结构的可靠性进行计算分析。首先应用拉丁超立方抽样法（LHS）随机抽样得到一组随机数,然后代入有限元方程求解,得到一组响应变量的解,最后将这组解进行统计分析,从而得到该响应变量的分布特征。通过对各随机变量的灵敏度分析,结构的覆土厚度、外水头高度、围岩的弹性抗力系数、衬砌混凝土的弹性模量以及围岩的侧向压力系数的变化对最大弯矩影响明显。其中,最大弯矩受结构的覆土厚度影响最大,其次是外水头高度。采用蒙特卡洛法对海底隧道衬砌结构进行可靠度分析,结果表明翔安海底隧道的衬砌结构安全可靠。     

公路隧道低水胶比衬砌混凝土碳化耐久性预测与分析

在对某隧道衬砌混凝土进行微细观结构参数和自然碳化深度测定的基础上,提出了考虑隧道内部高浓度二氧化碳影响的衬砌混凝土自然碳化速度数值预测方法。采用所提出的基于微细观结构参数的自然碳化模型对所研究的公路隧道衬砌混凝土自然碳化进程进行了预测分析,并将衬砌混凝土服役1年自然碳化深度数值计算结果 0.4 mm和预制现场取样的管片混凝土自然碳化试验结果 1 mm进行对比分析。结果表明,两者还是相对比较符合的,因此可以判定所提出低水胶比混凝土自然碳化速度预测模型可以用于对同类型公路隧道衬砌混凝土自然碳化性能进行预测分析。预测分析结果表明,在考虑服役隧道高浓度二氧化碳影响的条件下,该低水胶比公路隧道衬砌混凝土的自然碳化速度相对较慢,其10年自然碳化深度仅为1.5 mm,15年自然碳化深度进展不明显,而其在服役100年时的自然碳化深度小于15 mm。因此,该自然碳化速度数值预测方法可以为预测评估高浓度二氧化碳条件下隧道低水胶比衬砌混凝土的抗碳化性能提供了技术支持。