寒区公路隧道病害现状分析

以辽宁省在役高速公路隧道为研究背景,结合现场实际检查工作,通过实地对隧道病害的调查和描述以及地质雷达、隧道断面仪等检查手段,分析目前寒区隧道的病害现状,详细描述隧道渗漏水、衬砌开裂、厚度不足等病害特征,同时总结隧道的修建年份、病害所处区域的围岩级别、衬砌厚度等物理因素对病害发展的影响。研究表明:目前寒区高速公路隧道的病害主要集中在衬砌的开裂、渗漏水、二衬厚度不足及围岩脱空等。衬砌的开裂及二衬厚度不足的现象存在于每个隧道,衬砌渗漏水的隧道达到64.5%。同时根据统计分析发现,衬砌病害受运营时间、围岩级别的影响明显。其检查分析结果为隧道后期的养护和维修提供一定的参考。     

寒区公路隧道病害检测与综合整治技术研究

针对寒区公路隧道在长期服役中产生的病害问题,采用地质雷达等方法进行检测,并通过整理、分析检测结果,评定隧道病害总体技术状况,详述隧道衬砌劣化、拱顶衬砌厚度不足、衬砌开裂及渗漏水等明显病害的检测与综合整治技术。提出两种病害综合整治方案,并比较方案的优缺点,重点论证三次衬砌方案的可行性,总结了一套较为系统的寒区公路隧道病害综合整治技术。施工方案安全可靠、效果良好,研究成果可为类似公路隧道病害的检测、评价与综合整治工程提供借鉴。     

寒区隧道病害成因分析与处治措施研究

衬砌裂缝及渗漏水是寒区隧道最常见的病害,严重影响隧道的使用寿命和行车安全。结合山西省某隧道病害情况,分析了隧道衬砌裂缝和渗漏水原因,提出了裂缝凿槽注浆补强、W钢带加固和U形槽导流等处治措施,为寒区隧道病害处治提供了一种可行的方法 。     

寒区隧道保温层铺设长度及衬砌防冻措施研究

对于寒区隧道,以往的研究中,一般将寒区非冻土段洞内年最低气温为0℃的断面处作为保温层铺设的终点。依托青海知亥代公路隧道,借助ANSYS有限元计算软件,采用直接耦合法,对知亥代隧道非冻土段保温层铺设长度进行优化。结果表明:知亥代隧道保温层铺设长度为600 m更加合适,而非将保温层铺设到年最低气温为0℃的距洞口650 m处。根据隧道衬砌所受冻融循环作用影响的特点,总结了冻融循环条件下寒区隧道衬砌抗冻防冻措施。对于寒区隧道,可采取提高混凝土抗冻性能、设置防寒保温门和安装防雪棚等方式改善衬砌受到的冻融循环作用。对于知亥代隧道而言,将混凝土抗冻等级提高到F800,可使运营期100年间衬砌结构安全系数不减小。     

寒区隧道的主要病害成因分析及处治措施研究

针对山西省某寒区隧道的主要病害情况,结合当地气象水文地质情况,分析了隧道衬砌裂缝和渗漏水原因,提出了裂缝凿槽注浆补强、嵌入工字钢法和U型导管槽等处治措施,为寒区隧道主要病害的处治提供参考。     

寒区隧道衬砌背部空洞积水冻胀力学分析

造成高寒地区隧道冻害的原因有很多方面，如衬砌混凝土的冰冻破坏、局部存水冻胀破坏以及既有裂缝裂隙水的冻胀破坏等。以鹧鸪山隧道为工程背景，通过有限元软件ANSYS对隧道衬砌背后局部存水冻胀产生的应力进行计算分析，说明这种局部存水空间冻胀对隧道衬砌可能造成破坏原因，为寒区隧道的抗防冻措施提供理论依据。     

基于T-S模糊故障树理论的公路隧道冻害分析方法

提出一种新的基于故障树理论的公路隧道冻害分析方法,以隧道冻害发生为初始事件,以隧道衬砌漏水结冰、路面溢水结冰、衬砌剥落掉块为后续事件,建立隧道冻害故障树,采用T-S模糊故障树计算方法对各底事件的重要度进行分析.结果表明：防水层破损、注浆堵水层失效、地下水侵入是导致隧道衬砌漏水结冰的关键问题;围岩中地下水丰富、排水设计施工不当、排水沟结冰冻胀是造成隧道路面溢水结冰的主要原因;衬砌施工质量不合格和衬砌原材料质量不合格是造成隧道衬砌剥落掉块的重要因素.因此,在寒区公路隧道设计和施工中一定要重视防排水工作,同时需要加强对衬砌材料劣化和材料耐久性的研究.     

晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响

将观测尺度降低到小时,对晋北地区气温变化特征进行了分析,揭示了寒区隧道在年度周期内经历的多频次短周期冻融循环特征,并探讨了其对寒区隧道混凝土材料和衬砌结构防冻的影响。     

浅埋隧道局部存水冻胀作用机制与安全性评价

为揭示寒区隧道局部存水冻胀作用机制并提出有效的衬砌结构安全评价方法, 设计了三维地质力学模型试验, 通过设置3种积水范围冻胀试验工况, 观测冻胀过程中裂缝开展和衬砌结构受力等情况; 改进了局部存水冻胀数值计算方法, 建立了基于岩体力学法并耦合冻胀力和围岩荷载的冻胀数值模型, 对比了不同存水位置、不同局部存水厚度和不同存水范围下隧道冻胀力和结构内力的变化规律, 进一步揭示了局部存水冻胀对隧道受力的影响机制, 评判了衬砌结构的安全性。分析结果表明: 局部存水冻胀具有显著的区域性特征, 衬砌冻胀开裂发生在局部存水与非存水交界处, 冻胀力大小取决于交界处冻胀产生的应力集中效应, 衬砌裂缝多为纵、斜向裂缝; 衬砌局部存水冻胀最不利位置由优到劣依次为拱脚、边墙、仰拱、拱腰和拱顶, 衬砌受力随局部存水厚度的增大而增大, 局部存水范围的增大有利于衬砌受力均匀化; 不同部位局部存水冻胀条件下衬砌结构容许压应力比均小于1, 满足抗压检算要求; 拱顶、拱腰和仰拱容许拉应力比均大于1, 不满足抗拉检算要求, 实际工程应针对上述部位采取适当的防冻胀措施予以处治; 揭示的隧道局部存水冻胀作用机制和建立的衬砌结构安全性评价方法为寒区隧道冻害防治提供了一定理论依据。      

多年冻土区隧道施工过程中围岩融化圈变化规律研究

多年冻土区隧道在施工过程中围岩受施工热源的影响形成融化圈,在季节性冻融作用下,会造成衬砌表面开裂、剥落、覆冰等冻害.因此,减少施工对冻土原始地温场的扰动是寒区隧道施工的重要控制因素之一.本文以青藏高原风火山隧道为背景,结合实际施工工况、环境温度及地温数据,基于传热学理论,利用数值仿真开展隧道开挖暴露时间、初支施作时机、...     

寒区运营隧道洞口段冻害分析及对策

为解决寒区公路运营隧道的冻害问题,分析冻害形成机理,依据冻融周期内隧道现场拱顶、边墙和路面3个测孔位置不同孔深处的监测温度数据,分析隧道洞口段冻害类型.结果表明:在冻融期,隧道洞口段边墙从隧道二次衬砌表面沿径向延伸至围岩深部的温度逐渐升高,拱顶位置从衬砌表面向深部延伸处温度先升高后降低,路面从隧道路面边缘表面沿径向延伸...     

地质雷达隧道衬砌缺陷探测精度研究

由于各种因素影响,国内大多数隧道衬砌都存在着不同程度的病害,诸如衬砌不密实、含有空洞、钢筋保护层厚度不足、钢筋外露等。其中,衬砌病害是隧道最常见的病害类型,对隧道结构稳定有重要的影响。考虑到实际工程中影响隧道衬砌结构稳定性的因素,利用地质雷达对隧道衬砌进行检测,对检测数据进行分析和高质量解译,并采集数据中的其他影响因素。通过提高隧道衬砌厚度和隧道衬砌缺陷的检测精度,准确定位隧道衬砌缺陷位置。     

基于相对差异函数的砌石隧道安全性评价

砌石衬砌隧道作为铁路线路上的重要工程,运营过程中受到多种因素的共同作用,隧道内经常出现影响运营安全的衬砌病害。以成都局砌石衬砌病害资料为基础,统计分析砌石衬砌病害分布情况,根据层次分析法原理建立了砌石衬砌隧道安全评价指标体系,引入相对差异函数确定指标对各安全等级的隶属度,通过可变识别模型计算砌石衬砌隧道的安全评价值。通过对典型隧道进行评价表明,引入相对差异函数对砌石衬砌隧道安全进行评价是可行的,而且评价结果更加合理,可为砌石衬砌隧道的维护提供依据。     

衬砌水化热对隧道内热交换管换热量的影响

为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速扎敦河隧道中。将热交换管以串联纵向的布置形式埋设在初衬与二衬之间,隧道衬砌施工过程中的水化热影响围岩的温度场,从而影响热交换管的换热量。研究表明:隧道施工过程中,衬砌水化热对围岩温度场产生两次影响;保温层可以加剧水化热的影响,浅部围岩温度场受到的影响更显著;衬砌水化热提升热交换管的换热量,保温层铺设越早,热交换管换热量提升也越大,最大达到31.9%。系统运行初期,应充分利用衬砌水化热对热交换管换热产生的有利影响。     

严寒区高速铁路隧道工程衬砌质量缺陷检测与整治技术探讨

以严寒区高速铁路沿线上的高台隧道为工程背景，根据缺陷检测结果，提出严寒地区高速铁路隧道工程衬砌“多道防护，综合治理”原则。同时探讨了衬砌一般病害、结构补强、渗漏水等整治措施及其相关施工方案。基于大气降水渗入量法计算得到高台隧道正常涌水量接近600 m³/d,最大涌水量接近1 200 m³/d。按照提出的整治措施进行处理后，隧道不再出现流水和喷水病害，渗水病害范围减少52%,隧道缺陷问题得到显著改善，后期服役性能良好。     

公路隧道常见病害及防治措施研究

隧道病害是长期困扰我国交通运输事业可持续发展的关键问题。针对国道307、省道315、阳泉天子庙隧道中存在的隧道衬砌结构开裂、隧道水害、衬砌腐蚀、衬砌结构背后空洞和不密实等病害,分析其产生原因及致灾后果。提出了隧道病害的预防措施,从而提高衬砌结构的承载力、围岩自稳性、底板稳定性等。针对隧道不同的病害类型,提出了相应的处治措施,预防与治理相结合,对提高公路隧道安全性有积极意义。     

隧道衬砌无损检测技术发展思考

在隧道修建过程中,对其衬砌质量的检测是非常重要的。而传统的钻芯检测法对隧道衬砌检测中仍存在着不少的问题,易造成隧道衬砌结构的损坏,这些对隧道在交通运输网络中的实用性造成了不良影响。因此,隧道衬砌无损检测新技术受到了人们的广泛重视。本文就隧道衬砌无损检测技术的发展与相关应用进行了探讨。     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

衬砌背后空洞对隧道结构安全影响的模型试验研究

隧道衬砌背后空洞现象是隧道建设与运营中主要病害之一,这会改变隧道衬砌与围岩的相互作用关系,引起隧道结构应力集中而破坏。采用物理模型试验方法,模拟了隧道衬砌背后无空洞、单空洞、多空洞等3种工况。通过对比分析这3种工况在上覆荷载的作用下围岩压力、衬砌轴力及弯矩变化规律,获得了以下主要结论:①隧道无空洞时,衬砌与围岩接触良好,围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载的增加而增大;②隧道衬砌背后存在空洞时,空洞范围内围岩压力无法传递到衬砌结构上,导致围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载增加而减小,但衬砌结构因偏心距增大容易发生开裂破坏;③衬砌背后空洞对衬砌拱顶安全系数的影响最大,空洞数量越多安全系数降低越明显,但未改变安全系数在隧道横断面内的分布规律。