多因素综合作用下含膏隧道病害特征及诱发机理研究

石膏质岩遇水会出现复杂的力学性质变化,改变了隧道结构原有的受力模式,从而诱发隧道病害的产生。为探究石膏质岩特殊性质与隧道病害的内在联系,依托山西某隧道工程,首先对隧道中产生的病害进行调查与归纳。而后,通过数值模拟进一步探讨石膏质岩的膨胀、溶蚀以及腐蚀特性对隧道结构稳定性影响,并由此揭示各类病害的破坏机理。结果表明:石膏质岩隧道病害可分为膨胀破坏类、溶蚀空洞类、腐蚀-侵蚀类3种类型,实际典型病害特征常为该3种类型的综合体现。     

隧道石膏质岩危害及对策研究

以宜巴高速路凉水井隧道出露的石膏质围岩为研究对象,在开展的研究石膏质岩膨胀特性、溶蚀及溶出特性、强度特性、对混凝土劣化特性的试验基础上,结合工程实际总结石膏质岩对隧道建设可能产生的危害,并提出了相应对策。研究结果表明:石膏质岩强度较低,属软岩。遇水水化膨胀,挤压衬砌结构,影响混凝土结构的耐久性。遇水易软化,软化后强度降低,变形增大,使隧道围岩稳定性降低。易溶蚀,溶蚀后结构遭到破坏,围岩稳定性降低,溶蚀后溶出大量硫酸根离子于环境水中,长期从外部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩误作为混凝土骨料,从内部侵蚀混凝土支护结构,使之产生破坏。石膏质岩的不良工程特性将对隧道建设产生诸多不利影响,隧道建设中应采取相应的防治措施。     

石膏质岩膨胀特性的试验研究

石膏质岩分布广泛,其膨胀特性对公路隧道支护结构的设计影响巨大。为了研究石膏质岩的膨胀特性,以宜巴高速公路凉水井隧道区出露的石膏质岩为研究对象,通过硬石膏岩粉末进行模拟研究,分别开展了自由膨胀率、膨胀率及膨胀力试验,在此基础上分析了石膏质岩膨胀特性的影响因素。     

某运营隧道二衬劣化原因分析及处治设计

衬砌劣化作为运营隧道最为常见的病害之一,对隧道二衬结构的强度、刚度以及稳定性均会产生一定程度的影响,严重时会影响隧道运营期间的结构整体稳定性。根据重庆某运营高速公路隧道二衬劣化并急需处治的实际情况,结合相应专项检测报告及水质分析,发现造成隧道衬砌劣化的主因是衬砌背后地下水中所含硫酸盐和碳酸盐对混凝土的腐蚀。为此,基于混凝土腐蚀破坏的模式及机理,并结合隧道具体病害情况及原设计情况,提出了针对性的处治措施,取得了良好的处治效果,可供类似隧道病害处治参考。     

含石膏质岩集料的混凝土内部硫酸盐侵蚀及抑制措施

集料中掺杂过量的硫酸盐尤其是石膏会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀膨胀,破坏混凝土结构。研究了集料中掺杂石膏的含量、粒径对砂浆试件强度和膨胀率的影响,探讨了水泥C3A含量、矿物掺合料品种对含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀的抑制效果。结果表明:随着集料中掺杂石膏质岩细粉含量的增大,内部硫酸盐侵蚀反应的速率和程度增大,当掺杂SO3含量超过1.25%时,12个月龄期的砂浆膨胀率超过0.1%并出现较大的强度损失;掺杂石膏质岩粒径越小,砂浆的膨胀率和强度损失一般越大,特别是当掺杂石膏质岩粒度小于1.18mm后将引起显著的膨胀,而当粒径大于4.75mm后,由于石膏质岩集料在混凝土中分散的不均性而产生不均匀体积膨胀,从而导致侵蚀应力集中,即使较低的SO3含量掺杂石膏质岩也有可能产生较大的强度损失。采用抗硫酸盐硅酸盐水泥及掺加适量的粉煤灰、硅灰或偏高岭土等矿物掺合料,可以有效抑制含石膏质岩集料混凝土的内部硫酸盐侵蚀膨胀。     

膨胀岩岩层走向对隧道变形影响的研究

以重庆市礼让隧道石膏岩段工程为工程背景,采用有限差分软件FLAC2D对处于不同岩层走向中的膨胀岩隧道进行数值模拟。从宏观岩层走向对其膨胀特性的影响和微观膨胀单元平面应力状态分析两方面解释了模拟结果,阐明了膨胀岩岩层走向对其中隧道变形的影响,并揭示了洞周变形不利位置随地层走向的变化规律。在此基础上,结合现场的石膏岩岩层分布情况,提出了有针对性地进行局部加固的衬砌优化方案,并通过数值模拟验证了该方案能够显著增强膨胀岩隧道的稳定性。     

膨胀土工程特性及处治技术

随着高速公路的大量建设,由膨胀土所引起的道路建设问题日益突出,已严重影响到了工程技术人员对工程质量和进度的把握与控制。由于膨胀土的特殊工程特性,导致了处治技术的特殊性。介绍了膨胀土的工程特性,并针对其工程特性,在施工上提出了相应的处治技术。     

宜巴高速公路"灰包石"的研究与工程对策

宜巴高速公路存在着一种俗称为"灰包石"的含石膏质岩的不良特殊岩土体,对高速公路的建设和运营有重大影响.通过对工程沿线灰包石成因分布的调查、理化特性及破坏机理的分析,结合国内同类项目的工程病害现状,提出了宜巴高速公路灰包石工程治理对策及进一步研究的方向.     

石膏岩地区隧道病害成因分析及处治措施

我国幅员辽阔,隧道工程地质条件复杂多变,各地运营隧道的病害种类及其诱因也具有较大的差异。对于石膏岩地区的隧道工程而言,受人们认识程度所限,对隧道运营中的病害特征、病害成因和病害处治等方面的经验尚少。本文以某石膏岩隧道工程的病害为例,分析了石膏岩地区隧道病害特征、病害成因及其病害处治建议措施,供今后石膏岩地区隧道的病害处治工程借鉴。     

杜公岭隧道工程地质特征及工程危害性分析

为查清杜公岭隧道工程地质条件与隧道病害间的关系,通过对杜公岭隧道工程地质条件的论述,分析了隧道工程地质特征,探讨了各类地质因素对隧道工程的潜在危害与风险。结合杜公岭隧道工程建成运营后出现的隧道病害与检测情况,系统地分析了多种工程地质因素对隧道工程产生危害的作用机理。研究表明:杜公岭隧道工程地质危害性是由地层岩性、地下水、岩溶、地质构造等多种地质因素共同作用的结果。在这些影响因素中,地下水显化并加剧了隧址区各种工程地质因素,促使隧道围岩产生软化膨胀、隧道衬砌支护结构附加荷载增加、隧道衬砌混凝土结构遭受硫酸盐侵蚀等;岩溶为地下水的流通与汇集提供的途径,使得大气降水对其快速补给,并在局部区域汇集;围岩中的石膏岩在地下水的作用下产生膨胀,并为地下水的腐蚀提供了硫酸根离子供给;各类危害行为相继出现、互相交织,对隧道衬砌结构从不同的方面造成了损害,使其隧道衬砌呈现出不同的病害表现形式。因此,隧道工程的安全性与稳定性常受控于隧址区工程地质条件,而由于现有技术与人类认知的局限,无法实现对隧址区工程地质信息的透明化获取与工程危害性的精准预判,使得隧道工程建设常面临较高风险。     

石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征研究

为分析石膏质岩隧道衬砌结构置换施工后的受力特征,依托杜公岭隧道病害处治工程实例,在隧道病害处治施工阶段和运营阶段对6个不同病害现象的典型断面新置换衬砌结构的初期支护变形、初期支护钢架应力、初期支护-围岩接触压力、初期支护-二次衬砌接触压力等进行为期2.5年的现场测试。测试结果表明:在新置换初期支护单独承载的3~5个月时间内,初期支护的变形速率和变形量均较小,其中5个测试断面的拱顶沉降和周边收敛量最大,其分别为6.8,6.4mm;新置换初期支护钢架应力较小并且在二衬浇筑后较短时间就达到稳定状态,其中64处测点(总计72处)应力小于100 MPa;边墙芯样发现石膏、硬石膏成分的断面在二次衬砌浇筑后的26个月内,其边墙或拱顶测点的初期支护-围岩接触压力和初期支护-二次衬砌接触压力仍有明显变化,其中个别测点经过10~20个月才能达到峰值,另有个别测点在3~8个月到达峰值后受干湿交替环境影响会出现变化;综合分析认为,杜公岭隧道衬砌结构主要受到围岩中硬石膏的膨胀作用,石膏的吸水软化作用不明显,其围岩压力具有缓慢发展的特点,新置换二次衬砌承担了主要的围岩压力,新置换初期支护安全性较高;建议石膏质岩地层隧道二次衬砌不宜过早施作或者初期支护与二次衬砌间设置缓冲变形层,以充分发挥初期支护的承载力、减小二次衬砌承担的围岩压力。     

石膏质岩区隧道混凝土侵蚀机理分析及配合比设计

为研究石膏质岩区隧道混凝土的侵蚀机理,首先分析了凉水井隧道石膏质围岩的成分,在扫描电子显微镜下对混凝土进行微观侵蚀机理研究,并提出了隧道二次衬砌高性能防腐混凝土的配合比,通过研究发现,掺料及纤维能够提高混凝土的强度,并降低氯离子扩散系数,同时改善了其抗裂性能,该成果对石膏质岩地区隧道的安全运营具有重要的现实意义。     

膨胀性围岩公路隧道设计施工研究

膨胀岩隧道由于其特殊的工程地质特性,成为当今地下工程界最复杂的研究课题之一.结合依托工程大华岭特长隧道中出现的膨胀岩,提出了膨胀性围岩隧道的支护结构和施工原则.应用弹塑性模型对膨胀岩隧道支护结构和施工过程进行了数值模拟计算,结果显示支护结构的初期支护及二次衬砌主要应力均在安全范围之内.     

三联隧道围岩大变形原因分析及处治措施

贵昆铁路六沾复线三联隧道施工中,在玄武岩与煤系地层不整合接触带附近发生围岩大变形。结合地质勘察、施工揭示、施工支护衬砌及开裂变形特征,全面分析围岩地质环境、地层工程特性,结构受力特性及施工方法、技术措施的适应性,找出支护结构变形的原因,并在隧道开挖过程中进行进一步的试验,从而提出针对性工程处治措施,实施后效果良好。     

考虑地下水影响的软岩隧道力学特性及施工对策研究

为深入分析地下水影响下的软岩隧道力学特性及施工技术,本文选取某软岩隧道为依托工程,全面总结分析其工程特性,利用数值模拟手段对比分析自然状态和浸水状态下初期支护、围岩的应力应变特性,并有针对性的提出施工对策。研究结果表明:软岩隧道围岩中亲水矿物成分遇水后产生膨胀,导致隧道初期支护产生开裂、渗水、基底隆起、错台等病害;软岩隧道浸水状态下初期支护第一主应力、围岩塑性区、初期支护竖向位移有较大幅度的增加,其导致隧道支护结构受力分配极不均衡;采用增设锚注支护、调整支护结构参数等措施可有效控制初期支护、围岩的变形,提高隧道整体稳定性。研究成果可为类似工程的设计、施工提供技术支撑。     

干湿循环作用下石膏质岩宏细观劣化特性研究

针对石膏质岩在干湿循环作用下的劣化问题,以湖北巴东十字垭隧道附近嘉陵江组地层的石膏质岩作为研究对象,结合室内试验和二维颗粒流数值模拟(PFC~(2D)),研究了干湿循环作用下石膏质岩的宏细观劣化特性。结果表明:(1)石膏质岩的力学参数随干湿循环呈减小趋势,干湿循环作用对各力学参数的劣化效应排序为:弹性模量抗拉强度单轴抗压强度内聚力内摩擦角。(2)二维颗粒流方法能够比较准确的模拟石膏质岩的力学性质。(3)围压和干湿循环次数对石膏质细观破坏特征都存在影响。随围压的增大,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布由"集中"趋于"分散"。随干湿循环次数的增加,细观黏结间隙和细观剪裂纹的分布则由"分散"趋于"集中"。     

三向应力下水对石膏质岩强度性质影响的试验研究

以宜昌—巴东高速公路凉水井隧道区出露的石膏质岩为研究对象，采用三轴伺服机开展了不同含水状态下的三轴压缩试验，研究围压及含水状态对石膏质岩强度的影响。     

中老铁路穿越第三系盐岩地层隧道施工技术

为解决盐岩段地下水渗流对隧道工程结构的影响,以中老铁路友谊隧道施工为背景,系统介绍盐岩地层的工程特性,并以此为依据,提出一套适合老挝北部地区第三系盐岩地层的隧道施工技术。最后通过加强观测、现场补勘、室内试验、优化设计和改进施工工艺等措施降低盐岩溶蚀对隧道变形的影响。结果表明:1)该地层盐岩具有强溶蚀、强腐蚀、强膨胀等工程特性; 2)采用环氧树脂涂层钢筋等综合防腐措施能够提高结构防腐蚀能力; 3)通过优化设计并采取圆形衬砌断面、多重支护结构、隧底换填、富水地段注浆堵水等措施能够保护围岩、增强围岩的自防水能力,确保该地层修建隧道的施工和运营安全。     

某运营高速公路隧道衬砌坍塌病害检测及快速处治

通过对某高速公路隧道衬砌掉块事故现场的检测及对原设计施工资料的调查,深入分析隧道衬砌坍塌体具体特征和产生原因。在此基础上设计坍塌体的快速处治技术方案,及时有效地进行病害处治,对于类似隧道工程的病害快速检测处治具有借鉴和指导意义。     

浅谈膨胀性围岩段衬砌C35抗渗抗腐蚀混凝土施工控制

在我国一些地下工程中因地质情况特殊,出现"灰包石"石膏质岩,其具有膨胀性,且水溶液具有硫酸盐腐蚀性,对混凝土结构物长期作用并腐蚀破坏,损失巨大。本文以宜巴项目凉水井隧道膨胀性岩段衬砌C35抗渗抗腐蚀混凝土施工为例,从混凝土性能着手,通过调整配比及外加剂,提高混凝土等级及防水抗腐蚀的能力,取得了较好的效果,并总结施工控制要点,供类似工程施工提供依据。