偏压连拱隧道衬砌裂损原因分析及处治研究

结合某高速公路双连拱隧道,通过对衬砌裂缝特征、产生的原因进行分析,并根据裂缝的开裂程度与发展规律,提出相应的修复和结构补强的整治措施。后期监测表明:衬砌裂缝得到了有效控制,处治效果良好。     

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。     

隧道衬砌裂损承载力有限元分析

隧道工程理论自身的局限性和建设管理的欠缺,运营中的隧道,随着隧道运营时间推移,隧道衬砌出现各种形式的裂损,对隧道结构安全存在较大隐患。本文结合一座隧道衬砌裂损现场调查,总结分析了该隧道衬砌混凝土裂损基本类型和特点,并用有限元模型模拟计算且对比分析了径向、环状裂缝对其承载力影响基本规律,其结果对隧道设计、施工和维护具有指导意义。     

公路隧道衬砌背后空洞成因及规律研究

衬砌背后空洞是常见的公路隧道质量缺陷之一。衬砌背后空洞不但会恶化支护与围岩间的相互作用关系,还会给隧道结构带来巨大的安全隐患,是导致隧道衬砌结构产生病害主要原因。本文首先从设计、施工和养护3个方面系统地分析了衬砌背后空洞产生的主要原因,然后结合宁波地区11座公路隧道的无损检测数据对公路隧道衬砌背后空洞的变换规律进行了深入研究,研究成果可为国内外相关工程提供借鉴。     

裂损衬砌承载安全与裂缝评定标准研究

现行规范中对隧道衬砌裂缝评定标准体系仅考虑了裂缝深度和长度,未考虑裂缝深度的影响。为此,采用Abaqus有限元软件建立不同裂缝深度、不同裂缝部位的隧道衬砌有限元模型,以分析不同裂缝深度、不同裂缝部位对隧道衬砌结构承载安全的影响。研究结果表明:拱顶裂缝对结构危害性最大;裂缝深度对结构承载性能影响较为显著,当裂缝深度由0发展到1/2H时,结构整体承载力下降速率较快,此阶段裂缝应重点控制;当裂缝深度由1/2H发展至贯通时,结构整体承载力下降速率较为缓和,结构整体刚度下降,在结构开裂处已不具有传递拉压应力的介质,此处承载能力已基本丧失,当裂缝发展到此阶段时,需及时处治;结合现有分级标准,提出了考虑衬砌裂缝深度的分级标准,将不同规模的衬砌裂缝划分为4个等级,为衬砌开裂处置提供科学依据。     

矿山法隧道拱部装配式衬砌结构设计研究

为解决矿山法铁路隧道施工拱部常出现的衬砌背后脱空、二次衬砌厚度及强度不足等质量缺陷问题,提出矿山法隧道拱部采用装配式预制管片结构的新思路,并基于时速350 km双线铁路隧道,采用数值计算分析研究拱部装配式衬砌结构的系列设计参数。主要研究结论有： 1）提出拱部装配式衬砌环向不分块的整体预制形式,综合考虑理论计算结果、行车安全分析、机械设备运输及拼装能力、拱部衬砌承载能力等,确定拱部管片环向弦长8.6 m、纵向幅宽2 m、衬砌厚度50cm的结构尺寸及配筋设计参数; 2）提出拱部预制管片之间环缝采用螺栓连接、拱部预制管片与现浇边墙采用“L”型榫接头的接头形式及其设计参数; 3）为保证拱部管片的顺利安装,“L”型榫接头应考虑一定的施工误差,同时拱部预制管片与初期支护间应预留安装空间,后期通过管片背后纵向注浆填充密实。隧道拱部装配式衬砌技术成功应用于重庆胡家沟隧道,总体实施效果较好。     

运营隧道衬砌裂损病害及整治措施

介绍了隧道衬砌裂损的常见形式,分析了该病害的成因,并结合工程实例提出了衬砌裂损的防治原则和各种整治措施.通过加深对隧道病害的认识,对既有隧道病害的整治具有指导作用,并对施工中的隧道起到预防的效果.     

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。     

既有裂损隧道复合式套拱加固方法的研究

复合式套拱加固方法在隧道衬砌加固、病害处治工程中应用较少,通过依托G312线六盘山隧道加固改造工程,对该方法进行了介绍,并给出了套拱加固施工工序,在此基础上对钢管注浆锁脚、衬砌背后空洞回填、衬砌背后虚渣处治、衬砌局部置换、衬砌裂缝处治和衬砌内轮廓修整等工序在工程中的应用进行了说明。工程实例验证和数值计算结果表明,采用复合式套拱加固方法对裂损隧道衬砌加固是可行的,计算后衬砌安全系数满足规范要求,为今后类似隧道的加固补强提供了新的方法思路和重要依据。     

重载列车对隧道裂损衬砌承载性能的影响研究

为定量分析重载列车动载作用下隧道裂损衬砌裂缝的演化机制和承载性能的变化规律,采用扩展有限元与直接循环法相结合的方法模拟裂缝在列车荷载作用下的扩展路径,并通过模型试验对方法的有效性和准确性进行验证。模型试验与数值模拟的误差仅为3.7%,表明该数值模拟方法较为精确。研究发现： 1）在重载列车动载作用下,裂损衬砌仰拱处的动力响应相较于衬砌其他位置会更为剧烈,裂损衬砌仰拱处的安全系数与衬砌其他位置相比则更小,因此裂损衬砌仰拱位置为重载列车动载下的危险部位; 2）重载列车轴重对裂损隧道衬砌的动力响应影响比初始裂缝深度及车速对裂损隧道衬砌的动力响应影响更为明显,而裂损衬砌的安全性能受初始裂缝深度影响比受轴重及车速影响更为显著。     

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。     

二次衬砌结构拱肩存在空洞的力学行为分析

公路隧道施工缝周边隧道衬砌不密实,会使衬砌结构发生物理与力学性能的改变。本文采用ANSYS有限元软件,对隧道拱肩处存在空洞时二次衬砌结构的受力状态进行了模拟分析。通过模拟分析得知拱肩处的空洞将显著改变衬砌结构的受力状态,增大二次衬砌结构受压或受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承担荷载。因此,拱肩部位出现空洞后,要加强对隧道的持续监控,同时应及时采取维护和加固措施。     

隧道衬砌空洞积水模型试验研究

文中通过模拟隧道衬砌空洞积水病害，使用探地雷达对其进行探测，得出雷达原始图像；利用软件分析原始图像得出积水高度，并与实际积水高度进行比较。通过试验得出利用探地雷达定量分析衬砌空洞积水高度是可行的结论。     

UHPC在隧道衬砌裂损整治中应用的可行性及性能要求研究

为解决隧道二次衬砌裂损整治中面临的净空限制等问题,提出采用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土作为衬砌补强材料,并对其可行性及材料力学性能要求进行系统研究。基于异性材料叠合梁理论对裂损衬砌和加固层的共同受力机制进行研究,得到加固材料的力学性能与结构受力特征之间的关系,从而得到加固工程对加固层厚度及UHPC力学性能要求; 在此基础上,提出一种实体单元应力和内力换算的计算方法,并通过有限差分法数值模拟,对衬砌与加固材料之间结合面的受力特征进行分析,从而得到加固工程对UHPC和普通混凝土之间黏结强度的要求。研究结果表明： 对于承载力损失不超过40%的衬砌,可采用UHPC进行加固; 对于承载力损失不超过15%的衬砌,UHPC的使用可将加固层的厚度减小到10 cm左右。     

硫酸盐作用下隧道衬砌腐蚀规律研究

针对西南地区隧道结构硫酸盐腐蚀现状,对围岩环境进行了模拟,采用相似理论,进行了4种工况的试验。在特定时间段以钻芯法测取顶部、拱腰、拱脚及边墙位置的混凝土强度,并根据测试结果分析了各部位腐蚀强度的关系,试验得出:隧道衬砌各部位的强度随时间以抛物线变化,先增大后减小,其中顶部腐蚀速度最大,其他部位的腐蚀速度随着衬砌水平夹角的减小而减小,通过对各部腐蚀强度的关系分析,得出了隧道衬砌各部腐蚀强度的关系式。     

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。     

裂损衬砌网-锚与板-锚加固结构力学特性试验

为探明裂损衬砌维修加固后的力学性能,对裂损衬砌新型网-锚、板-锚轻型快速微创组合加固结构的全过程力学特性进行了研究。通过自主研制的卧式偏心加载装置,对网-锚、板-锚加固裂损衬砌后形成的组合结构进行大偏心受压反复加卸载试验,揭示了钢筋混凝土和素混凝土裂损衬砌加固组合结构的全过程荷载-挠度关系、破坏模式、裂缝发展规律及网/板片应变演化过程。研究结果表明：对于钢筋混凝土衬砌,未加固、网-锚加固和板-锚加固结构5次反复加卸载后峰值承载力相比首次峰值承载力分别降低了28.9%、25%和16.7%,网-锚加固和板-锚加固后结构的主裂缝总开展量相比未加固时分别减小了74.3%和61.4%,总挠度分别增加了25.5%和25.54%,裂损衬砌结构的裂缝宽度发展得以有效抑制,峰后韧性显著提高,剩余承载能力得到了更充分的发挥;对于素混凝土衬砌,网-锚加固和板-锚加固后最大峰后荷载相比首次峰值点分别增加了30.8%和6.7%,峰后总位移比峰前分别增加了1 040.6%和413.0%,受拉侧主裂缝总开展相比开裂时的裂缝宽度分别增加约11.78倍和11.81倍,素混凝土衬砌由开裂后“一裂即坏”的脆性破坏转化为延性破坏,峰后韧性大幅增加;网-锚加固后结构掉渣风险显著降低且无掉块现象出现,板-锚加固后无掉渣、掉块现象;短锚无拔出迹象,仅个别短锚出现轻微弯曲变形;板-锚组合加固结构的峰后韧性要优于网-锚组合加固结构。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析.结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算.计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地...