台湾隧道衬砌异状类别之探讨

以台湾隧道为背景,搜集整理1990年代以来安全检测作业调查所得的异状,并纳入相关报导中早期隧道的破坏案例,继而区分不同的异状及其类别,并探讨采用砖(石)砌、混凝土与钢筋混凝土等不同的衬砌材料以及不同构筑方式之隧道所发生的异状形态.     

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

隧道衬砌混凝土钢筋量之探讨

山岳隧道采用新奥工法(NATM)设计时,部分专家认为衬砌通常于围岩收敛稳定后施工,因此不需考虑稳定上之功能,可采无筋方式设计.而台湾地区目前之设计,通常认定衬砌会承受部分岩压及水压.在诸多设计案例中,设计岩压约为一次支撑设计载重之25%～40%.不排水隧道在较高岩覆且高地下水位之情况下,通常将静水压折减后设计.理论上,衬砌之内力以轴压力为主,采用无筋或有筋之混凝土设计,皆能提供相当余裕之安全系数,但无筋混凝土容易造成混凝土龟裂而无预警掉落,因而衬砌配置钢筋有其必要性.参考台湾地区诸多设计案例及混凝土设计规范,探讨衬砌之设计及钢筋量应用等课题.     

不等高三连拱隧道衬砌变形分析及控制措施

为找出不等高三连拱隧道衬砌变形的原因和特点,提出相应的施工对策。以京石线DK278+824～DK279+389里程段明挖施工的不等高三连拱隧道为工程依托,针对跨高不相等的特殊结构形式,分析其受力情况,指出该段不等高三连拱隧道衬砌变形的原因及特点。结果发现:高跨隧道混凝土衬砌受到覆土压力及侧向土压力的扭转,衬砌有逆时针整体转动的趋势,隧道底部通过换填片石混凝土可以有效地控制隧道衬砌的竖向位移。通过数值模拟计算,证实了该控制措施的可行性。     

山岳隧道衬砌裂缝肇因诊断方法研究——以力学因素为例

诊断衬砌异状肇因为隧道安全评估与维修补强对策设计至关重要之项目。依据隧道检测案例与技术文献报导,研究隧道衬砌裂缝力学因素,提出可诊断力学因素的5种典型裂缝型态。继而透过典型裂缝型态的特征与空间分布,开发出诊断山岳隧道衬砌裂缝力学肇因之流程与方法,并以一实际铁路隧道检测案例验证所提流程与方法。     

公路隧道衬砌最优设计探讨

本文就公路隧道沿轴线方向的荷载条件是变化的，衬砌净空面的几何尺寸对于整座隧道是相同的情况，对衬砌的最优设计（材料用量最省设计）进行了探讨。     

宝中线堡子梁隧道衬砌变形的整治方法

宝中线堡子梁隧道施工中，由于古滑坡复活的影响，在隧道完成衬砌后发生了较严重的开裂现象。本文主要介绍了首次在国内隧道施工中应用奥地利迈式钻进注浆锚杆和Ｍ４００型迈式泵，以及采取深孔注浆加固围岩和衬砌，达到整治隧道衬砌变形开裂的成功经验。     

隧道衬砌防水层铺设方法探讨

目前，公路隧道衬砌的防水设计，一般采用在模筑混凝土与初期锚喷支护之间设置一层上工布、一层橡塑防水卷材作为防排水隔离层。铺设方法一般采用项撑法，即先在洞外将防水卷材用专用胶水粘接成较大一块，然后再在洞内工作面粘接成需要的宽度和长度，并用纵向和径向支撑杆将防水层紧贴岩面（喷混凝土面），如图1所示。灌注模筑混凝土时，随着混凝土由边墙脚向拱顶进行而逐步拆除支撑杆，从而在模筑混凝土与围岩之间形成防排水隔离层。图1从以上施工方法可以看出，防水层是靠支撑杆来贴紧围岩面的，由于围岩开挖后纵横二个方向的不平整，实际…     

岩溶地区隧道衬砌受力及变形特征的有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件,结合岩溶地区山岭隧道的工程实例,建立隧道施工过程的三维有限元模型,研究了岩溶地层对隧道围岩和初期支护结构受力和变形的影响。结果表明:在岩溶地区开挖隧道,衬砌拱顶承受较大的应力而边墙部分承受较小的应力;边墙及拱顶均存在下沉现象,且位移呈直线增长趋势,隧道围岩底部存在一定程度的反拱现象。     

提高地质雷达隧道衬砌质量检测效果的几点措施

地质雷达已成为隧道施工质量检查和运行期间隧道病害检测的重要手段,然而在采用地质雷达进行隧道衬砌质量检测时也暴露出一些问题。为提高采用地质雷达进行隧道衬砌质量检测的效果,简述了地质雷达隧道衬砌质量检测基本工作原理,从现场检测过程中的增益设置、病害识别、干扰图像辨识、衬砌厚度检测和里程定位几方面,讨论提高地质雷达检测隧道衬砌效果的几点措施。得出:1)增益设置应尽量在边墙喷射混凝土密实度较好的地段进行,并应远离隧道内干扰物;2)病害和干扰图像的识别需在现场检测和室内分析工作中不断积累经验;3)衬砌厚度的检测可用平均波速法,并辅以微电测深法,采用平均波速法探测隧道衬砌厚度的绝对误差可控制在5 cm;4)隧道衬砌质量检测宜采用时间触发方式,尽可能保证雷达天线匀速移动,并做好记录工作。     

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。     

衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析

针对目前世界最大直径水下盾构隧道的工程背景和劣化环境,通过分析衬砌劣化机理和行业规范标准确定了以有效厚度考量衬砌结构劣化,采用强度折减原理对强度参数进行逐步地折减,建立了考虑地层土性和覆土厚度影响的水下盾构隧道衬砌劣化模型,运用数值计算方法分析了衬砌劣化的多种组合工况,从而对衬砌劣化引起上海长江隧道（崇明越江通道）变形的特征表现和趋势规律进行了研究和探讨。研究结果表明：基于有效厚度折减的衬砌劣化分析方法能够有效地反映劣化后隧道结构的整体变形状况,且计算结果可靠合理,可为盾构隧道健康状态诊断与分析提供理论依据和技术支持,也可为运营管理部门正确及时的养护维修提供借鉴和指导。     

基于变形稳定时间统计的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机研究

为获取挤压性围岩隧道二次衬砌施作时间,使二次衬砌施作可操作性更强,以变形速率限值为基础,对412个挤压性围岩隧道断面变形量测数据进行拟合和统计分析,得出不同变形等级的变形稳定时间范围值和施工期分阶段二次衬砌施作时机预测方法。具体结论为： 1)提出了基于变形速率判据的变形稳定时间预测方法,通过最优指数函数曲线拟合,实现稳定阶段变形量u稳和最终稳定时间t′稳的预测; 2)通过统计分析,确定了不同变形等级、不同跨度条件下变形稳定时间t′稳范围值,用于设计阶段初步拟定二次衬砌施作时机; 3)提出了施工期二次衬砌施作时机分阶段预测方法,根据实测20、30、40 d和稳定时的相对变形,可实现分阶段预测最终变形稳定时间; 4)经实测变形数据检验,采用二次衬砌施作时机分阶段预测方法所得预测结果可被工程所接受; 5)以分阶段变形稳定时间t′稳为判别指标的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机预测方法,可操作性强,能避免以变形速率为判别指标时的操作困扰,可直接服务于工程实践。     

引水洞爆破施工对既有隧道衬砌的影响分析

某铁路隧道建成运营后,受溶洞区域水压大的影响,岩溶核心段出现衬砌渗漏水现象。为了解决衬砌渗漏水问题,通过在正洞顶部施作引水洞,截取岩溶水,减小作用在隧道衬砌周围的荷载。本文结合某铁路隧道引水洞爆破施工,通过从爆破震动、结构变形等动态监控和土压力、型钢应力、混凝土应变等静态监控,分析引水洞施工期间正洞衬砌结构受力和变形情况,得出爆破震动速度和结构受力都控制在允许标准以内,并且隧道结构变形很小、结构受力相对稳定,说明引水洞施工对正洞衬砌结构影响小,保证了运营线的安全。     

隧道衬砌施工方案比较

比较分析了用于隧道衬砌的全液压模板台车和简易衬砌台车的施工方法、设备配置、洞内布置、劳动力配置、工序循环时间等情况，最后对两者不同的使用条件提出了看法。     

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。     

波纹钢板套衬解决隧道衬砌掉落病害的效果分析

为解决衬砌起层剥落病害问题,提出使用波纹钢板套衬的衬砌加固方法,即使用化学锚栓将波纹钢板与衬砌混凝土连接,并在中间添加填充材料。考虑衬砌混凝土掉落时波纹钢板单独作用,波纹钢板与化学锚栓共同作用,波纹钢板、化学锚栓和填充层共同作用3种不同工况,针对3种工况建立相应的有限元数值分析模型,并对加固效果进行计算和分析。计算结果表明： 波纹钢板单独作用时结构处于最不利情况,此时波纹钢板顶部挠度为110.2 mm,应力为136.8 MPa,满足变形和受力要求; 当考虑化学锚栓和填充层的作用时,结构响应最小。     

考虑衬砌渗透性的盾构下穿既有隧道纵向结构错台变形研究

目前针对盾构开挖下穿既有隧道的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,且未考虑既有隧道衬砌渗透特性,常常忽视地基剪切变形和既有隧道渗漏水的影响。基于体现土体剪切特性的Pasternak地基模型,首先计算了既有隧道渗漏水影响下盾构开挖在既有隧道轴线处产生的附加荷载。在此基础上,通过能量变分法建立由抗拉弹簧及剪切弹簧共同连接相邻管片环的既有隧道变形模型,获取隧道纵向结构剪切错台响应规律。选取多个工程实例,将理论解析结果与现场实测数据进行对比后发现,考虑地基剪切变形及既有隧道渗漏影响的理论解析结果更加贴近实测数据。此外,针对既有隧道异常渗漏区间渗漏程度、异常渗漏范围、异常渗漏位置进行了影响因素分析,并依据环间错台量及环间转角对既有隧道进行安全等级评估。通过参数分析发现：随着异常渗漏区间衬砌渗漏程度的增大,既有隧道纵向结构变形显著增大,当异常渗漏区间衬砌-土体相对渗透系数为0.1时,已有小范围环间错台量及转角被纳入安全评估等级Ⅲ;随着异常渗漏范围的扩大,既有隧道纵向结构变形增大,更大范围的环间错台量及转角达到安全评估等级Ⅲ;异常渗漏位置向远离新建隧道中心轴线方向发生偏移,既有隧道纵向变形逐渐减小,纵向结构变形峰值沿异常渗漏位置偏移方向发生偏移。