隧道衬砌裂缝精细化识别及其评价

为了研究隧道衬砌裂缝形态的精确描述与特征量化,采用隧道衬砌全景图像的方法,以某隧道工程为依托,通过隧道衬砌展开影像生成器软件将采集的衬砌裂缝影像进行特征点提取、匹配、模型识别、图像展开与拼接处理,得到较为全面反映隧道衬砌全景展开图像。从图像增强的预处理、图像边缘检测、裂缝特征区域干扰点去除、裂缝连接及特征统计方面进行算法分析,并通过连通区域标记方法寻找裂缝的端点来确定缺陷在图像中的空间位置及角度方向,运用裂缝像素位置关系原理进行裂缝长度的换算统计,从而提取出衬砌裂缝的详细特征信息,开发出一套隧道表面衬砌裂缝识别评价系统,为隧道衬砌裂缝检测提供一种便捷、高效、全面的综合检测系统。结果表明:该方法运用自主开发的TLIM软件实现了将空间图像转为平面图像,具有很好的描述性及测量性;通过实践证明该方法大大降低了"伪裂缝"的干扰,提高了对裂缝识别的准确率;该方法实现了裂缝的有效连接与连接段裂缝种子的恢复,还原真实裂缝形态信息,从而可以得到详细完整的裂缝统计特征信息;该技术方法实现了对缺陷的精细化描述定位,主要从其裂缝位置、长度、方向等方面进行量化分析;该技术方法目前已在具体工程中获得应用且效果尚佳。     

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。     

公路隧道衬砌裂缝处治对策

受制于我国复杂多变的地质环境、自然气候条件与隧道建造管养水平,衬砌开裂是最为常见的公路隧道运营病害之一。对运营公路隧道随机衬砌裂缝进行统计,得出不同部位裂缝分布规律。从公路隧道进出口围岩条件、结构型式等外部条件与设计方法、施工工艺等技术措施2方面因素,探讨公路隧道裂损机理,且对衬砌裂缝成因进行系统分析,并从我国隧道衬砌修复多年的工程实践出发,给出无水、有水2类裂缝的分类工程处治对策及其适用条件。     

基于围岩浸水的黄土公路隧道衬砌开裂分析

针对甘肃省境内某黄土公路隧道的衬砌开裂现状,采用统计分析的方法对隧道衬砌裂缝的分布特征进行了系统研究;通过有限元数值模拟,详细分析了多种围岩浸水工况下隧道结构的变形规律和应力特征,并将数值模拟结果与隧道现场裂缝分布特征进行对比,给出了围岩浸水恶化条件下衬砌结构开裂的原因、规律和特征。研究结果表明:地表水通过土体裂缝入渗是衬砌开裂的主要原因,衬砌裂缝主要分布于拱部和边墙;围岩发生浸水后,浸水范围内的土体强度降低,失去承载力,隧道上部围岩下沉,挤压衬砌结构;随着围岩浸水范围的扩大,隧道结构的受力与变形状态逐渐恶化,结构呈压扁趋势且产生偏压,引起拱部内表面被拉裂,边墙内表面由于局部压应力过大产生开裂;拱部开裂先于边墙且开裂情况最为严重,隧道上下行线相邻两边墙衬砌开裂情况较另外两边墙严重,数值模拟结果与现场衬砌裂缝特征基本吻合;在相似工程条件的黄土隧道设计时,应加强隧道拱部结构的抗拉性能和边墙结构的抗压性能。     

隧道衬砌环向裂缝的成因分析及预防建议

环向裂缝是隧道衬砌表面最常见的裂缝形式,应予以重视。环向裂缝的成因,追根溯源,是衬砌混凝土纵向收缩受到约束而产生的应力,大于混凝土的抗拉强度;因此准确地计算衬砌混凝土的收缩应力,对于预防环向裂缝具有非常重要的意义。目前,计算衬砌的收缩应力普遍沿用了王铁梦提出的简化算法;现在该法的基础上,结合隧道环向裂缝的分布规律,尝试了两项改进:补充了反映衬砌断面曲率的参数;将所有变量表述为时间的函数,既可提高取值精度,也能反映应力变化。现通过算例及分析,总结了环向裂缝的技术特点,提出了预防环向裂缝的建议,可供隧道设计与施工参考。     

公路隧道衬砌裂缝病害等级判定与处治技术

裂缝是隧道衬砌最常见的病害之一,它的存在会对隧道衬砌承载力和安全性造成不同程度的影响。本文介绍了公路隧道衬砌裂缝的类型,并对裂缝成因进行分析,总结了衬砌裂缝常见的处治技术,并结合工程实例对裂缝病害等级进行判定,给出了裂缝处治建议。     

运营铁路隧道衬砌背后较大空洞的精确检测技术

目前采用地质雷达等无损检测技术可快速、准确检测衬砌厚度和衬砌中钢筋数量等参数,并可有效判识衬砌背后空洞等缺陷沿隧道纵向和环向长度,但对这类缺陷的径向尺度因介电常数的差异、反射面的识别等原因而无法准确判识。依托西南地区某运营铁路隧道衬砌背后存在较大空洞的工程实际,结合现场钻孔调查和地质雷达无损检测,首次运用钻孔三维激光扫描技术对运营铁路隧道衬砌背后空洞进行扫描,实现精确检测,得到衬砌背后空洞的三维形态和具体尺寸,检测成果可为隧道病害整治提供准确的数据,可设计出更具针对性和操作性的整治方案。提出的“物探+钻孔三维激光扫描”技术,能实现衬砌背后空洞“粗中有细”的全面检测。     

岩溶区运营公路隧道衬砌受力特性模型试验分析

岩溶区隧道的修建改变了原有地下水平衡,溶洞的存在会使水压力集中作用在隧道衬砌上产生集中应力,严重威胁到隧道的正常运营与安全。以广东省岩溶地区运营公路隧道为工程依托,基于室内隧道模型试验,研究岩溶区运营公路隧道在不同溶洞空间分布形态大小特征、不同节理倾角、强降雨条件下衬砌的受力特性,以隧道衬砌表面应变、孔压、土压力和衬砌周边围岩位移的试验测试数据为分析依据,得出结论:沿经过隧道衬砌中心位置走向为45°和135°的溶洞对隧道衬砌不良作用大;溶洞的直径对于隧道衬砌受力特性影响最小,其作用主要是通过与围岩节理面倾角和溶隧间距(溶洞与隧道)的组合来体现;溶洞与隧道距离约在该距离为1.5倍隧道直径时,隧道衬砌的安全性最差;围岩的节理面倾角对隧道衬砌安全性的影响较为复杂,主要表现为以围岩沿节理面方向运动发生的附加应力作用和地下水沿节理面渗流所发生的孔压调节作用。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

公路隧道衬砌裂缝处治技术研究

通过对某公路隧道衬砌裂缝现场调查,结合《公路隧道养护技术规范》进行隧道技术状况类别评定,并基于荷载-结构法对规范推荐的几种典型裂缝处治方法进行分析研究,得到了处治前后的衬砌内力及安全系数。研究表明:衬砌裂缝处治措施均有效的改善了衬砌结构的受力状况,提高了衬砌结构的安全系数,达到了裂缝处治的预期效果。该研究为公路隧道衬砌裂缝病害处治提供了参考和思路。     

高速公路岩溶隧道溶洞处理施工技术

针对本标段岩溶隧道施工时实际遇到的问题及处理方案,浅析岩溶的形态及其发育条件,隧道施工中遇到的岩溶问题,隧道施工中岩溶的处治技术,其他相关岩溶隧道施工技术与工程实例。     

隧道衬砌混凝土施工常见病害的防治探讨

了解决隧道衬砌混凝土背后空洞、渗水及裂缝病害,综合国内各种同类文献和隧道施工及补修技术,并在此基础上,在合福铁路客专闽赣V标段的南岸村隧道、吴源隧道、芦岭隧道、葫芦山一号隧道及蔡墩二号隧道,从源头上探讨分析了其产生的原因和危害,采取并发展相关理念和技术措施,有针对性地提出衬砌防水板和初期支护间空洞的治理措施(这是一个创新),消除了隧道衬砌背后空洞、渗水及裂缝病害隐患。     

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。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

岩栓对隧道支撑功效之数值探讨

基于一非线性规则节理岩体组成模式,透过数值仿真途径探讨岩栓对于岩石隧道的支撑功效。所采用的岩体组成模式考虑岩石材料与节理面的力学特性以及节理面的空间分布,不仅可模拟节理岩体的完整应力应变曲线,亦可描述节理面所造成的强度与变形异向性。数值模拟结果发现,岩栓可增加特定位置的节理面正向应力,进而提高其强度与劲度,束制节理面移动与剪胀,发挥其对隧道的支撑功效。     

浅埋暗挖车站施工技术

在重庆西部国际会展中心配套施工交通工程高义口车站施工中:施工通道进入车站主体转换施工采用混凝土与工字钢门架相结合的方式;车站主体开挖施工采用周边钻设减震孔的方式进行减震施工;2号风道与车站主体交叉口段施工开挖采用静态爆破方式施工,衬砌采用先交叉口门柱后车站主体衬砌的方式进行。通过以上施工技术顺利实现了复杂环境下浅埋暗挖隧道施工。     

某大跨下穿浅基建筑暗挖隧道初期支护开裂原因分析与施工对策

结合深圳地铁某大跨下穿浅基建筑暗挖隧道初期支护开裂实例,根据数值模拟分析,总结初期支护开裂的原因;同时根据现场实际状况,提出已挖洞室加固处理、剩余隧道均衡开挖、隧道二次衬砌紧跟开挖及地表房屋基础下跟踪注浆的综合处治方案,很好地实现了隧道安全顺利下穿地表浅基建筑的目的,为今后类似工程施工提供借鉴与参考。     

EXCEL VBA在隧道断面检测与维护管理数据库之应用

隧道检测中之断面量测,是营运中隧道之维护管理作业最直接的监测数据之一;长期而定期的断面变形监测,不仅可以掌握营运中隧道稳定性的变化,更可以进一步做为隧道安全评估与结构补强之重要信息。透过Microsoft Office 2003成员中之EXCEL及其VBA(Visual Basic for Application)开发隧道断面检测资料处理标准程序模块,处理数量庞大之潜盾隧道断面原始量测数据,使原始资料成为可查询及模块化的信息。程序自动展绘之断面图可配合现地变形状况交叉比对及研析应力影响程度,而爰此逻辑模式可突破不同断面扫描系统量测资料格式不一之限制,经程序模块处理之多次任何格式断面量测资料,皆能自动展绘、套叠前、后期检测断面图并比较其变化。后续以系统处理之断面信息汇入数据库,更可让维护管理主管机关作为主要之维护管理信息系统资料,并发展为加值型之决策支援系统。     

石林隧道软基浅埋段盖挖法施工技术

为了解决铁路大跨软基浅埋隧道施工难度,降低施工风险,加快施工进度,本文结合石林隧道软基浅埋段施工技术,通过地貌勘察、地质钻探,确定该段施工采用盖挖法(先拱部明挖施作护拱,后洞内暗挖通过的施工方法),并在护拱施作实践中,合理运用长管棚,护拱基底加固处理(找平层、加固桩、托梁)等技术措施,保障了工程质量和施工安全,成功克服了松软浅埋地质及地下水位线以上的长大隧道安全、快速施工难题,为隧道施工安全、施工进度提供了有效的技术手段。隧道软基浅埋段盖挖法施工技术具有操作简单,缩短工期、减少投资的优点,通过该技术的成功运用,积累了丰富的施工经验,为以后同类工程施工提供借鉴。