隧道施工因素对衬砌结构安全性影响评价研究

施工中隧道衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌混凝土强度不足、初期支护钢架间距不足、衬砌钢筋层间距不足等施工质量问题将直接影响结构安全。针对隧道施工因素,对隧道结构安全进行数值模拟计算分析,评价各施工质量因素对隧道结构安全性的影响。结果表明,各缺陷对结构影响按大小排序为:背后接触松散结构厚度钢筋层间距结构强度局部空洞钢架间距;拱顶和拱脚弯矩大,安全系数最低,设计及施工中宜采取加强拱顶及拱脚厚度、加强钢筋及抗拉锚杆布置等措施优化结构。     

衬砌背后脱空对开裂的影响分析

对实际隧道工程病害进行检测,建立衬砌开裂病害综合治理方案。为确定衬砌受力状态及裂缝与背后脱空的相互作用关系,采用有限元软件进行数值模拟分析。研究结果表明,检测范围内87%的脱空位置附近存在不同危害程度的不规则裂缝;衬砌背后脱空时,部分区域由受压变为受拉,当拉应力超过混凝土抗拉强度时,结构开裂;背后脱空等病害对衬砌造成影响,进一步加深衬砌开裂程度;须根据裂缝发展程度和安全状态进行修复,还应对引起开裂的隧道病害和缺陷进行治理。     

衬砌背后双空洞影响下隧道结构的安全状态分析

衬砌背后多空洞的存在使隧道结构受力状态更加复杂,极易引起结构开裂并直接影响到隧道结构的安全性。针对Ⅳ级围岩两车道公路隧道,采用数值模拟和模型试验分别研究拱顶或拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构的安全状态。数值模拟结果表明:衬砌背后双空洞的存在,显著改变了隧道结构内力分布,恶化了结构受力状态;空洞尺寸增大会导致隧道结构轴力整体降低,并使空洞范围内及两空洞之间的隧道结构弯矩明显增大;两空洞间隧道结构各截面安全系数较无空洞时显著降低,并表现出随空洞尺寸增加而逐渐降低的趋势,该区域也是隧道结构安全性评价重点部位;拱肩衬砌背后存在双空洞时,其对结构截面安全系数的影响较拱顶和拱肩分别存在空洞的情况更大。模型试验得到的空洞对衬砌结构安全系数影响规律与数值模拟结果基本一致,并获得了双空洞作用下衬砌结构的破坏演化规律。研究成果可为隧道衬砌背后空洞的致灾机制和灾变控制研究提供参考和借鉴。     

浅埋偏压隧道衬砌背后空洞对结构安全性影响

由于施工不当、地质条件不良等因素,隧道衬砌背后容易出现空洞,从而引起隧道衬砌结构发生一定程度的病害。文章基于Flac 3d有限差分软件,分别分析了各位置处不同空洞深度下衬砌结构安全系数分布规律以及各位置处不同空洞宽度下衬砌结构安全系数分布规律,总结了浅埋偏压情况下空洞尺寸及位置对结构安全性的影响,以此为浅埋偏压隧道衬砌背后空洞病害处置提供理论依据。     

基于参数反演的经高聚物注浆修复脱空后隧道二次衬砌的地震反应分析

隧道衬砌背后的脱空现象已经成为隧道病害的主要诱因，易引发隧道衬砌结构破坏、脱落、渗水等病害，严重威胁隧道的正常运营。衬砌背后的脱空大大削弱了隧道的抗震能力。通过优化改进系统识别灵敏度分析方法，反演计算了围岩的力学参数，并利用改进后的反演结果优化了隧道动力响应数值模型，在此基础上研究了经高聚物注浆修复衬砌背后脱空区后龙眠山隧道的修复效果和抗震能力。结果表明：隧道二次衬砌顶部脱空区域在注浆修复后，位移和应力明显减小，接近于正常情况；但在不同场地条件同一峰值的地震波作用下，二次衬砌顶部的应力、位移均存在明显的差异，说明该隧道模型的动力响应具有明显的地震波频谱敏感性。     

某铁路隧道衬砌脱空安全性分析及处治措施

衬砌脱空是铁路隧道运营过程中的重要安全隐患,为进一步明确衬砌脱空安全性影响,依托某铁路隧道缺陷整治工程,基于FLAC软件建立分析模型,探究了在不同脱空位置、不同脱空程度的情况下衬砌安全性影响规律,并结合工程实际制定了切实可行的整治方案,经多年检验证明了方案的有效性。研究结果表明:脱空主要不良影响在于恶化结构受力,降低结构安全性;脱空部位距离拱脚越近,内力增长越为明显,结构安全性越低;随脱空高度的增加,结构安全性逐渐降低,同时结构危险点从拱脚转移至脱空部位;出现非对称性脱空时,除脱空部位临近范围外,非脱空侧安全性均小于对应的脱空侧部位,故非脱空侧结构安全也需予以重视。     

基于荷载 - 结构法的黄土隧道结构静力计算分析

为了保障黄土隧道建设的安全性和牢固性,采用荷载-结构法对衬砌结构的安全系数进行验算,同时借助MIDAS/GTS岩土隧道结构专用有限元分析软件对隧道结构进行检算。结果表明,衬砌的最大水平变形发生在左右拱脚位置,最大竖向变形发生在拱顶处;拱顶、曲墙脚部和仰拱端部出现较大的拉应力,为受力的不利截面;常家湾隧道二衬厚度总体稳定性达到要求,安全系数符合规范。     

隧道衬砌厚度不足及劣化对结构承载能力影响研究

文章依托某隧道围岩条件及设计参数,针对隧道衬砌厚度不足、隧道衬砌劣化等病害类型对不同病害程度情况下的结构承载能力影响进行了系统研究。得出结论如下:(1)隧道洞顶部位厚度欠缺时,结构受力分布规律影响及安全性能降低程度相对较大;(2)隧道拱肩部厚度不满足设计要求时,随着衬砌厚度不足程度的不断增大,拱肩的安全系数显著降低;(3)隧道墙腰部厚度不满足设计要求时,随着欠缺程度的增加,相应部位的安全系数呈线性减小趋势。     

拱顶背后空洞对直墙式隧道结构安全性影响分析

拱顶背后空洞作为隧道衬砌病害的主要诱因,威胁着隧道运营安全。为探究空洞对隧道结构安全性影响机制,依托某公路隧道工程,建立三维数值模型就空洞几何尺寸对衬砌结构内力及安全性变化规律进行分析。研究结果表明:拱顶背后空洞的存在改变了衬砌结构内力分布规律,空洞几何尺寸发生改变,衬砌结构内力也随之变化;当空洞环向范围发生改变,衬砌结构内力分布规律也明显变化,当空洞环向范围大于30°后,衬砌结构安全性大幅度降低;空洞纵向长度变大,恶化了拱部衬砌结构受力性能,当空洞长度大于1/2隧道跨度时,衬砌结构安全性急剧下降,当空洞纵向长度超过一定范围后,衬砌结构安全系数基本不随长度的变化而变化;空洞竖向高度对衬砌结构应力及弯矩变化规律影响较小,不改变衬砌内力的整体分布规律。研究成果可为直墙式隧道衬砌结构病害治理提供参考。     

甘肃某高速公路隧道二衬裂缝成因及整治技术研究

依托甘肃某高速公路8座隧道维修工程,以专项检测数据、现场调查及维修期间揭露的情况为依据,结合各个隧道的原设计、施工、运营、检测评估情况,采用排除法对隧道二次衬砌裂缝的成因进行了深入分析,指出衬砌产生裂缝的主因是隧底仰拱缺陷,其引发衬砌不均匀沉降,致使衬砌局部混凝土受拉产生裂缝,而衬砌背后脱空和厚度不足减小了衬砌刚度,引发应力集中效应进一步恶化了衬砌受力状态。以衬砌裂缝病害的发育情况和隧道质量缺陷(衬砌厚度、仰拱厚度)二者间的相关性情况为出发点,提出了针对衬砌裂缝产生原因的处治方案,取得了良好的维修效果。     

铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

 铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明：衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论：(1) 同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2) 衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3) 衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4) 衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。     

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。     

壁后空洞对衬砌结构力学性能影响的试验研究

壁后空洞是一种常见的隧道病害形式,对衬砌结构的力学性能有重要影响。以福建省道206线龙门隧道的病害检测与改造工程为背景,设计制作了1/10缩尺模型,完成了10组不同工况下的卧式加载试验,重点关注不同空洞赋存条件下隧道衬砌结构的力学性能。壁后空洞的存在,使得空洞附近的衬砌变形由内侧收敛变为外侧扩张,且随着空洞范围的扩大,扩张趋势进一步加剧。拱顶赋存空洞时,空洞附近的围岩压力显著增大,各测点处的衬砌轴力均出现不同程度增长;但拱腰或边墙赋存空洞时,对衬砌结构力学性能影响较小。以上对壁后空洞赋存条件下衬砌结构力学性能的定性/半定量探讨,也可为后续数值模拟研究和理论分析研究提供必要的对比与验证。     

公路隧道衬砌背后空洞分布特征及其 对衬砌结构的影响

针对公路隧道衬砌结构病害问题日益突出的现状,基于160余座公路隧道衬砌检测资料对衬砌背后空洞形态特征进行统计分析,在此基础上对衬砌结构受力性能和安全性进行了评价。结果表明:空洞主要分布在衬砌拱部位置及围岩状况较差的Ⅴ级、Ⅳ级围岩段; 空洞纵向长度主要分布在0～20 m范围,其分布曲线呈指数降低分布规律,空洞径向高度主要分布在0～25 cm范围,其分布曲线呈正态分布规律,空洞平均长度及高度按照拱顶→拱腰→边墙、V级→Ⅳ级→Ⅲ级的规律逐渐减小; 空洞高度的增大对衬砌结构力学性能影响较小,而空洞环向范围的增大显著降低了衬砌安全性,衬砌结构受力性能随空洞纵向长度增大而逐渐向着不利状态转变,但当空洞纵向长度增大到一定值后衬砌结构安全性进一步降低的幅度有限; 研究结果可为衬砌背后空洞的整治提供参考。     

基于地质雷达技术隧道安全性评价研究

阐述了地质雷达检测的工作原理,地质雷达作为一种高效、快速、无损的检测方法,在当前隧道建设过程中发挥着越来越重要的作用。通过长期检测过程分析,总结出地质雷达在检测隧道衬砌时三种常见缺陷典型雷达图像,为今后检测工作提供参考依据。结合FLAC3D数值模拟方法对隧道衬砌背后空洞及厚度不足进行分析,研究发现隧道施工过程中拱顶最易出现缺陷,针对隧道缺陷共分七种工况进行分析,得到了有益的参考数据,为隧道安全评估提供有力的理论依据。     

公路隧道欠厚二次衬砌的统计特征及其安全分析

二次衬砌是公路隧道主体结构的最后一道安全屏障,针对其欠厚缺陷开展相关研究具有重要现实意义。本文首先通过大量资料的统计,分析了公路隧道二次衬砌欠厚的程度、空间分布和地质分布等形态参数特征;继而在此基础上,确定了数值计算模型;然后,运用数值模拟方法,对欠厚二次衬砌在不同缺陷部位和程度等参数下的安全性进行了分析。结果表明:公路隧道欠厚二次衬砌的形态特征复杂多变,总体上欠厚部位主要分布于拱部和Ⅳ级围岩,洞口段最为密集,且欠厚程度超过33.3%的部位不足10%;隧道欠厚衬砌的安全系数与欠厚程度呈正相关降低,且安全系数对欠厚厚度的敏感程度较欠厚宽度大,其空间安全性也与欠厚位置紧密相关;边墙隅角处和拱顶是欠厚衬砌的安全控制部位。     

盾构隧道双层衬砌横向力学结构参数优化研究

随着水下盾构隧道建设及运营环境日益复杂,安全要求日益提高,盾构隧道双层衬砌有望在工程中得到较为广泛的应用。本文依托武汉轨道交通8号线越江隧道工程,采用双层衬砌盾构隧道三维壳—弹簧力学分析模型,研究了不同工况下二次衬砌强度及厚度对双层衬砌内力及变形的影响,并对二次衬砌是否应当配筋的问题进行了探讨。研究结果表明:二次衬砌强度变化对管片衬砌结构内力影响甚微,但二次衬砌弯矩量值略有提高,同时通过提高二次衬砌强度来抑制隧道竖向变形的效果不明显,考虑到工程造价问题,二次衬砌强度不宜过高,取C40为宜;二次衬砌厚度增加对管片横向内力影响甚微,但对其结构受力有不利影响,综合考虑隧道运营期火灾以及列车撞击等因素,二次衬砌厚度取30~40 cm为宜;在外荷载增大情况下,二次衬砌拉应力量值显著增加,超过混凝土规范容许拉应力值,因此,实际工程中建议对二次衬砌进行配筋设计。研究结论可为盾构隧道双层衬砌的设计及施工提供有益的借鉴。     

Cause investigation and verification of lining cracking of bifurcation tunnel at Huizhou Pumped Storage Power Station

A wide range of cracking happens in concrete lining at the crown of the lower adit and high-pressure bifurcation in the water-filled test of bifurcation tunnel at Huizhou Pumped Storage Power Station. Then a field investigation is undertaken to explore the main reason of such prominent lining cracking. Through investigating several possible inducing factors, it is found that mass defects exist in the concrete lining in constructing bifurcation tunnel, and insufficient thickness of concrete lining is probably the main factor causing lining cracks. In order to verify if this conclusion is reasonable, comparative analysis through numerical simulation is utilized to assess the influence of different concrete thicknesses on tunnel stability for the lower adit and high-pressure bifurcation. And then the fracturing process of concrete lining with the increase of internal water pressure during the water-filled test is simulated. The results reveal that the displacements and tensile strains in the lining crown are significantly bigger than other parts of tunnel, with deficiency in concrete thickness considered. It is also concluded that whether the cavities exist or not in the crown, rather than the cavity thickness, is the main factor influencing the values and distributions of the tensile strains and displacements for tunnel lining. Besides, the distribution of tensile-strain-concentrated zones is approximately in good agreement with the in-situ fractured status of concrete lining. Finally, a conclusion can be drawn that deficiency in concrete thickness in the crown is the primary triggering factor for lining cracking.