福州市金鸡山隧道衬砌结构病害检测与分析

公路隧道作为一种常见的地下结构形式,受地质条件、设计施工和运营环境的影响,在其服役寿命中后期常出现不同程度的病害,从而影响隧道内行车舒适性和安全性。为金鸡山隧道原位扩建的设计与施工提供详实可靠的基础依据和其他类似隧道衬砌结构的病害整治提供借鉴,文章以福州市二环路金鸡山隧道衬砌结构病害检测为背景,利用超声回弹综合法和钻孔取芯法检测了衬砌混凝土的强度与弹性模量,利用地质雷达法检测了衬砌厚度及其壁后空洞分布,同时分析了衬砌结构劣化以及壁后空洞产生的原因。     

衬砌背后空洞对隧道结构的影响分析及综合评价方法

本文选取隧道典型病害——衬砌背后的空洞,作为研究对象.通过对病害断面进行数值模拟分析,对隧道衬砌背后不同位置、不同范围的空洞以及拱顶存在空洞下隧道衬砌在不同围岩等级进行有限元模拟,得出衬砌内力和位移,通过分析得到其对衬砌影响的程度及规律.对衬砌结构健康级别评价划分,从而采取不同的应对措施.     

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。     

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...     

衬砌背后空洞对于公路隧道的危害性研究

分析了公路隧道衬砌背后空洞的危害和原因,采用平面弹塑性分析模型,并运用有限元软件"同济曙光GeoF-BA"分析研究了不同情况下的衬砌背后空洞对衬砌结构内力的影响,从而更好地对隧道病害进行整治。     

衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究

随着我国越来越多的隧道投入到运营中,病害隧道的出现也越来越引起人们的关注.选取对隧道稳定性影响较大的病害之一-空洞作为分析对象,通过对某病害隧道典型断面进行数值分析,对隧道衬砌背后不同部位以及不同范围的空洞模拟,得出其拱部内力并计算得到相应部位的安全系数.通过分析了解到,隧道衬砌背后不同部位出现空洞,均对衬砌的安全系数有影响;当空洞较小时(小于0.5m)对其影响不大,随着空洞直径的增大,对其安全系数的影响也随之增大.     

浅析隧道衬砌背后空洞处治

随着我国公路建设的快速发展,公路隧道病害问题也日益突出,其中隧道衬砌背后的空洞是比较常见、比较严重的病害之一。隧道衬砌背后空洞不仅会降低衬砌结构的承载能力,而且与地下水的交互作用会加大衬砌结构的破坏,影响隧道的正常使用。传统空洞处治一般采用水泥砂浆回填,但是水泥砂浆流动性差,骨料在流动中易于沉积分离,往往难于回填密实。泡沫混凝土作为一种新型材料具备流动性强、容重小等优势,在空洞回填上已有成功的应用案例。项目属于既有隧道病害整治,经检测衬砌背后空洞基本贯通,提出了采用泡沫混凝土回填处治方案,施工后效果较好。     

运营中的公路隧道病害调查统计与治理对策

通过对重庆市正在运营的2条隧道病害进行全面调查,分析隧道衬砌裂缝、渗漏水、衬砌背后空洞等病害的分布规律以及病害产生的原因;并据此给出不同病害的治理对策。为今后类似运营中的隧道工程的衬砌裂缝、渗漏水以及衬砌背后空洞治理提供参考和借鉴。     

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。     

公路隧道运营期常见病害及防治技术研究

公路隧道运营期间,在各种外界和人为不利因素的共同作用下,会不可避免地出现各种病害.鉴于此,论文介绍了我国公路运营隧道病害的基本特点,分析了隧道渗漏水、衬砌裂损、通风及照明等病害的分类及成因,针对隧道渗漏水提出了"堵排结合、因地制宜"的处治原则,并对隧道衬砌裂损病害提出了裂缝修补、衬砌空洞压浆、底板处理等处治技术.研究成...     

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。     

富水地层公路隧道衬砌背后空洞对结构受力的影响

 富水地层公路隧道衬砌背后空洞的存在恶化了其结构的受力状态,使衬砌易于开裂进而影响隧道的营运安全。研制外水压加载装置,该装置在二衬模型内部创造一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道–地层复合模拟试验系统开展几何相似比为1∶30的室内模型加载试验,全面研究不同位置空洞与不同外水压荷载共同作用下二次衬砌的受力分布规律及开裂特征。结果表明,衬砌背后存在空洞时的二衬的轴力与弯矩总体不再呈对称分布,不同位置空洞对衬砌结构的受力影响不同,空洞附近区域的衬砌内力变化最为显著;无论空洞位于何位置,随着外水压力的增大,二衬轴力及弯矩均大致呈线性增大趋势,空洞附近区域的轴力及弯矩增大速度明显大于二衬其他部位;偏心距则随外水压的增大而减小,水压超过150 kPa后基本不发生变化;相同外水压下,加宽带二衬轴力与弯矩明显大于三车道,分布及变化规律则大致相同;应力场为竖直主应力场时,外水压下左边墙空洞对于衬砌结构的承载力影响最大,拱顶空洞次之,仰拱空洞最小;背后存在空洞的衬砌部位的裂缝数量及开裂程度明显大于其他部位。     

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。     

Voids delineation behind tunnel lining based on the vibration intensity of microtremors

In-situ microtremor measurements and numerical simulations were carried out to study the microtremor characteristics of tunnel linings. Power spectrum density (PSD) of microtremor signals measured from three spans of a tunnel lining with or without defects (cracks and voids) was calculated and analyzed. The results revealed that the normalized ratio of comparative power spectrum density (NRPSD) obtained by calculating the ratios RPSD, which is the ratio of PSD between different orientations (axial, radial and circumferential), of damaged spans to that of the healthy span, can be used as an indicator for the void delineation. For a damaged lining where voids exist, the vibration intensity is enlarged greatly in the radial direction, resulting in a pronounced value of NRPSD by comparing the NRPSD of the radial orientation to that of other orientations. Influences of properties of rock–concrete interfaces, geometric properties (location, arc length, and depth) of voids, and mechanical properties of rocks and concrete on the values of NRPSD were estimated via numerical simulations. As a preliminary study, these results provide clear evidence that the vibration intensity characteristics of microtremors have a strong correlation with the existence of voids located between lining concrete and surrounding rock masses, which has high potential to be developed to an effective approach for health assessment of tunnel linings in the future.     

玄武岩纤维混凝土隧道衬砌承载特性模型试验研究

玄武岩纤维是一种环保高性能的无机材料。玄武岩纤维混凝土所具有的增强、增韧、阻裂等性能,对于控制软弱围岩隧道的变形具有重要的力学优势。通过钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌力学行为室内模型试验,对玄武岩纤维混凝土衬砌的承载特性进行研究。研究结果表明:相比钢筋混凝土,玄武岩纤维混凝土衬砌的初裂荷载提高了20%;掺入玄武岩纤维后衬砌结构的韧性增强,衬砌初裂后仍可承担较大的弯矩和变形。衬砌初裂前,钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌支护特性曲线基本成线形变化;衬砌初裂后,钢筋混凝土衬砌支护特性曲线在缓慢上升后,快速趋于收敛;玄武岩纤维混凝土衬砌承载特性曲线缓慢上升,至2倍初裂荷载时仍无收敛迹象。因此,玄武岩纤维混凝土能较好地满足软弱围岩隧道尽早封闭岩面、尽快提供支护力并具有一定变形能力的要求。研究成果对于软岩大变形隧道的变形控制具有重要的意义。     

不同衬砌结构缺陷对隧道结构整体安全性的影响

为研究不同衬砌缺陷对隧道结构整体安全性的影响,以某实体隧道工程为依托,采用荷载 结构法建立有限元数值模型,分别对衬砌在正常状态、强度不足、厚度不足及背后脱空4种工况下进行数值计算,对比分析了不同衬砌缺陷对结构安全性的影响。结果表明:当隧道衬砌存在强度不足和厚度不足缺陷时,缺陷部位单元的安全系数减小,而其他部位的安全系数基本不变,随着衬砌厚度不足程度的加深,相应缺陷位置的安全系数也随之降低;当衬砌背后脱空面积较大时,衬砌脱空部位与其相邻位置处的剪力和弯矩均发生正负突变,衬砌结构受力与变形模式发生改变,脱空区域安全系数明显减小,但脱空部位相邻区域衬砌结构的安全系数反而增大,其他部位安全系数没有明显变化,与正常状态下基本保持一致。     

软弱围岩中的新型双层复合衬砌的受力特性研究及渗水风险分析

 某输水隧洞位于河床的软弱砂岩中,其双层复合预应力衬砌结构形式新颖,受力条件复杂。为了解这种新型双层复合预应力衬砌的工作性态和受力特性,分别采用现场1∶1仿真模型试验方法、三维非线性有限元数值分析方法,并将数值分析结果与仿真试验进行对比分析。有限元分析按照仿真模型试验中管片拼装、分层填土、内衬浇筑、内衬预应力张拉以及内衬充水加压的实际过程模拟,计算中考虑衬砌与土体的耦合效应,通过外衬变形反分析调整土体计算参数,采用基于直接约束的接触迭代算法模拟管片与管片之间、内衬与外衬之间的多重接触与传力。研究结果显示,无论是结构变形、缝隙开度还是结构应力,有限元分析与仿真试验规律一致,数值接近,两种方法相互验证了这种具有多重复杂接触边界的非连续变形柔性结构的受力特性,明确了内、外衬的传力机制;在此基础上,进一步分析高压内水外渗对结构安全性的影响以及预防措施,其研究成果可供类似工程参考。     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

无黏结预应力环锚衬砌力学特性原位加载试验研究

新型无黏结环锚衬砌具备预应力损失低、薄弱区小、施工便捷等优势,但因结构复杂致使力学特性不明确,阻碍了其广泛应用。依托引松工程总干线压力隧洞,开展了首次预应力环锚衬砌大型原位加载试验,明确了内水压加载过程中衬砌预应力重分布特征,揭示了环锚拉力、钢筋应力以及锚固应力损失变化规律,并探讨了围岩和环锚衬砌联合承载作用。原位试验表明:环锚衬砌整体预应力分布均匀,高效地利用了锚索高强抗拉性和混凝土抗压性,常规钢筋作用极小,因而整体可不配筋或仅构造配筋;锚具槽背后混凝土预应力稍薄弱,是高内水压作用下结构潜在破坏区域,但内水加载过程中衬砌环向、纵向预应力值趋于一致,将有效减缓预应力薄弱部位开裂倾向;环锚衬砌具备优越的抗拉和抗渗性能,可不依赖于围岩条件而独立承载,也可利用围岩部分承载以降低预应力设计值或增加结构安全裕度,它能为覆盖层薄、地质条件差且内水压力高的大直径压力隧洞长期存在的支护难问题,提供解决新途径。