格构技术在高铁隧道拱部防水板切割衬砌混凝土缺陷整治中的应用

[目的]许多与高铁隧道衬砌相关的缺陷随着高铁建成年限的增加逐渐凸显,防水板切割衬砌混凝土是其中较为严重的一种缺陷。为了减少结构扰动、降低对线路运行的影响,需采用新技术对高铁隧道拱部防水板切割衬砌缺陷进行整治。[方法]以我国西南地区某设计速度为200 km/h的高铁双线隧道为案例,对其发生拱部防水板切割衬砌混凝土后可采用的2个整治方案(现浇套拱、格构技术)进行了详细分析,并进行了结构的安全性、经济性对比评估。对格构技术缺陷整治方案的施工组织、工艺流程、防护措施及施工效果进行了重点论述。[结果及结论]与其他方案相比,格构技术整治方案充分利用了既有结构的承载能力,仅在局部区域修复隧道,对既有衬砌结构影响较小,对高铁线路的运营影响也较小。该方案能明显降低结构的主应力,减少结构位移,使缺陷衬砌的承载能力满足设计要求。

隧道衬砌锈蚀钢筋的热效应及红外检测方法

隧道衬砌受腐蚀环境、材料劣化以及地下水的影响,衬砌钢筋锈蚀将成为衬砌后期服役的主要病害之一,钢筋锈蚀以及产生的顺筋裂缝直接威胁衬砌的耐久性和安全性,为此,及时检测钢筋锈蚀程度十分重要。目前的检测方法以接触式测量为主,效率低,为探究非接触快速检测的可行性,采用室内试验和数值分析相结合的方法,深入研究了浅层钢筋锈蚀的热传导规律,分析了主动热激励条件下钢筋锈蚀程度和混凝土保护层厚度对衬砌表面温度场的影响规律。结果表明:主动热激励条件下锈蚀产物表面分布区在热像图中表现为高温区;钢筋锈蚀率为4.36%~23.16%时,衬砌表面温差为2.3℃~4.4℃;试件表面温差随钢筋锈蚀程度的增加而增大,呈现三次函数的关系;而混凝土保护层厚度与表面温差呈明显的负相关性,保护层厚度越大,温差越小。夏季时由于衬砌内外温差导致的热传导效应将在钢筋锈蚀位置的衬砌表面产生,通过红外热像仪检测衬砌表面的温度分布,结合衬砌表观特征,可以综合判定钢筋的锈蚀程度,为钢筋锈蚀的快速检测提供了新的方法和技术手段。

软土地层隧道围岩分区初期支护技术研究

软土地层通常具有较低的承载力和较高的压缩性,隧道开挖过程中极易发生变形和坍塌。为了控制围岩的变形和破坏,确保施工安全,提出软土地层隧道围岩分区初期支护技术。通过合理规划围岩压力监测点,采集压力数据;利用简化的锚杆、钢架及岩体结构面,构建初期支护本构模型;计算锚杆与钢架的最佳间距和长度,并以此为依据设计复合支护结构,实现围岩分区初期支护。结果表明:所提方法隧道沉降位移较小、塑性区分布面积较小。体现了支护技术的有效性,具有较好的应用价值。

渝利铁路绿春坝隧道危岩体整治防护设计

以渝利铁路绿春坝隧道陡坡危岩体为例,通过现场调研得到危岩体发育特征及其稳定性,进行现场滚石试验,然后采用ROCKFALL软件对危岩落石滚落轨迹及能量分布进行数值模拟。根据数值分析结果采取分区清除、分级防护、拦石墙与消能措施相结合的综合处理措施。

基于流固耦合的高承压水岩溶隧道加固措施研究

我国西南地区多山岭且地下水丰富,公路隧道在修建过程中面临的水文地质条件复杂多变,国内外大量工程实践表明,隧道在穿越高承压水岩溶地质时,由于围岩岩溶发育、自稳能力差、岩溶水丰富且水压力较高等特点常易发生突泥、涌水甚至塌方等工程灾害,为此开展基于流固耦合的高承压水岩溶隧道加固措施研究,并以巫溪隧道为依托工程,通过对采用不同加固措施包括帷幕注浆、超前小导管及径向注浆系统锚杆的隧道施工进行数值模拟,对比分析不同加固措施的效果。结果表明:1)隧道仅施作初期支护时,高承压水岩溶隧道易发生整体失稳破坏;2)采用帷幕注浆加固措施后,围岩变形及塑性区得到有效控制;3)采用帷幕注浆+超前小导管+径向注浆系统锚杆控制围岩变形效果更加显著,可进一步为隧道提供安全储备;4)根据加固效果及经济成本控制,推荐方案为帷幕注浆+径向注浆系统锚杆。

国道G312线西北某隧道病害整治安全加固技术浅谈

近30年来国家对铁路、公路、市政交通基础设施建设投入巨大资金,各类交通线路上所修建的隧道越来越多,隧道在投入使用运营多年后,经过多年各种恶劣自然环境侵蚀、破坏作用,衬砌混凝土劣化可能造成强度不足,促使隧道在使用后出现越来越多危险病害,当危及交通安全时,需要对隧道危险病害进行治理加固,保证隧道能正常投入运营,现对该隧道病害治理技术进行叙述说明,供类似工程加固施工予以借鉴。

超高性能混凝土加固盾构隧道结构试验与数值研究

在应用超高性能混凝土(UHPC)加固既有盾构隧道的基础上,提出优化的钢板-UHPC组合加固方法。将钢板作为隧道内衬并在钢板与管片之间填充UHPC,采用植筋、化学锚栓以及栓钉等作为界面连接件,形成共同受力的整体。开展极限承载力足尺试验并建立非线性数值模型,探究组合加固结构的破坏机理以及影响受力性能的关键因素。结果表明,组合加固结构破坏模式具有较好的延性特征;组合加固结构刚度主要受管片及加固体刚度控制,承载力水平主要受管片强度控制,极限承载力相比UHPC加固结构提升28%;极限状态下,顶部和腰部等位置的钢板发生屈服、主筋受拉屈服。数值参数分析结果表明,组合加固结构性能指标受加固层厚度和界面黏结性能影响较大,可适当增大钢板厚度并保证界面连接件的数量。

基于改进HRNetV2的高寒区隧道衬砌冻害检测方法

针对修建在高寒区的隧道衬砌存在的所处环境恶劣、冻害频发、衬砌图像干扰因素多、冻害目标尺度不一致及传统人工目视检测方法效率低下且成本昂贵等问题,提出了基于HRNetV2的高寒区隧道衬砌冻害检测方法。首先以HRNetV2为基础模型,提出改进模型,在主干特征提取网络结合迁移学习的知识,在结构中引入注意力机制以加强模型对于冻害特征的学习能力,并使用Focalloss作为损失函数以解决类别不平衡问题。为验证改进后模型的性能,使用高清摄像头采集高寒区隧道衬砌冻害图像,经过裁剪及数据增强等手段,建立一个包含2800张图像的冻害数据集。实验结果表明,改进后的模型在冻害数据集上的平均交并比(mean intersection over union,mIoU)可达到89.05%,相比原始模型提升了5.41%,在面对复杂形态冻害时展现出较好的鲁棒性,可直接应用于高分辨率原图;且在综合性能上优于DeeplabV3+、U-Net、PSPNet三种模型。所提方法可准确、安全地实现衬砌冻害智能检测,可为高寒区隧道智能化运维提供一定技术支持。

径向让压系统对软岩隧道围岩力学特性影响研究

为处理深部软岩隧道存在的大变形问题,一般采取强支护或支护后进行修复,但收效甚微。在三维地质力学模型的基础上,提出以径向让压为核心的主动支护,先释放围岩应力,后抵抗围岩变形,改善挤压型大变形隧道的力学特性,有效地控制隧道开挖过程中的位移变形。文章以公路隧道典型大变形段为研究对象,建立三维地质力学模型,分析径向让压支护对围岩变形和支护承载能力的控制效果。结果表明:径向让压支护段相对正常支护段能有效控制围岩相对变形,从锚杆变形看出,最大拉应变减小了75.8%,最大压应变减小了67.6%;从围岩与初支接触压力看,将拱底、拱脚压力降低80%,验证了径向让压支护对于围岩塑性区发展和应力释放的有效控制。研究成果可为同类深部软岩隧道围岩控制技术提供数据参考。

公路隧道衬砌空洞病害力学行为模型试验研究

受工程地质条件、设计施工技术和运营养护水平等因素的影响,我国早期修建的公路隧道大多存在不同形式的缺陷,公路隧道衬砌病害问题日益突出。衬砌空洞作为衬砌病害的主要表现形式之一,严重地威胁着隧道的安全和稳定性。针对典型隧道衬砌空洞病害,以武山隧道工程为例,采用室内缩尺度模型试验的方法,针对隧道运营过程中常见的衬砌背后空洞病害,综合考虑衬砌混凝土与内筋组合结构的力学特性,研究了运营期地应力条件下衬砌背后不同位置、不同深度和不同长度空洞对隧道衬砌结构应力行为的影响。研究结果表明:武山隧道衬砌空洞病害主要分布在拱顶处,空洞出现的原因主要是混凝土随着使用年限的增长发生老化以及施工处局部存在质量缺陷;衬砌背后拱顶处空洞对衬砌结构应力状态的影响大于其他位置;衬砌背后空洞的深度和长度的增加均会导致空洞处衬砌内壁应力的增加,而其他位置应力变化较小。

接触溶蚀条件下混凝土游离钙离子固化效果研究

为研究将硅灰和硅酸钠作为掺合料内掺后的喷射混凝土在接触溶蚀条件下析出钙离子的规律,在不同掺量下制备了单掺和复掺混凝土试块,开展30 d去离子水浸泡试验,测试溶液中的钙离子浓度、溶液pH值的变化情况,并结合SEM等微观检测对接触溶蚀过程进行研究。结果显示:单掺硅灰试块在不换水条件下的钙离子溶出量大大低于空白组,换水条件下30 d内3%、5%、7%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少73.29%、69.65%、69.26%;单掺硅酸钠后,不换水条件下3%掺量的试块钙离子溶出量也能得到明显的降低,换水条件下30 d内1%、3%、5%掺量组较空白组平均溶出钙离子总重依次减少9.22%、20.53%、29.96%;将单掺组中固化效果良好的3%掺量硅灰和5%掺量硅酸钠复掺入混凝土后,不换水条件下浸泡溶液初始钙离子浓度仅为20~30 mg/L,从第18天左右溶液游离钙离子清零,换水条件下复掺试块较空白组平均溶出钙离子总重减少约85%。

基于正交试验的盾构掘进江底变形分析与施工方案优化

盾构隧道的施工易引发开挖面上层土体松动塌陷,造成邻近建筑物沉降破坏。针对盾构隧道施工地层变形的问题,依托南京建宁西路过江通道工程,建立有限元模型模拟盾构隧道开挖过程,探究盾构掘进对河床沉降、深层土体水平及竖向位移等影响。以河床表面最大沉降、沉降影响范围、拱顶竖向位移、隧底隆起为指标,支护应力比、埋径比、盾尾注浆压力、泥浆相对密度等为影响因素安排L16(45)正交试验,分析各个影响因素的显著性及主次顺序,结果表明支护应力比和泥浆相对密度对各项指标影响程度较小,可采取最经济水平。由此得到最优水平组合为A_(4)B_(1)C_(4)D_(3)和A_(4)B_(2)C_(4)D_(3),并设计优化追加试验,追加试验方案1减小了埋径比,增加了盾尾注浆压力,结果表明其对地层变形的控制效果更好,为优选方案。

地下连续墙施工过程引起的地层和既有隧道变形响应分析

为探究地连墙施工对既有隧道变形影响,以武汉某基坑工程为例,分析地下连续墙施工过程中周边土体变形规律和既有结构变形响应特征,以为优化地连墙施工过程控制隧道变形提供指导。采用PLAXIS 2D软件,建立二维数值模型,研究地连墙开挖成槽和混凝土浇筑2个阶段引起的土体变形和隧道变形特征,分析不同泥浆重度下地层变形和既有隧道变形演化规律。结果表明,地下连续墙施工引起的地层变形受泥浆重度影响显著,泥浆重度较大时泥浆压力大于土体水平压力,引起周边土体向槽外变形。地下连续墙施工完成后引起的地层水平位移随泥浆重度增大而增大,既有隧道拱顶沉降随泥浆重度增加而显著减小。当泥浆重度从12 kN/m3增至14 kN/m3时,施工引起土体的最大水平位移从3.48 mm增长至22.04 mm,左线隧道拱顶沉降由5.54 mm减少至0.90 mm,右线隧道拱顶沉降由5.33 mm减少至0.84 mm。

基于改进粒子群算法的地铁隧道维护策略优化

[目的]维护策略是影响地铁隧道全寿命期服役性能和维护成本的关键因素,因此需研究更适宜的维护策略优化算法。[方法]建立了基于Gamma过程的隧道服役性能退化模型,并对检查计划和维修行为进行了参数化假设;针对维护策略优化数学模型中的随机性问题,提出了一种改进粒子群算法,并与网格枚举法对比验证了该算法的有效性;分析了不同预防性维修阈值和初始检查时间间隔对维护成本的影响。[结果及结论]改进粒子群算法可提升地铁隧道维护策略优化的计算效率;与初始检查时间间隔相比,地铁隧道全寿命周期维护成本对预防性维修阈值更加敏感。

隧道管养机器人系统设计探究

随着高速公路隧道数量的增加,传统的人工巡检方式已难以满足隧道养护的需求,存在成本高、效率低、安全风险大等问题。本文提出了一种基于智慧隧道感知设备运行平台的隧道管养机器人系统,该系统由巡检机器人、智慧隧道感知设备运行平台、养护机器人、充电系统、通信系统和软件系统组成,能够实现隧道结构、环境、设备状态的长期、规范、高效巡检与养护,显著提高隧道通行安全水平和应急处理能力。模拟隧道环境中的试运行结果表明,系统的性能和功能均达到预期设计目标。

高地应力断层破碎带富水段隧道帷幕注浆效果及注浆圈参数研究

周边超前预注浆加固是改变裂隙岩体物理力学性能和渗透性能的有效方法,以鸡心岭隧道工程为例,通过数值模拟分析了周边预注浆加固前后、不同注浆圈厚度和注浆圈渗透系数对围岩渗流场、位移场、塑性区及支护受力的影响规律。结果表明:1)周边超前预注浆加固能有效降低初期支护静水压力,减小围岩塑性破坏范围和洞周位移,并使得隧道涌水集中发生在拱脚位置;2)注浆圈厚度超过8 m后,继续增大注浆圈厚度对围岩位移的影响较小;3)降低注浆圈渗透系数可有效降低隧道涌水量,但会增大围岩变形。

隧道排水系统结晶堵塞机理及处置技术

隧道排水管结晶堵塞病害已成为影响隧道支护结构安全性的重要因素,为解决隧道排水盲管结晶堵塞问题,需要深入探究隧道排水管结晶堵塞的机理及原因。综合梳理国内外学者对隧道排水管结晶堵塞机理的分析,系统总结排水盲管内外因素对结晶堵塞的影响程度和影响规律,并提出了隧道排水盲管结晶堵塞研究中存在的不足。研究发现:岩溶地区结晶物的成分来源于可溶性围岩,非岩溶地区的结晶物则来源于喷射混凝土;结晶物的主要成分为碳酸钙;影响结晶物生成与堆积的因素可分为内因和外因2大类,并展望下一步研究需要注意的问题。

某高速公路隧道专项病害检测与加固处治分析

为了确保行车安全,防患未然,对隧道出现的病害进行专项检测与加固处治非常必要。某高速公路隧道属双向四车道小净距隧道,对其衬砌厚度及内部缺陷、隧道衬砌强度、隧道净空断面、典型结构性裂缝开裂深度等方面进行定期检查,根据隧道定检所发现的病害现状,按现行《公路隧道养护技术规范》,主要从洞口病害处治和渗漏水处治两方面对隧道进行加固处治。实践证明,这些措施对保障隧道行车安全十分有效。

铁路桥梁病害检测与应对方法研究

为了明确铁路桥梁病害的类型及成因,更为有效地处置和应对铁路桥梁病害,深入分析铁路桥梁在运营过程中出现的病害隐患类型及特点,分析和明确铁路桥梁病害成因及机理,针对不同类型病害成因提出相应的应对方法及策略,有效提高铁路桥梁病害的处置效果和质量,进而保证铁路桥梁的安全、稳定和可持续性运营。结果表明,现有铁路桥梁病害成因主要与桥梁材料、结构及承受荷载直接相关,应对方法包括提升原材料性能、结构整体加固以及病害直接处置等手段,而随着新技术、新科技的涌现和发展,也将逐步应用于铁路桥梁的病害检测与处置中,进而提升铁路桥梁的服役稳定性及耐久性。

高速公路隧道关键施工技术探析

为保证高速公路工程中的隧道施工质量,结合某高速公路隧道工程实际情况,对其施工技术进行了详细分析,提出具体的施工工艺方法与需要注意的要点,涉及开挖施工、二次衬砌施工、初期支护施工等核心环节,以确保高速公路隧道施工顺利安全完成,并为同类工程项目提供参考。