3D打印隧道衬砌-围岩界面力学性能研究

[目的]3D打印技术在工程结构施工的研究和应用已逐渐深入,应用3D打印建造地铁隧道开拓了一种新的思路和方法,而3D打印施工过程中,衬砌与隧道围岩的共构效果和协同工作性能的保障是构建隧道衬砌结构体系的关键,需对其进行深入研究。[方法]通过试验模拟不同围岩条件下的界面特性,深入研究了3D打印隧道施工中衬砌和围岩之间的粘结力学性能及其影响因素。[结果及结论]围岩表面的粗糙度对3D打印衬砌混凝土的粘结效果有显著影响,而表面涂覆涂层能够有效改善衬砌-围岩界面的粘结性能,通过填补衬砌-围岩界面的微观不平整有利于提高3D打印衬砌施工质量。

小口径CFRP-方截面钢管混凝土受弯性能研究

为研究小口径CFRP-方截面钢管混凝土的受弯性能,使用钢管外径分别为30、32、35 mm的3种试件(分别命名试件A、B和C)开展12组三点弯曲试验,观察试件的破坏形态并获得荷载-位移曲线。通过测得试件应变变化,对试验构件受弯性能进行分析。利用有限元软件ABAQUS对试件进行非线性有限元分析,并对钢管与水泥之间的黏结能力、水泥立方体试块抗压强度以及CFRP布厚度3组参数进行参数敏感性分析。研究结果表明:钢管内填充水泥与外缠CFRP布均可以提高试件的抗弯承载力最大值以及抗弯刚度;当钢管、水泥、CFRP布3种材料结合在一起时,提升效果最为明显,A、B、C这3种试件的抗弯承载力最大值分别提高了81.6%、93.3%和92.6%;钢管内是否填充水泥与试件的最终破坏形态有明显关联。有限元分析与试验所得荷载-位移曲线吻合较好,破坏模式一致。CFRP布厚度对抗弯承载力最大值以及梁的抗弯刚度有明显影响。

基于Abaqus对断层错动下高速铁路隧道衬砌受力变形模拟研究

以杭温高速铁路某区间隧道为研究对象,采用Abaqus软件建立三维分析模型。通过对断层上、下盘强制施加位移边界条件,分析断层错动下铁路隧道衬砌结构受力变形机制,探究不同断层位错量、断层宽度及倾角下衬砌结构弯矩、应力和竖向位移的变化规律。结果表明,由于断层上下盘的相对错动导致隧道衬砌结构的弯矩、应力和竖向位移变化都会在断层破碎带附近发生激烈波动;衬砌左、右拱腰处主应力峰值在围岩与断层破碎带交界处出现最大和最小值,且其值随着断层位错量的增大而进一步增大;在一定的断层宽度和位错量下,衬砌拱腰处会产生拉应力和压应力,导致衬砌结构极易发生弯曲变形以及拉扭破坏。

隧道开挖诱发滑坡与衬砌开裂处治与分析

山区隧道的勘察设计通常都会规避穿越大型滑坡,但山区隧道洞口段不可避免穿越斜坡。隧道工程建设中经常出现因隧道开挖诱发古滑坡体和斜边坡变形滑动,从而导致隧道坍塌和衬砌开裂。以寒山口隧道为例,探讨了隧道施工诱发边坡滑动和衬砌开裂的机理,评价了加固措施的有效性,并根据衬砌裂缝的分布特征和宽度随时间变化规律,再结合衬砌整体的变形特征,总结得到了2种衬砌开裂机理。其中,第1种类型为衬砌内张拉裂缝,对应着隧道深埋侧拱脚裂缝形成机理,裂缝处于张开状态,宽度较大,且其宽度随时间的变化较为明显;第2种类型为衬砌内压缩裂缝,对应着隧道浅埋侧拱肩裂缝的形成机理,裂缝一般处于闭合状态,宽度较小,且宽度随时间的变化较小。

大跨度双连拱隧道混凝土衬砌施工技术研究

常规的混凝土衬砌施工技术虽然简单易行,但由于其承重强度不高,容易出现开裂、剥落等质量问题。设计一种全新的双连拱隧道混凝土衬砌施工技术,并详细介绍了各项技术的施工步骤和注意事项。实例分析结果表明,大跨度双连拱隧道各个部位的混凝土衬砌强度,比传统的混凝土衬砌技术有明显提高,验证了该方案可行性,对提高大跨度双连拱隧道的施工质量和效率具有重要意义。

2023年度隧道管片衬砌技术盘点(国际)

管片自动化生产德国海瑞克公司和来自瑞士的Marti AG公司正在合作建设一个无人化的全自动管片工厂。大量不同类型的机器人完成了管片生产的全流程自动化,近期兴起的AI技术还帮助该工厂实现了验收和监测方面的自动化,实现了用机器人监督机器人的目标。易用型止水性接头城市深层排水隧道时常会处于满管状态,受内水压力作用,隧道环向上会产生张拉力,对管片接头性能要求较高。日本大成建设开发了一种新型管片接头技术“Tighten Joint”,不仅可以提高接头的止水性和可施工性,还简化了作业流程,从而缩短施工周期,降低施工成本。

寒区铁路隧道衬砌抗冻主要设计标准与施工技术探讨

受长期低温环境作用,寒区铁路隧道衬砌易出现开裂、剥落等病害,影响结构的安全耐久性。通过梳理分析寒区隧道衬砌抗冻设防相关建设标准现状及存在问题,从设计和施工方面提出需要研究完善的主要内容,并结合具体工程实例,进一步探讨抗冻设防段衬砌的配筋参数、伸缩缝设置等主要设计标准和保温层防水施工工艺,提出寒区隧道衬砌模段长度计算方法。结果表明:(1)抗冻设防段衬砌的纵筋宜采用“细而密”的配置方式,有利于提高结构的抗裂性能;(2)“零缝宽”伸缩缝在一定条件下能够消减寒区隧道温度应力作用;(3)“喷涂式”聚氨酯保温板防水处理施工工艺可有效提高保温性能;(4)隧址区的年平均气温应作为寒区隧道衬砌环境温差的重点考量因素,计算结果表明,当最冷月平均气温-3~-8℃,年均温12~8℃时,12 m的衬砌模段长度亦可满足季节性温差要求。

地铁工程用抗渗高阻抗混凝土制备技术及优化设计

为了得到抗渗和力学性能均佳且适用于地铁工程用的高阻抗混凝土,配置出了强度等级为C50的高性能混凝土。在基准配比的基础上,开展了混凝土的工作性能、抗渗性能、电阻率以及力学性能试验,研究了不同水灰比(0.30、0.35、0.40、0.45和0.50)、不同粉煤灰(质量分数为0%、2%、4%和6%)和减水剂掺量(质量分数为0%、2%、4%和6%)对混凝土性能的影响规律及内在机理。结果表明:水灰比、粉煤灰和减水剂均对混凝土抗渗性能和电阻率影响显著,其改善效应由高往低依次为水灰比、粉煤灰、减水剂;随着水灰比的增加,混凝土抗渗性能和电阻率随之减小;粉煤灰和减水剂掺量的增加对混凝土抗渗和抗导电性能均有提高作用。本研究所配置的抗渗高阻抗混凝土满足地铁工程施工和力学性能的要求。

基于不同服役期下隧道衬砌热固耦合影响研究

为探明火灾对服役期隧道衬砌的不利影响,基于ANSYS和FDS软件研究火灾对不同服役年限隧道和临界风速下衬砌的影响,并根据混凝土强度极限值提出不同工况下衬砌的修复深度。结果表明:混凝土材料随着服役年限的增加逐渐劣化,强度下降,隧道承载力逐渐降低。当在不同服役期隧道发生火灾时,衬砌各部位损伤程度排序:拱顶>拱肩>拱腰。服役期100 a时,拱顶衬砌超过混凝土极限值的修复深度达到133.3 mm,比0 a时增长了59.4%,说明服役期越长,发生火灾后衬砌损伤越大。研究还表明,隧道发生火灾后,立即启动射流风机,能有效降低衬砌损伤。

基于YOLO v5深度网络的隧道衬砌质量评估

雷达无损检测技术已成为隧道衬砌状态评估特别是在复杂地质条件下非可视区域结构安全性检测方面的重要手段,而当前隧道衬砌检测面临人工分析效率低、精度受限及人力成本高昂等难题。针对此问题引入深度学习技术,通过构建针对性的深度学习框架,实现自动化处理雷达无损检测数据,克服传统检测手段瓶颈,提升检测速度与准确性,减少人为因素影响。采用真实隧道检测数据集进行深度学习模型训练,实验结果表明,深度学习驱动的模型能高效识别各类衬砌缺陷,从微小裂纹到严重结构损伤,同时显著降低误报与漏检率,体现了相较于传统技术的明显优势。该成果为隧道结构安全评估提供了更为精确和高效的工具。

复杂条件下山岭公路隧道防脱空施工技术研究

为解决公路隧道防脱空试件荷载与混凝土之间的法向位移量大造成的混凝土脱空问题加剧的问题,对复杂条件下山岭公路隧道防脱空施工技术进行研究。根据压浆配比和施工方案,设置排水孔降低涌水压进行压注。按照配比调制注浆浆液,并根据施工缝的位置在拱顶完成注浆管预埋。运用防水板条进行焊接并在防水板上设置温度传感器,根据测温探头温度值判断混凝土浇筑情况从而完成施工。测试结果表明,测试组的法向变形位移量均为0.5mm,脱空得到较好的治理,提升了隧道的建造水平。

高速铁路隧道衬砌施工质量控制关键技术研究

研究了高速铁路衬砌施工的质量控制关键技术,介绍了高速铁路衬砌施工过程,论述了其在现代交通系统高速铁路中所占的主导地位和重要性。同时,详细分析了衬砌施工中的关键技术,如高性能材料的应用、先进的施工方法,探讨了后期维护和补救措施的重要性,并对可能出现的问题提出了应对策略。

隧道衬砌后期裂缝处理施工技术和预防措施

环境、施工、结构设计等因素都会诱发衬砌裂缝,施工要点控制不到位是造成裂缝的主要原因。结合隧道衬砌裂缝的类型和成因,以及裂缝实际情况,采取混凝土+锚杆加固施工,混凝土+套拱加固施工,嵌补裂缝施工等裂缝治理施工措施。在隧道衬砌后期,为加强裂缝隐患的预防和治理,通过完善施工设计、优化材料配比、规范混凝土浇筑流程、重视混凝土后期养护等预防措施,保障隧道衬砌质量,提升隧道结构的稳定性,减少隧道衬砌裂缝风险,将衬砌后期的裂缝风险控制在合理范围内,促进隧道工程施工质量管理,提升隧道工程建设水平。

高速铁路隧道二次衬砌质量控制及缺陷预防施工技术研究

为解决二次衬砌质量突出问题,避免受裂缝、麻面等质量缺陷影响,制约高速铁路隧道正常运营。本文将基于问题导向法,聚焦高铁隧道二次衬砌施工常见质量通病问题,提出质量控制技术和缺陷预防技术,并结合实例,验证质量控制技术及缺陷预防施工技术的可行性。实践表明,在质量控制技术以及管理新思路的应用下,混凝土欠厚、拱顶脱空等缺陷率指数明显下降,已由25%及20%变为0%和5%,实用价值显著。

超大直径泥水平衡盾构管片施工质量控制

以南京建宁西路长江隧道超大直径泥水平衡盾构施工为例,从管片钢筋加工及安装、管片混凝土质量控制、管片养护、管片模具精度控制、管片预制质量控制指标对盾构管片在生产质量控制要点进行分析,同时从管片运输及吊装、管片安装控制要点、壁后注浆控制对拼装过程中质量控制的要点进行总结。

LNG储罐混凝土外罐施工期间温度裂缝预测及裂缝控制措施研究

大体积混凝土浇筑是LNG储罐基建筑的关键环节,其在养护期间会释放出大量的水泥水化热,并在内外环境的共同作用下形成巨大的拉伸拉应力,并伴随着与之相对应的混凝土的拉伸强度,导致结构的整体性、防水性及耐久性等性能降低。结合某公司液化天然气储存与运输工程的贮罐地基工程,对其建造过程进行系统研究,并对所制订的施工方法进行科学、实用的检验,提出相应的防治对策,以期为我国未来的重大仓储、运输、储存等工程建设过程中的质量监控与管理工作奠定理论与实践基础。

隧道二衬中埋式止水带安装工艺的改进及新型加劲止水带的应用

高铁隧道二衬施工时可能在材料种类及数量、施工工艺选用等因素影响下出现埋设位置不够精准、中埋式止水带线型不一等问题。郑万高铁黄家沟隧道工程,纵向止水带采用U型托夹配合支杆定位、张拉,环向止水带采用T型筋精准定位;为更好的保证工作效果,采用了新型加劲止水带。工程实践表明所采取措施有效提升了中埋式止水带设置深度、结构平顺度及位置准确度,防水效果提升而工期缩短、经济效益良好。

矿山法隧道预制仰供与边墙连接型式的受力特征比较

在矿山法隧道工程中,采用预制仰拱的方法可以加快施工速度、减少病害等,其中预制仰拱与隧道边墙的连接型式对隧道结构的安全性和施工的可操作性有影响。采用数值模拟方法,研究了平面连接、碗扣式榫槽连接、方形榫槽连接、螺栓连接或预留钢筋连接和现浇二次衬砌连接等五种预制仰拱与隧道边墙连接型式的接头力学特性。研究表明:螺栓连接较为可靠,其力学特性与整体现浇类似,但施工较为复杂;方形榫槽连接型式力学特性虽弱于螺栓连接,但也满足强度要求,且施工方便,推荐采用方形榫槽连接。研究成果可为矿山法隧道预制仰拱与隧道边墙连接的设计与施工提供参考。

铁路隧道二衬纵向连续灌注施工技术研究

铁路隧道纵向灌浆施工通常是在隧道顶部预留垂直灌浆孔进行砼注入,易出现背后脱空、厚度不足和不密实等衬砌质量缺陷。为了解决上述技术难题,依托格莱村隧道工程,阐明了隧道纵向灌注施工工艺原理,梳理了施工关键技术,并结合现场实际施工效果和有限元数值模拟进行技术验证。结果表明:采用旋转式灌注孔堵头封堵装置,实现了退枪过程的带压封堵,确保了顶拱浇注的密实性;采用顶位水平连续后退漫淹式纵向连续灌注技术,使混凝土在重力作用下自流填充均匀密实,解决了传统工艺存在的厚度不足和脱空技术难题;数值模拟结果显示二衬各截面安全系数均大于规范值3.6,进一步验证了二衬纵向连续灌注施工技术的安全可行性。

公路隧道衬砌全断面拆换施工病害处治研究

随着隧道运营年限的增加以及不良地质和气候条件等因素影响,隧道衬砌结构性病害逐年增多。以辽宁西部地区某运营公路隧道为背景,在专项检查的基础上分析病害成因,提出全断面衬砌拆换的处治方案。采取以超前支护注浆和分段拆除恢复为核心的变形控制措施,和以锚杆注浆稳定膨胀性围岩、轻质混凝土回填背后空腔、加强初期支护和二衬为重点的恢复措施,辅以围岩压力监测、锚杆轴力监测和钢架内力监测为手段的长期监测,并论述了施工过程中的风险点和技术要点。方案可为类似工程提供经验借鉴。