运营隧道裂损衬砌置换后新结构受力特性测试

引用本文

张素磊, 刘昌, 张顶立. 运营隧道裂损衬砌置换后新结构受力特性测试[J]. 北京交通大学学报, 2017,41(1): 41-48.
ZHANG Sulei, LIU Chang, ZHANG Dingli. Mechanical characteristics test on the new structures after cracked lining replacement in an operating tunnel[J]. JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY, 2017,41(1): 41-48.
Doi:10.11860/j.issn.1673-0291.2017.01.007 复制到剪切板

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运营隧道裂损衬砌置换后新结构受力特性测试

张素磊¹, 刘昌¹, 张顶立²

1.青岛理工大学土木工程学院,山东青岛 266033

2.北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室,北京 100044

第一作者:张素磊(1983—),男,山东临朐人,副教授,博士.研究方向为隧道及地下工程结构健康诊断.email:zhangsulei@126.com

收稿日期: 2016-04-27

基金: 国家自然科学基金青年科学基金项目(51408554); 河南省教育厅科学技术研究重点项目(14B560026)

摘要

为了分析衬砌置换的适用性,依托某二级公路隧道治理工程,对裂损二次衬砌置换后的结构受力特性进行了现场测试.测试结果表明:原初期支护与新施作的衬砌间接触压力较小,其值低于围岩松动压力计算值,且其分布呈现较为明显的非对称性;二次衬砌内力分布规律与接触压力分布规律类似,其轴力及弯矩值整体较小,表明衬砌置换后并未发挥明显承载作用,反映出依托工程采用衬砌置换手段并不合理.结合现场测试结果及衬砌置换施工实际情况,对衬砌置换的适用性进行了讨论,并给出了衬砌置换的适用条件及施工时的注意事项.

关键词: 隧道工程; 裂损衬砌; 衬砌置换; 受力特性; 现场测试; 结构内力

中图分类号:U457 文献标志码:A

Mechanical characteristics test on the new structures after cracked lining replacement in an operating tunnel

ZHANG Sulei¹, LIU Chang¹, ZHANG Dingli²

1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao Shandong 450001, China

2.Key Laboratory for Urban Underground Engineering of the Education Ministry,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China

Fund:National Natural Science Foundation of China(51408554); Science and Technology Research Key Project of the Education Department of Henan Province(14B560026)

Abstract

In order to analyze the applicability of lining replacement method, the mechanical characteristics of the new structures were tested in-situ after the replacement of cracked linings based on the reinforcement engineering of a second class highway tunnel. The test results are as follow. The contact pressures between original initial supports and the newly constructed secondary linings are smaller, whose values are lower than the calculated values of surrounding rock relaxed pressure, and the contact pressures are not equally distributed. The internal force distribution law of the secondary linings is similar with that of the contact pressures, and the axial forces and moments of the secondary linings are overall smaller, which shows that the new secondary linings have not worked evidently after lining replacement, and the lining replacement method used in the supported engineering are not necessary. According to the test results and the actual conditions of lining replacement construction, the necessities of lining replacement method are discussed, and the appropriate conditions and construction notifications of this method are also given in this paper.

Keyword: tunnel engineering; cracked lining; lining replacement; mechanical characteristic; in-situ test; structure internal force

文章图片

我国已建成的公路隧道与铁路隧道数量、规模及里程已跃居世界首位^{[1, 2]}, 这为促进我国经济增长提供了强有力的基础保障.然而, 由于设计、施工及运营管理等环节存在的不足, 隧道病害现象在运营隧道中普遍存在^{[3, 4]}.一方面, 隧道病害给隧道运营带来了安全隐患, 国内外曾发生多起因隧道病害导致的安全事故^{[5, 6]}; 另一方面, 多数早期修建的隧道都面临着维修问题, 我国也逐渐由隧道建设大国迈入隧道修缮大国行列, 隧道病害治理费用不容小觑, 给我国财政带来巨大负担.随着隧道工程技术及新材料的发展, 隧道病害处治技术不断推陈出新, 种类繁多, 同种病害可由不同治理措施治理, 但由于隧道工程的复杂性和不确定性, 多数隧道病害治理措施的选择是基于工程经验的, 其治理效果并不理想, 或存在治理不足, 造成反复维修, 甚至引发次生病害; 或治理措施过强, 造成巨大浪费.在众多隧道病害治理措施中, 衬砌置换是一种较为特殊的治理措施, 若单从治理效果而言, 该法是治理隧道病害最为彻底的一种方法, 但相比于其他治理措施, 该法同时具有施工难度大、风险高、周期长和造价高等缺点^[7], 因此, 在选择衬砌置换作为隧道病害治理措施时应慎重.因相关规范对隧道病害治理措施的选择条件并未给出明确标准, 同时有关隧道病害机理及治理措施的相关研究尚不成熟, 造成了部分设计单位在选择衬砌置换措施时存在盲目性.虽然衬砌置换在隧道病害治理效果方面毋庸置疑, 但采用该手段的必要性值得商榷.已有的衬砌置换治理隧道病害的文献资料主要介绍该工法的施工工艺^{[7, 8]}, 而隧道结构受力特性监测多针对新建结构^{[9, 10, 11]}, 鲜见衬砌置换后结构受力监测及工后评价的相关文献.

针对该现状, 本文作者结合某二级公路隧道的病害治理工程, 对其中采用衬砌置换治理措施的区段进行受力测试, 分析工后初期支护与二次衬砌间接触压力及二衬受力变化规律, 并对衬砌置换的效用进行评价, 研究成果可为国内外类似隧道病害治理工程提供参考.

1 工程概况

1.1 隧道病害概况

某二级公路隧道, 属长隧道, 单心圆断面结构, 隧道开挖跨度12.5 m, 隧址区围岩以强-中风化凝灰岩为主, 地下水较发育, 已投入运营17年, 由于年久失修, 出现了较为严重的衬砌开裂和渗漏水病害, 如图1所示.

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	图1 隧道衬砌裂缝及渗漏水照片Fig.1 Photos of tunnel lining cracks and leakage

结合现场检测数据, 根据相关规范^[12], 专项检查的评定标准, 将该隧道定为2A级隧道.为确保运营安全, 主管单位对该隧道重点病害段实施了为期6个月的病害治理, 其中, 原设计方案建议对隧道中间90m病害严重段采用衬砌置换措施治理.实际衬砌置换施工段(K1+232~K1+244.9)及其附近的开裂状况如图2所示.

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	图2 隧道衬砌裂缝展布图Fig.2 Diagram of tunnel lining crack distribution

根据现场检测数据, 该区段衬砌开裂状况存在以下规律:

1)衬砌裂缝以环向裂缝与纵向裂缝为主, 且部分位置裂缝相互交织.

2)裂缝在边墙位置相对密集, 而拱部裂缝以纵向裂缝为主, 且裂缝宽度及长度相对较大.

3)衬砌裂缝宽度不大, 多在0.5 mm以内, 部分裂缝存在渗漏水现象.

1.2 衬砌置换方案

根据本隧道设计文件, 衬砌置换段位于隧道中间段, 围岩为强~中风化凝灰岩, 节理裂隙和地下水较发育, 属Ⅴ 级围岩, 隧道埋深约60~70 m, 原衬砌混凝土强度等级为C25.原衬砌拆除作业按照原浇筑的长度进行, 现将衬砌置换流程简要介绍如下:

1)打设ϕ 42注浆钢花管, 梅花形布置, 布置间距为1 m× 1 m, 长度4.0 m, 注浆压力控制在0.4~1.0 MPa.

2)采用微震爆破技术按隧道左、右两侧设计起凿线拆除原有衬砌, 施工过程中应尽量减小对围岩的扰动.

3)衬砌拆除后, 割除出露钢管, 补喷C20混凝土找平原初期支护, 使断面圆顺, 而后安装环向排水盲沟、复合防水板、排水管及纵向止水条.

4)架设钢筋, 浇筑二次衬砌, 厚度为50 cm, 待二衬强度达到设计要求后进行内装施工.

衬砌置换施工方案如图3所示.

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	图3 衬砌置换施工方案Fig.3 Construction scheme of lining replacement

2 测试目的与方案

2.1 测试目的

了解围岩的稳定状态, 掌握新施作二次衬砌的实际受力状态, 进而评价衬砌置换作业的有效性和合理性.

2.2 测试方案

现场测试的主要内容包括初期支护与二次衬砌间接触压力及二次衬砌受力(钢筋应力), 相应的测试元件分别采用常州金土木工程仪器有限公司生产的振弦式JTM-V2000D型土压力计及振弦式JTM-V1000型钢筋计.两种测试元件的主要技术性能指标如表1所示.

表1 测试元件主要技术性能指标 Tab.1 Main technical performance indexes of testing elements

衬砌置换的起讫桩号为K1+232~K1+244.9, 根据施工的实际情况, 选取K1+238断面进行受力特性测试, 测点布置方案如图4所示.

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	图4 测点布置示意图Fig.4 Schematic diagram of test points arrangement

对测试方案的几点说明:

1)布置间距为环向1.5 m, 根据拆除范围, 共布置12组测点.

2)在压力盒布置时, 确保初期支护表面的平整及密贴, 结合以往经验, 拱顶处压力盒不易做到密贴, 本次布置分别在偏离拱顶左右两侧0.5 m布置了2只压力盒, 确保拱顶处能采集到有效数据.

3)钢筋计布置采用并联方式, 即与衬砌主筋直接焊接, 且分别对称布置于主筋的内外两侧, 其中, 外侧为靠近初期支护一侧, 内侧为靠近临空面一侧.

4)测线引出后做好保护措施.

测点布置的现场照片如图5所示.

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	图5 测点布置现场照片Fig.5 Photos of test points arrangement

3 监测成果及内力分析

3.1 两层支护间接触压力监测成果分析

根据现场施工及测试条件, 本次测试周期为2个月, 根据有关选测项目监测频率要求^[12], 测试频率如表2所示.

表2 测试频率 Tab.2 Test frequency

K1+238断面的接触压力监测结果及根据最终监测值绘制的接触压力分布图如图6和图7所示.

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	图6 K1+238断面接触压力时程曲线Fig.6 Time-history curves of contact pressure of section K1+238

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	图7 接触压力分布图Fig.7 Diagram of contact pressures distribution

由图6和图7可以看出:

1)整体来看, 接触压力在二次衬砌施作后2 d内出现增长趋势, 待拆模后, 即2 d后, 接触压力显著降低, 15 d后接触压力变化趋于平稳.

2)接触压力在拱顶位置处较小, 而在拱肩及起拱线附近出现极大值, 其中, 最大值出现了在测点12位置处, 该位置2个月后的接触压力测试值为84.821 kPa.

3)接触压力在测试初期量值较大, 但最终稳定后的量值较小, 最大接触压力未超过0.1MPa; 结合本隧道的实际情况, 计算出的本隧道围岩竖向压力约为0.25 MPa^[13], 可见, 各位置处接触压力均小于计算出的围岩竖向压力, 表明置换后的二次衬砌结构受力不大, 同时也反映出原围岩稳定状况较好.

4)接触压力呈现较为明显的非对称性, 断面右侧接触压力明显高于左侧接触压力.

3.2 二次衬砌钢筋应力监测成果分析

K1+238断面的二次衬砌钢筋应力的监测结果如图8所示, 图中括号内的“ 内” 代表靠近隧道衬砌内表面一侧, “ 外” 代表靠近围岩一侧.

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	图8 K1+238断面钢筋应力时程曲线Fig.8 Time-history curves of steel stress of section K1+238

由图8可以看出:

1)整体来看, 钢筋应力在二次衬砌施作期间变化明显, 拆模以后钢筋应力变化趋于平稳, 30 d后钢筋应力值基本稳定.

2)本监测断面各处钢筋应力值均较小, 其稳定值全部落入在-20~10 MPa范围内, 远低于钢筋抗拉强度和屈服强度, 这也反映出新施做的二次衬砌受力较小.

根据图8钢筋应力的最后一次监测结果可得各测点钢筋应力的最终监测值, 如表3所示.

表3 钢筋应力最终监测值 Tab.3 Final monitoring values of steel stress

3.3 二次衬砌内力近似换算及分析

3.3.1 基本假定

为了利用监测数据近似换算二次衬砌内力, 作出如下假定.

1)平截面假定.

假定二次衬砌的正截面在受力后以受弯为主, 变形后仍保持平面, 且同一位置处混凝土应变与钢筋变形协调, 即应变一致.

2)弹性体假定.

由于二次衬砌受力较小, 可假定整个受力过程中钢筋混凝土衬砌处于弹性状态, 受压区和受拉区钢筋及混凝土均参与工作, 且假定其应力在衬砌厚度方向呈线性分布.

根据以上假设可得

$ε_{h} = σ_{h} / E_{h} = ε_{g} = σ_{g} / E_{g} (1)$

即有

$σ_{h} = E_{h} / E_{g} σ_{g} (2)$

式中:ε _h为测点附近混凝土应变; σ _h为测点附近混凝土应力; E_h为测点附近混凝土弹性模量; ε _g为测点处钢筋应变; σ _g为测点处钢筋应力; E_g为测点处钢筋弹性模量.

3.3.2 二次衬砌内力近似换算方法

根据钢筋应力监测成果可知, 二次衬砌受力较小, 可根据材料力学梁内力计算公式近似换算衬砌内力, 其计算简图如图9所示.

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	图9 衬砌内力计算简图Fig.9 Calculation diagram of lining internal forces

纵向取1 m衬砌作为研究对象, 则由图9所示的计算图式及材料力学相关知识可得衬砌内力的近似计算公式.

其中, 衬砌轴力计算公式可表示为

$N = \frac{L}{2} (σ_{内} \cdot y_{内} + σ_{外} \cdot y_{外}) (3)$

式中:N为衬砌轴力, 其符号规定为拉正、压负; σ _内为靠近隧道衬砌表面一侧的混凝土应力, 其符号规定为拉正、压负; σ _外为靠近围岩一侧的混凝土应力, 其符号规定为拉正、压负; y_内为靠近隧道衬砌表面一侧的应力测点距离中性点O'的距离; y_外为靠近围岩一侧的应力测点距离中性点O'的距离, 且有y_内+y_外=H及y_内/y_外= $|σ_{内}|$ / $|σ_{外}|$ , H为衬砌厚度, 实际取值时可不考虑保护层厚度; L为衬砌纵向长度, 本次计算取1 m.

衬砌弯矩计算公式可表示为

$M = \frac{L}{3} (σ_{内} \cdot y_{内}^{2} - σ_{外} \cdot y_{外}^{2}) (4)$

式中:M为衬砌的弯矩, 衬砌内侧受拉为正, 反之则为负.

3.3.3 二次衬砌内力计算结果及分析

本次衬砌置换段混凝土强度等级为C25, 弹性模量E_h取29.5 GPa, 衬砌主筋采用规格为Φ 22的HRB 335钢筋, 弹性模量E_g取210 GPa.衬砌厚度H取0.4 m.

根据式(2)~式(4)和表3可计算出各测点位置处的混凝土应力值、衬砌轴力及弯矩值.计算结果分别如图10和表4所示.

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	图10 衬砌内力分布图Fig.10 Diagram of lining internal forces distribution

表4 混凝土应力计算值 Tab.4 Calculation values of concrete stress

由图10和表4可以看出:

1)二次衬砌所承受的轴力均为压力, 最大轴力产生的位置分别为两侧拱肩的5号测点和9号测点位置, 其值分别为-256.03 kN和-276.39 kN.且衬砌左侧各测点位置处轴力整体上比右侧各测点位置处轴力要小.

2)二次衬砌所受最大正弯矩值出现在9号测点位置, 其值为65.88 kN· m, 最大负弯矩值出现在5号测点位置, 其值为-59.56 kN· m, 右侧拱脚12测点位置出现较大的负弯矩值, 而左侧拱脚1号测点位置承受正弯矩, 弯矩分布与轴力分布类似, 左侧测点弯矩值较右侧测点弯矩值偏小.

3)从衬砌间的接触压力分布图及二次衬砌轴力及弯矩的分布图中可以发现, 新施作的二次衬砌所承受的围岩压力较小, 二次衬砌内力较小, 且现场拆除原衬砌后发现, 围岩情况良好, 未见围岩有明显松动及坍塌迹象, 这表明本隧道该区段采用衬砌置换作为治理措施欠妥, 根据监测结果, 当即叫停了本隧道的衬砌拆除工作, 并建议采用外贴碳纤维板进行加固, 从而大大节省了本隧道维修成本和施工工期.

4 隧道衬砌置换适用性讨论及建议

衬砌置换是一种治理隧道结构病害最为有效的手段之一, 该法可有效改善隧道结构受力, 但该法施工时费时费力, 拆除作业会对围岩产生二次扰动, 存在较大的安全隐患, 因此, 一定要慎重选择.作者建议在下述情况下经过充分的经济技术论证后可考虑采用衬砌置换手段进行隧道维修加固.

1)围岩压力变化较大, 衬砌变形或衬砌裂缝存在明显发展趋势, 且衬砌存在显著侵限现象, 采用普通加固手段难以有效控制隧道变形或无法保证隧道适用净空时, 可考虑衬砌置换.

2)衬砌裂损严重, 如裂缝纵横交错, 将衬砌切割成非稳定块, 局部衬砌掉落或错台严重时, 可考虑衬砌置换.

3)衬砌材料受物理或化学侵蚀劣化严重, 如隧道内发生火灾导致混凝土劣化、寒区隧道受冻融循环影响造成冻胀破坏、混凝土深层碳化及含腐蚀性盐离子地下水长期侵蚀等, 这些物理或化学侵蚀最终造成了衬砌混凝土有效厚度减小和强度等级降低, 严重降低衬砌结构的承载性能, 此时可考虑采用衬砌置换手段进行治理.

建议采用衬砌置换进行隧道加固时做好以下几项工作.

1)对隧道病害区段的衬砌及围岩情况进行全面检测, 掌握隧道结构的实际健康状况, 必要时对病害部位进行健康监测, 了解其发展规律.

2)在进行衬砌置换时应首先对围岩进行加固, 一方面可确保衬砌拆除作业时围岩的稳定性, 另一方面也可确保衬砌置换后围岩与支护间保持良好的作用关系.

3)如地下水中含有腐蚀性盐类时, 应加强隧道防排水系统, 并保证新施作的衬砌结构具有良好的防水性能和抗侵蚀性能.

4)隧道衬砌拆除作业时应尽可能采用对围岩影响较小的施工方式, 如切槽法和微爆破法等, 以减小对围岩的二次扰动.

5 结论

结合某隧道衬砌置换施工实际, 介绍了衬砌置换段的病害规律及衬砌置换施工方案, 通过为期2个月的衬砌置换段初期支护与二次衬砌间的接触压力及二次衬砌钢筋应力的现场监测, 并对二次衬砌内力进行了近似换算, 得出以下结论.

1)接触压力值在二次衬砌施作期间有增长趋势, 拆模后逐渐降低; 接触压力在拱顶位置较小, 而在拱肩及起拱线位置较大; 接触压力存在非对称性, 且其值整体较小, 表明新施作的二次衬砌所受围岩压力较小.

2)二次衬砌承受的轴力均为压力, 且左侧测点轴力整体上较右侧测点偏小; 弯矩值的大小分布与轴力值分布规律类似; 二次衬砌轴力及弯矩值均较小, 表明二次衬砌实际工作时受力较小, 也反映出本隧道采用衬砌置换手段过于保守.

3)针对衬砌置换手段的适用性进行了讨论, 并对衬砌置换施工的注意事项提出了建议, 以确保衬砌置换作业的有效性和规范性.

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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. State-of-art and prospect of tunnels and underground works in China[J]. Tunnel Construction, 2015, 35(2): 95-107. (in Chinese)

The stateoftheart of the tunnels and underground works in China, including railway tunnels, highway tunnels, Metro tunnels, hydraulic tunnels, municipalservice tunnels and underground energy storage caverns, are analyzed. The technological development and innovation of tunnels and underground works in China are summarized in terms of geological prospecting and prediction, design, construction, disaster prevention, ventilation and lighting, risk control and operation management, and application of new materials and technologies related to waterproofing and drainage. The technological development and innovation of construction technologies, including shallowcover mining method, TBM (shield) equipment and tunneling technology, singleshield TBM, openmode TBM, rectangular pipe jacking method, shield launching and arriving at the ground surface, treatment of karst tunnel, deformation control technology and rock burst control technology for high ground stress tunnel, mechanization of drilling and blasting method, gas tunnel and immersed tunnel, are presented in detail. In the end, the development of tunnels and underground works in China is prospected. Conclusions drawn are as follows: There will be more and more extremelylong tunnels in China; Metro tunnels will be developed continuously; Underground urban railway tunnels will be built; urban underground highways will be build; Deep drainage tunnel system in urban area is worth popularizing; A new mode will be adopted for the development and use of underground space and underground utility tunnels; The underground energy storage cavern is a trend; The west line of SouthtoNorth Waterdiversion Project is worth to be focused; Bohai Strait Crossing Tunnel, Taiwan Strait Crossing Tunnel and Qiongzhou Strait Crossing Tunnel will be built definitely; There will be numerous tunnels to be constructed on the future international railways, and large challenges will be encountered. Briefly, there will be larger progress and larger development in the field of tunnels and underground works in China.

(1. China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Luoyang 471009, Henan, China; 2. State Key Laboratory of Shield Machine and Boring Technology, Zhengzhou 450001, Henan, China)

分析我国隧道及地下工程的现状，包括铁路隧道、公路隧道、地铁隧道、水工隧洞、市政隧道和地下能源洞库等。总结近年来我国隧道及地下工程在各个方面的技术发展与创新，包括：勘测与地质预报、设计方面、施工方面、防灾救灾与通风照明、风险控制与运营管理、防水排水新材料与新工艺应用等方面。重点对施工技术方面的技术发展与创新进行了较为详细的阐述，包括：浅埋暗挖技术，盾构、TBM装备与施工技术，单护盾TBM，敞开式TBM，矩形顶管技术，盾构始发、到达零覆土技术，岩溶隧道处理技术，高地应力隧道变形控制及岩爆处理技术，钻爆法机械化作业线，瓦斯隧道问题，沉管隧道技术等。最后，对我国隧道及地下工程的发展进行展望，认为：特长隧道将成为我国隧道建设的“新常态”，地铁工程将持续发展，城市铁路将逐步地下化，城市地下公路会悄然兴起，城市排蓄水工程深层隧道方案值得推广，地下空间开发利用与地下管廊工程将由原来的“单点建设、单一功能、单独运转”转化为“统一规划、多功能集成、规模化建设”的新模式，地下能源洞库将成为必然，南水北调西线工程值得期待，三大海峡通道的建设势在必行，互联互通的国际通道建设其隧道工程将会很多，也会遇到诸多挑战。总之，我国隧道及地下工程事业将会有更大的进步和更为广阔的发展空间。

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2013

0.0

张顶立, 张素磊, 房倩, 等. 铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 32(2): 217-224.

ZHANG

Dingli

, ZHANG

Sulei

, FANG

Qian

, et al. Study of contact state behind tunnel lining in process of railway operation and its analysis[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2013, 32(2): 217-224. (in Chinese)

There are three types of contact states between the primary linings and the secondary linings for the railway tunnels. Those are tight contact state，loose contact state and voids. Both the loose contact state and the voids behind the linings can be regarded as poor contact，which are deemed as typical tunnel quality defects. The research results show that the poor contact states have great influence on tunnel structure safety. General law of contact states behind railway tunnel linings in China is obtained according to the lining nondestructive test data of more than 100 railway tunnels. The research results show that：(1) Poor contact states behind linings are more incidental and serious in single shell lining than in the composite lining under the same conditions. (2) The occurrence proportion and severity of poor contact conditions behind linings have a close relationship with the surrounding rock classification；and they are more disadvantageous in the poorer surrounding rock. (3) The occurrence proportion and severity of poor contact states behind linings are affected by the positions of the poor contact states around the tunnel cross-section. The negative effects of the contact states decrease from the tunnel crowns to tunnel feet. (4) The appearance of the voids is affected by tunnel design principle，construction quality control，operational maintenance efficiency，etc. The prompt contact grouting between the primary lining and surrounding ground is the key to control this undesired phenomenon. The results obtained in this study can provide useful reference for studying the contact states between the primary linings and the secondary linings. It will also be helpful to study the development of the defects in the tunnel structure system.

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。

... 我国已建成的公路隧道与铁路隧道数量、规模及里程已跃居世界首位^[1,2],这为促进我国经济增长提供了强有力的基础保障 ...

2004

0.0

... 然而,由于设计、施工及运营管理等环节存在的不足,隧道病害现象在运营隧道中普遍存在^[3,4] ...

2013

0.0

冯冀蒙, 仇文革, 王玉锁, 等. 既有隧道病害分布规律及围岩环境等级划分研究[J]. 现代隧道技术, 2013, 50(4): 35-41.

FENG

Jimeng

, QIU

Wenge

, WANG

Yusuo

, et al. Study of defect distribution regularity in existing tunnels and the classification of tunnel environments[J]. Modern Tunnelling Technology, 2013, 50(4): 35-41. (in Chinese)

For existing tunnels, there are many hazards that affect the durability of the tunnel structure. Based on a survey of nearly 2000 tunnels located in the Chengdu Railway Bureau, it was determined that construction time, conditions of the surrounding rock, classification of the environment, and lithology of the surrounding rock are the obvious factors affecting the distribution regularities of tunnel defects. This study is focused on the prevention of defects in surrounding rock of grades IV and V, the areas with developed ground water, and weak rock masses. Through field sampling and analysis, the human factors related to tunnel defects are discussed in terms of design, construction, and operation maintenance. Because of the particularity of tunnel structures, the current classification of environment is no longer suitable for tunnels and a new classification for general tunnel environments is discussed considering three basic indicators: the development of ground water, humidity inside the tunnel, and the lithology of the surrounding rock. Some countermeasures are put forward.

既有隧道病害一直是影响隧道结构耐久性的重要顽疾。文章通过对成都铁路局管内近2000座隧道的调查结果分析，发现隧道的修建时间、围岩条件、环境作用等级，以及围岩岩性等因素对隧道病害的分布规律影响明显，IV、V级围岩、地下水发育以及软弱围岩地区的病害防治是研究的重点；通过现场取样调查结果分析，从设计、施工及后期维护三个方面阐述了影响隧道病害的人为因素；依据地下水的发育情况、洞内湿度条件以及围岩岩性这三个基本指标就隧道普遍环境进行了等级划分，提出了一些具体对策。

... 然而,由于设计、施工及运营管理等环节存在的不足,隧道病害现象在运营隧道中普遍存在^[3,4] ...

2012

0.0

张素磊. 隧道衬砌结构健康诊断及技术状况评定研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2012.

ZHANG

Sulei

. Study on health diagnosis and technical condition assessment for tunnel lining structure[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2012. (in Chinese)

隧道衬砌结构健康诊断是一项亟需开展的课题。本文在广泛查阅国内外相关文献资料的基础上,通过理论分析、数值计算、室内相似模型试验和现场检测相结合的技术手段对隧道衬砌结构病害主成因、运营隧道常见质量缺陷和常见病害的一般规律、衬砌背后空洞和衬砌裂缝对隧道结构安全性的影响规律以及隧道衬砌结构技术状况评定等几项内容进行了深入研究。主要研究工作和研究结论如下： (1)针对目前隧道工程界对隧道质量缺陷与隧道病害概念混淆的现状,建立了隧道质量缺陷和隧道病害的基本概念,并分析了两者的区别与联系。 (2)根据隧道衬砌结构病害及成因的调查资料,提出了基于对应分析模型的隧道衬砌结构病害主成因挖掘方法,为隧道衬砌结构病害主成因的分析提供了一种新的研究方法；实例分析的结果表明,导致隧道衬砌结构产生病害的主成因为衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、围岩处理不当和塑性地压4个因素。 (3)对宁波地区国省道隧道的现场检测数据进行了统计分析,获取了运营隧道衬砌强度和碳化深度、衬砌厚度、衬砌背后空洞特征以及衬砌裂缝特征等常见隧道质量缺陷和隧道病害的一般规律。 (4)基于理论分析、数值计算和室内模型试验等研究方法对衬砌背后空洞的致害性机理进行了系统研究,具体研究成果如下： ①基于平面弹性复变函数的基本理论推导了考虑衬砌背后空洞影响的围岩应力及位移的理论计算公式； ②通过数值计算研究了不同侧压力系数条件下不同位置和不同范围衬砌背后空洞对隧道衬砌结构安全性的影响规律； ③通过室内相似模型试验模拟了素混凝土衬砌结构和钢筋混凝土衬砌结构背后存在不同位置、不同范围空洞时隧道衬砌结构的变形特征、受力特点和破坏模式,获取的试验结果可为隧道现场检测与维修加固工作提供借鉴。 (5)基于小波变换、灰色理论和突变理论建立了针对隧道衬砌裂缝监测数据的衬砌裂缝稳定性判据和一般分析流程,为隧道衬砌裂缝现场检测数据的科学分析提供了一种新的方法；基于混凝土断裂力学建立了隧道衬砌结构已有裂缝的稳定性判据和一般分析流程,并通过工程实例验证了两种方法研究隧道衬砌结构裂缝稳定性的有效性。 (6)针对目前隧道工程界已有的隧道衬砌结构技术状况评定方法存在的不足,本文给出了“隧道健康度”的科学内涵,并通过隧道健康度函数建立了隧道现场检测数据和评定结果之间的量化关系,提出了一种基于现场检测数据的隧道衬砌结构技术状况分段式量化评定方法。

... 一方面,隧道病害给隧道运营带来了安全隐患,国内外曾发生多起因隧道病害导致的安全事故^[5,6] ...

2004

0.0

... 一方面,隧道病害给隧道运营带来了安全隐患,国内外曾发生多起因隧道病害导致的安全事故^[5,6] ...

2008

0.0

张兴来, 钟云健. 公路隧道衬砌换拱技术探讨[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2008, 27(增1): 910-912.

ZHANG

Xinglai

, ZHONG

Yunjian

. Discussion on tunnel lining and exchanging humps technology of highway[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2008, 27(S1): 910-912. (in Chinese)

换拱是对公路隧道在施工中和营运后发生的危及安全、侵入建筑限界、影响使用功能等较为严重隧道病害的一种较为彻底的病害处治措施,其荷载有较大的不确定性,设计、施工难度较大,技术流程较为复杂,在这分别介绍了初支、二衬的换拱过程和方法,且列举两处工程实例,町供类似隧道换拱参考.

... 在众多隧道病害治理措施中,衬砌置换是一种较为特殊的治理措施,若单从治理效果而言,该法是治理隧道病害最为彻底的一种方法,但相比于其他治理措施,该法同时具有施工难度大、风险高、周期长和造价高等缺点^[7],因此,在选择衬砌置换作为隧道病害治理措施时应慎重 ...

... 已有的衬砌置换治理隧道病害的文献资料主要介绍该工法的施工工艺^[7,8],而隧道结构受力特性监测多针对新建结构^[9,10,11],鲜见衬砌置换后结构受力监测及工后评价的相关文献 ...

0.0

焦冬梅, 仇福山. 软弱围岩隧道混凝土衬砌拆换施工[J]. 铁道建筑, 2000(8): 31-33.

JIAO

Dongmei

, QIU

Fushan

. Concrete lining replacement construction in weak surrounding rock tunnel[J]. Journal of Railway Construction, 2000(8): 31-33. (in Chinese)

阐述了在软弱围岩中进行混凝土衬砌换的施工原则和施工方法。

2007

0.0

李元松, 李新平, 代翼飞, 等. 隧道围岩与衬砌受力特性测试与数值分析[J]. 岩土力学, 2007, 28(7): 1348-1352.

Yuansong

, LI

Xinping

, DAI

Yifei

, et al. Mechanical property testing and numerical calculating on surrounding rock mass and support system of tunnel[J]. Rock and Soil Mechanics, 2007, 28(7): 1348-1352. (in Chinese)

以工程实例为背景,对隧道洞口段施工过程中围岩的收敛变形、锚杆作用应力、一次衬砌、二次衬砌内的应力与变形以及围岩的压力进行观测,取得大量的试验数据,并结合数值计算结果进行分析,为隧道衬砌设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导,并为进一步的工程研究积累资料.

2015

0.0

赖金星, 牛方园, 樊浩博, 等. 浅埋黄土隧道三层支护结构力学特性现场测试[J]. 岩土力学, 2015, 36(6): 1769-1775.

LAI

Jinxing

, NIU

Fangyuan

, FAN

Haobo

, et al. Field test of mechanical characteristics of three-layer support structure of shallow loess tunnel[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(6): 1769-1775. (in Chinese)

为研究浅埋黄土隧道锚喷初支+初衬+二衬构成的3层支护体系力学特性,以某黄土隧道为依托,采用钢弦式传感器对围岩压力、初衬与二衬接触压力、二衬钢筋轴力、二衬混凝土应变、钢拱架应力等进行了系统测试与分析。结果表明:(1)作用在左拱腰处的围岩压力较大,且稳定值为240 k Pa;(2)浅埋段按不同围岩压力计算公式得到压力值均大于围岩压力实测值,其中采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土隧道二衬全部受压,其分布形态呈明显的猫耳形,初支、初衬、二衬承受的荷载比例分别为51.34%、37.29%、11.38%;(4)钢拱架整体以受压为主,在拱顶和拱腰处受力较大,接近屈服状态;(5)初支发挥了一定的围岩自承能力,其与初衬共同承担了大部分围岩荷载,二衬主要为结构安全储备。

2010

0.0

李鹏飞, 张顶立, 赵勇, 等. 大断面黄土隧道二次衬砌受力特性研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(8): 1690-1696.

Pengfei

, ZHANG

Dingli

, ZHAO

Yong

, et al. Study of mechanical characteristics of secondary lining of large-section loess tunnel[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2010, 29(8): 1690-1696. (in Chinese)

2003

0.0

... 结合现场检测数据,根据相关规范^[12],专项检查的评定标准,将该隧道定为2A级隧道 ...

... 1 两层支护间接触压力监测成果分析根据现场施工及测试条件,本次测试周期为2个月,根据有关选测项目监测频率要求^[12],测试频率如表2所示 ...

2004

0.0

... 25 MPa^[13],可见,各位置处接触压力均小于计算出的围岩竖向压力,表明置换后的二次衬砌结构受力不大,同时也反映出原围岩稳定状况较好 ...