厚层膨胀性断层破碎带隧道二衬开裂机理及防治对策研究
【成果名称】厚层膨胀性断层破碎带隧道二衬开裂机理及防治对策研究
【成果属性】
【推荐单位】浙江交工集团股份有限公司
【成果体现形式】其它
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与企业合作
【鉴定/评价日期】2019-05-25
【成果推广形式】
【成果内容简介】a）膨胀性断层破碎带的膨胀与收缩机理 (1)结合依托工程，采用现场取样、理论分析和室内试验相结合的手段，发现蒙脱石的水敏感性最强，其次是伊利石，再次是高岭石，所以膨胀收缩量的大小主要决定于蒙脱石的含量，同时也取决于隧道开挖时应力释放率大小。也建立了不同含水率与膨胀率之间的定量关系式。 (2)采用数值模拟研究发现，膨胀力的大小与膨胀性断层与隧道轴线位置关系存在明显的相关性，断层破碎带主动荷载大小与膨胀量有关，也与膨胀土的模量有关，同时估算了弹性抗力系数的大小。 b）膨胀性断层破碎带中隧道衬砌病害机理与处治方法， (1)采用数值模拟研究发现，得到荷载-结构法的计算模式与基于热-应力耦合场分析功能的连续介质力学的计算模型同样能准确地计算衬砌内力的大小；膨胀性断层破碎带中隧道衬砌病害的处治方法，考虑膨胀力的释放速率大小，采用橡胶（泡沫）混凝土二次衬砌较好的吸能，抵抗膨胀力，大大减小衬砌内力，采用超高韧性混凝土能提高二衬的抗裂能力，同时结合排除地下水的处治技术。 (2)建立了考虑地层因素影响的物理模型，验验证了数值模拟的正确性，研究了膨胀性断层破碎带中隧道衬砌致害机理以及采取橡胶混凝土层能有效地减小衬砌内力，缓减了二衬病害。 c）膨胀性断层破碎带中隧道结构性能的长期监测、结构安全预警方法研究 (1)采用现代化的智能检测分析技术，通过膨胀性断层破碎带中隧道结构健康长期监测技术长期跟踪监测混凝土隧道实际工程中的应变、应力、温度、湿度、等参数与膨胀土中的含水量、干湿循环次数、初始干密度之间的关系，建立膨胀性断层破碎带中隧道结构服役性能的健康监测、结构安全预警与评估方案技术体系。 (2)根据膨胀土隧道围岩长期变形规律，提出了膨胀土围岩压力长期变化规律预测与控制措施。 d）强膨胀潜势力地层隧道结构计算方法研究 （1）推导了在膨胀压力下隧道结构的内力和位移公式，提出了强膨胀潜势隧道结构的设计方法，即采用膨胀力叠加在原有围岩压力上，在围岩和初衬之间增加橡胶混凝土层，减小了围岩和初衬上的膨胀压力，协调变形，较好地适应强膨胀潜势地层。 （2）提出了强膨胀潜势隧道的构造设计及控制措施，即增强二衬的强度，增加配筋，同时，在初衬与二衬间增加具有柔性的橡胶混凝土层，缓减二衬的受力，增加防排水结构。 e）膨胀性断层破碎带隧道病害处治经济技术分析 (1)结合依托工程，针对隧道的膨胀性围岩病害，分为主动防护和被动防护两种。主动防护主要指从根本上控制膨胀变形，主要措施有改善土质、导水等方案。被动防护主要指提高衬砌和围岩的承载能力，主要措施有加固围岩、局部衬砌补强、整体衬砌补强等。 (2)经依托工程实际验证，对于主动防护和被动防护的适用性和经济可行性进行了分析，如导水方案作为病害整治的主动方案和考虑对该段二衬结构进行加固，以抵抗膨胀性围岩对隧道结构的荷载，加固方案应与原结构（初支、二衬）紧密结合，形成整体受力结构，改善结构受力状况的被动方案合理的。
【成果前景介绍】橡胶混凝土在膨胀性断层破碎带或膨胀性围岩中的应用研究较传统的锚喷混凝土结构隧道具有较明显的优势，能较好的减小围岩压力，缓减二衬的病害，并结合排水结构，能有效地控制膨胀性围岩隧道病害。本课题依托丽龙高速公路马岭头隧道等工程，开展研究经过四年来的努力，相关工程采用橡胶混凝土在膨胀性围岩隧道衬砌中的应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。 随着国民经济和基础建设的大力发展，橡胶混凝土技术将安全可靠地应用于膨胀性围岩隧道工程，减少隧道施工期间的事故和隧道运营期间的病害，保证了隧道的安全运营，降低了隧道维护成本，实现隧道内行车安全舒适性的目标，推动交通建设向高品质迈进。可以预见，，橡胶混凝土技术将安全可靠地应用于膨胀性围岩隧道工程领域将具有十分重要的价值与意义。因此本项目的研究应用前景非常广泛，所取得的成果必将充分应用于今后同类隧道及地下工程的设计与施工中。
【成果登记日期】2019-05-25
【成果属性】
【推荐单位】浙江交工集团股份有限公司
【成果体现形式】其它
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与企业合作
【鉴定/评价日期】2019-05-25
【成果推广形式】
【成果内容简介】a）膨胀性断层破碎带的膨胀与收缩机理 (1)结合依托工程，采用现场取样、理论分析和室内试验相结合的手段，发现蒙脱石的水敏感性最强，其次是伊利石，再次是高岭石，所以膨胀收缩量的大小主要决定于蒙脱石的含量，同时也取决于隧道开挖时应力释放率大小。也建立了不同含水率与膨胀率之间的定量关系式。 (2)采用数值模拟研究发现，膨胀力的大小与膨胀性断层与隧道轴线位置关系存在明显的相关性，断层破碎带主动荷载大小与膨胀量有关，也与膨胀土的模量有关，同时估算了弹性抗力系数的大小。 b）膨胀性断层破碎带中隧道衬砌病害机理与处治方法， (1)采用数值模拟研究发现，得到荷载-结构法的计算模式与基于热-应力耦合场分析功能的连续介质力学的计算模型同样能准确地计算衬砌内力的大小；膨胀性断层破碎带中隧道衬砌病害的处治方法，考虑膨胀力的释放速率大小，采用橡胶（泡沫）混凝土二次衬砌较好的吸能，抵抗膨胀力，大大减小衬砌内力，采用超高韧性混凝土能提高二衬的抗裂能力，同时结合排除地下水的处治技术。 (2)建立了考虑地层因素影响的物理模型，验验证了数值模拟的正确性，研究了膨胀性断层破碎带中隧道衬砌致害机理以及采取橡胶混凝土层能有效地减小衬砌内力，缓减了二衬病害。 c）膨胀性断层破碎带中隧道结构性能的长期监测、结构安全预警方法研究 (1)采用现代化的智能检测分析技术，通过膨胀性断层破碎带中隧道结构健康长期监测技术长期跟踪监测混凝土隧道实际工程中的应变、应力、温度、湿度、等参数与膨胀土中的含水量、干湿循环次数、初始干密度之间的关系，建立膨胀性断层破碎带中隧道结构服役性能的健康监测、结构安全预警与评估方案技术体系。 (2)根据膨胀土隧道围岩长期变形规律，提出了膨胀土围岩压力长期变化规律预测与控制措施。 d）强膨胀潜势力地层隧道结构计算方法研究 （1）推导了在膨胀压力下隧道结构的内力和位移公式，提出了强膨胀潜势隧道结构的设计方法，即采用膨胀力叠加在原有围岩压力上，在围岩和初衬之间增加橡胶混凝土层，减小了围岩和初衬上的膨胀压力，协调变形，较好地适应强膨胀潜势地层。 （2）提出了强膨胀潜势隧道的构造设计及控制措施，即增强二衬的强度，增加配筋，同时，在初衬与二衬间增加具有柔性的橡胶混凝土层，缓减二衬的受力，增加防排水结构。 e）膨胀性断层破碎带隧道病害处治经济技术分析 (1)结合依托工程，针对隧道的膨胀性围岩病害，分为主动防护和被动防护两种。主动防护主要指从根本上控制膨胀变形，主要措施有改善土质、导水等方案。被动防护主要指提高衬砌和围岩的承载能力，主要措施有加固围岩、局部衬砌补强、整体衬砌补强等。 (2)经依托工程实际验证，对于主动防护和被动防护的适用性和经济可行性进行了分析，如导水方案作为病害整治的主动方案和考虑对该段二衬结构进行加固，以抵抗膨胀性围岩对隧道结构的荷载，加固方案应与原结构（初支、二衬）紧密结合，形成整体受力结构，改善结构受力状况的被动方案合理的。
【成果前景介绍】橡胶混凝土在膨胀性断层破碎带或膨胀性围岩中的应用研究较传统的锚喷混凝土结构隧道具有较明显的优势，能较好的减小围岩压力，缓减二衬的病害，并结合排水结构，能有效地控制膨胀性围岩隧道病害。本课题依托丽龙高速公路马岭头隧道等工程，开展研究经过四年来的努力，相关工程采用橡胶混凝土在膨胀性围岩隧道衬砌中的应用，取得了显著的技术经济效益和社会效益。 随着国民经济和基础建设的大力发展，橡胶混凝土技术将安全可靠地应用于膨胀性围岩隧道工程，减少隧道施工期间的事故和隧道运营期间的病害，保证了隧道的安全运营，降低了隧道维护成本，实现隧道内行车安全舒适性的目标，推动交通建设向高品质迈进。可以预见，，橡胶混凝土技术将安全可靠地应用于膨胀性围岩隧道工程领域将具有十分重要的价值与意义。因此本项目的研究应用前景非常广泛，所取得的成果必将充分应用于今后同类隧道及地下工程的设计与施工中。
【成果登记日期】2019-05-25