高速公路技术培训

吉林省鹤大高速公路技术培训——2014.3.10·长春隧道冻害问题及技术对策隧道地质灾害及技术对策隧道支护工程的质量问题环保型隧道洞口建设技术防止边坡失稳的棚洞结构地下立交隧道的结构型式中国公路学会隧道工程分会理事长招商局重庆交通科研设计院首席专家蒋树屏(18008377018)1吉林省鹤大高速公路技术培训——2014.3.10·长春隧道冻害问题及技术对策隧道地质灾害及技术对策隧道支护工程的质量问题环保型隧道洞口建设技术防止边坡失稳的棚洞结构地下立交隧道的结构型式中国公路学会隧道工程分会理事长招商局重庆交通科研设计院首席专家蒋树屏(18008377018)2我国冻土分布范围广阔，冻土区占国土面积2/3。冻土区占国土面积2/3非冻土区多年冻土占国土面积22%季节冻土占国土面积48%3交通基础设施正向自然条件恶劣、高纬度、高海拔的寒冷地区延伸。在高寒地区修建公路，必然遇到隧道，同时也必然遭遇多年冻土。洞口边仰坡多年冻土洞内多年冻土4隧道冬季结冰情况调查：►A线有4座隧道部分侧墙检查井渗水结冰。►B线有11座隧道渗水结冰►C线有2座隧道渗水结冰渗水结冰隧道占总隧道数1/351.衬砌混凝土冻胀剥落河北某隧道隧道冻害表现形式——61.衬砌混凝土冻胀剥落71.衬砌混凝土冻胀剥落81.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌91.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌101.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌11121.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌1.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌131.衬砌混凝土冻胀剥落、坍塌142.路面冻胀开裂152.路面冻胀开裂16辽宁某隧道3.拱部挂冰173.拱部挂冰183.拱部挂冰193.拱部挂冰203.拱部挂冰213.拱部挂冰2223/2河北某隧道4.边沟渗水涌冰24/24.边沟渗水涌冰4.边沟渗水涌冰25辽宁某隧道4.边沟渗水涌冰264.边沟渗水涌冰274.边沟渗水涌冰284.边沟渗水涌冰294.边沟渗水涌冰304.边沟渗水涌冰315.检查室积冰325.检查室积冰331.施工缝止水措施未按设计施工隧道冻害原因分析——341.施工缝止水措施未按设计施工351.施工缝止水措施未按设计施工36隧道二次衬砌隧道防水层背贴式止水带371.施工缝止水措施未按设计施工382.出水口结冰堵塞392.出水口结冰堵塞403.防寒排水口未按设计施工、结冰堵塞41424.衬砌拱部存在空洞434.衬砌拱部存在空洞施工、结冰堵塞445.水沟内杂物堵塞、水沟错断455.水沟内杂物堵塞、水沟错断46横向排水管被电缆槽截断6.局部电缆槽结冰原因调查发现衬砌侧墙检查井至中心水沟的横向排水管高程与设计不一致，横向排水管被电缆槽截断，使检查井里的水排到电缆槽，而不排到中心水沟。47横向排水管施工与设计出入情况虚线为设计的横向排水管；实线为现场横向排水管，被电缆槽截断。即使采用三通连接，这样的横向排水管仍会把水排至电缆槽。6.局部电缆槽结冰原因48仰拱段检查井部分侧壁、底板缺失7.仰拱段检查井部分侧壁、底板缺失，容易渗漏水49508.横向导水管口堵塞519.检查井防水措施不足，检查井内壁有明显潮湿痕迹，存在渗漏水52归纳：►渗水结冰原因分析；►防水层破损，施工缝止水带未按要求施作；►衬砌厚度不足、空洞；►纵、横向排水管未按设计位置施工、堵塞；►检查洞室防冻措施不足；►排水口未按设计施工。53正文10.5寒冷地区防排水10.5.1寒冷地区隧道防排水除符合上述规定外，并符合下列规定：1地下水水量较大并可能产生冻结的地段，一般应设深埋水沟，也可设防寒泄水洞，防寒泄水洞应置于隧道路面以下4m～6m，断面尺寸不宜小于2m×2m；2连接洞内深埋水沟、防寒泄水道的洞口路基引出段应采用暗沟，暗沟除满足排水深度以外，应埋置于冻结深度以下，并在暗沟转角处设检查井。3隧道衬砌混凝土抗渗等级可适当提高。10.5.2寒冷地区隧道保温措施符合下列规定：1排水暗沟和防寒泄水洞出口应设碎石防寒出水口；2隧道洞口应根据地形条件适当延长明洞或在洞口设置防雪透光棚；3隧道衬砌易出现冻胀危害的地段宜设保温层；4当隧道交通量很小时，可在洞口设帘幕。自《公路隧道设计规范》54条文说明10.5寒冷地区防排水10.5.12最冷月平均气温-10℃～-15℃，粘性土最大冻结深度1.0～1.5m，由于路侧边沟加深有限，隧道内应设深埋水沟。最冷月平均气温-15℃～-25℃（粘性土最大冻结深度1.5m～2.5m），地下水量较大的地段，宜设置防寒泄水洞。当地最冷月平均气温低于-25℃的地区，需设防寒泄水洞。3防寒泄水洞的拱部和边墙应留有足够的泄水孔。防寒泄水洞每隔一定距离应设检查井10.5.21出于隧道防寒保温的需要，隧道内排水出口宜采用掩埋保温方式。并防止出水口淤积堵塞。当出水口排水坡度较陡、不冻结时，可设挡风墙、挡风盖。2洞口设透光棚可避免洞门行车道积雪，白天增加洞口处温度，提高隧道防冻能力。青海大坂山隧道在隧道洞口增设拱形透光棚（南口60米，北口40米），起到了很好的保温、防雪的作用。因此，在寒冷地区、特别是高海拔寒区隧道洞口设透光棚，或适当延长明洞，有利于减少洞口冰冻、雪害。3隧道衬砌设保温层，可减少衬砌冻害。保温层可设在衬砌为表面，也可设在衬砌与防水层之间。至于保温层采用什么方式、保温长度如何确定、采用什么材料目前还处于探索阶段，设计者还应根据具体情况调研分析、因地制宜进行设计。55青海大坂山隧道工程回顾565758596061626364隧道防冻害处治措施65处治原则:暗排：采取措施防止水明渗到衬砌表面。防冻：所有措施必须考虑冬季防冻问题。66►施工缝漏水的处治措施：沿施工缝两侧采用机械或人工深切、凿宽10cm槽至初期支护表面，埋入直径100mm半剖聚氯乙烯管，管外采用C35渗透结晶型防水混凝土填充密实，并在填充混凝土表面中部切割一条宽1cm深3cm的槽，作为施工缝的变形假缝。67682埋管1）人工凿槽3杜拉纤维防水砂浆抹面69通常处理方案寒区隧道处理方案防水层►衬砌表面裂缝渗水的处治措施原因分析：防水层在该处或附近失效，二次衬砌开裂。处治措施：对衬砌裂缝注入亲水型环氧树脂或聚胺脂PU发泡剂封堵。707172►衬砌背后空洞积水的处治措施原因分析：衬砌背后存在空洞。处治措施：对空洞注入35号水泥(砂)浆充填。7374►衬砌表面大面积渗水的处治措施原因分析：防水层在该处或该处附近失效，该处二次衬砌混凝土质量达不到抗渗要求。处治措施：对大面积渗漏段，采取拆除渗水点段附近全部二次衬砌混凝土，增补、修复排水系统、恢复被破坏防水层，重新浇筑拆除段二次衬砌方式进行处治。对于局部渗漏段，采取拆除渗水附近局部二次衬砌混凝土，增补、修复排水系统、恢复被破坏防水层，并在该处环向凿槽，埋设环向排水管至墙脚（同施工缝处治），然后重新浇筑拆除段二次衬砌方式进行处治。7576►消防箱（设备洞室）渗水结冰的处治措施原因分析：消防箱（设备洞室）处防水层破坏、消防箱处施工未考虑该处衬砌厚度（开挖应凹入围岩，以便保证衬砌结构厚度）。处治措施：拆除消防箱及附近结构厚度不满足设计的衬砌，拆除防水层，从重开挖消防洞室，恢复被破坏防排水系统，然后重新浇筑消防洞室衬砌结构。77787980一、纵、横向排水管施工位置偏差二、中心排水沟埋设深度未达到设计三、纵向排水管检查井防冻难题隧道冻害预防优秀实例81828384吉林省鹤大高速公路技术培训——2014.3.10·长春隧道冻害问题及技术对策隧道地质灾害及技术对策隧道支护工程的质量问题环保型隧道洞口建设技术防止边坡失稳的棚洞结构地下立交隧道的结构型式中国公路学会隧道工程分会理事长招商局重庆交通科研设计院首席专家蒋树屏(18008377018)85A隧道2005年10月26日凌晨5点35分左右，该隧道右线出口K7+580米的地方在没有任何预兆的情况下突然出现塌方，正在作业的12名施工人员被困在里面。坍塌右线距洞口500m处8687坍体与坍腔抢救被困人员8889欢庆抢险胜利蒋树屏担任现场抢险技术总负责人90原因分析节理发育，脆性破坏，塑区深厚初支不强，挖面过大，二衬滞后技术对策加密监测，重视增量，及时反馈增长锚杆，灌浆饱满，托钣锁口做好支撑，刚度适宜，喷层贴壁优化开挖，增大矢跨，二衬跟上91地质状况是隧道建设的基础条件，围岩稳定是隧道开挖的核心技术！9293《公路隧道设计规范》第三章“隧道调查及围岩分级”——94隧道围岩坍塌具有随机性、模糊性、不可预见性隧道开挖围岩松动围岩坍塌加固处治怎样预测，合理开挖，防止坍塌？►基于隧道开挖过程监控量测与反分析的围岩分级方法95隧道围岩稳定分析及处治的技术路线隧道支护、衬砌设计隧道开挖施工围岩支护变形监测内空变形量拱顶下沉量地中变形量锚杆轴力锚杆拉拔力衬砌应力地表下沉量钢支撑应力非确定性反分析基于扩张卡尔曼滤波器与有限元法耦合算法(Ｆ-FEM)的反分析最终初始应力参数的预测方法隧道围岩塑性区估计历时变化预测围岩体坍塌修正开挖方案修正支护结构参数96B/2B/2钢支撑应力混凝土内部应力图例：起拱线453122354135°C2435BADE围岩压力及层间支护压力左右4321123423411围岩内部位移锚杆轴力1234534211234543212345671选择合理的测点与量测手段B/2B/2土压力+水压力设计线变形线(呈偏压)围岩内部位移量测隧道周边收敛量测七测线方案围岩变形97围岩与喷射混凝土间接触压力压力盒埋设传感器导线引出数据采集施工现场98观测频率序号测试项目1～15天16天～1个月1～3个月3个月以后1围岩内部位移2次/天1次/2天2次/周3次/月2锚杆轴力1次/天1次/2天2次/周3次/月3围岩对喷层压力1次/天1次/2天2次/周3次/月4喷层对二衬压力1次/天1次/2天2次/周3次/月5喷混凝土内应力1次/天1次/2天2次/周3次/月6模注混凝土内应力1次/天1次/2天2次/周3次/月7钢支撑应力1次/天1次/2天2次/周3次/月8弹性波测试3次/每断面监测项目与频率现场量测与量测数据管理系统99量测数据管理分析系统100101102103104围岩变形预警与现场分级方法为解决监控量测与围岩分级“脱节”，①开发了“隧道监控与变形预警”软件；②提出基于地质信息的现场围岩分级方法，给动态设计提供了依据。拱腰突泥洞口偏压拱顶坍塌支护结构动态设计(再循环)隧道现场围岩分级方法监控量测与反分析确定分级影响系数施工现场围岩分级支护结构动态设计非确定性反分析岩石抗压强度测试节理构造面量测地下水特征量测围岩位移量测隧道地质参数监控量测设计阶段围岩分级基本质量指标修正值围岩的详细定级：[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）隧道施工现场围岩分级围岩的初步分级：BQ=90+3RC+250KV岩体完整性系数KV初始应力状态影响系数K3地下水影响系数K1软弱结构产状影响系数K2岩石饱和抗强度压RC使围岩分级更符合山体实际，实现了可操作的动态设计105106►大跨扁坦隧道施工力学与方法提出并采用局部松弛理论，①建立了大跨扁坦隧道施工过程三维力学分析模型；②分析了中壁法、双侧壁法等的工程特性。解决了大跨扁坦隧道稳定性问题。三车道真武山隧道(双洞.六车道)大梅沙隧道(双洞.六车道)雅宝隧道(双洞.八车道)四车道模型例107►隧道开挖与衬砌结构试验技术为模拟隧道开挖实际行为，①提出“先加载,后挖洞”的试验模式，研制了大型立式三维试验台；内加载(开挖卸荷作用)外加载(围岩压力)试件（1.6mx1.6mx2.4m）试件(1.6×1.6×2.4m)主要功能：围岩变形过程分析衬砌结构优化试验隧道开挖步序模拟……108②依托内加载装置，提出了先期位移、瞬时位移、后期位移的隧道位移全过程分析方法；续上页可提前知晓开挖面前方地层的动态二车道隧道模型三车道隧道模型四车道隧道模型连拱隧道模型隧道径向内加载装置具有原创性小净距隧道109③建立了基于围压-位移的衬砌厚度试验方法。例:设定位移/总位移10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%Ⅱ级围岩33.533.633.733.835.0