玄武岩纤维喷射混凝土在既有隧道加固中的应用及研究

摘要

上世纪八十年代前国内施工的隧道大多采用矿山法的开挖工艺，特别是在低等级既有公路，施工中普遍存在严重的超挖现象，断面大小不一，且大多数没有进行初期支护和二衬支护，给隧道正常运营带来安全隐患。为保证运营安全，近年来各个地区逐步对该类隧道进行加固改造，但由于原有隧道一般为毛洞，局部为石头衬砌结构;有的衬砌已有多处裂隙，还伴有一定的渗水，安全隐患很大。因此，对该类既有隧道进行加固处理，具有重要的现实意义，对今后类似工程建设也有非常重要的指导和借鉴作用。
　　 本文以“浙江省永康市王赵线永祥隧道修复加固工程”为背景进行研究，在充分吸取国内外研究的成果上，通过对既有隧道扩挖加固处理，消除安全隐患，使隧道的运营能力得到提高，隧道的质量安全得到保障。其研究工作和研究成果主要包括:
　　 (1)针对该公路隧道断面小，原有支护结构已多数破损、开裂、渗水等情况，进行针对性的施工过程围岩及结构稳定性分析;对不同的扩挖方案和支护设计参数的稳定性进行计算分析研究，从理论上为支护参数的设计奠定基础。
　　 (2)对隧道初期支护采用玄武岩纤维及其复合纤维喷射混凝土，进行纤维喷射混凝土基本力学性能、韧性及抗折性能试验。针对该公路既有隧道的地质条件，提出喷射混凝土对原材料的要求、各种纤维性能参数要求等方面的规定，提出纤维喷射混凝土衬砌对韧性指标的要求。
　　 (3)通过Ansys软件和Flac3D软件，对复合纤维喷射混凝土和玄武岩纤维喷射混凝土初期结构支护进行围岩结构安全性分析，得出了采用复合纤维喷射混凝土和玄武岩纤维喷射混凝土初期结构支护，对隧道衬砌厚度进行调整，取消钢筋网片，其他结构不变的情况下，均能满足围岩结构安全性要求。
　　 (4)通过同济曙光有限元，以现场采集的隧道周边收敛数据为依据，对隧道进行反分析。反分析得到的弹性模量E和侧压力系数入均大于其它章节模拟计算中的地层参数，说明采用复合纤维喷射混凝土和玄武岩纤维喷射混凝土初期结构支护，均能满足围岩结构安全性要求。
　　 (5)结合该隧道的工程特点进行纤维喷射混凝土拌合情况及纤维在混凝土中的分散情况，喷射的料流情况、生产率、凝结效果等工艺参数，喷射混凝土的一次喷层厚度、边墙及拱部的回弹率等工艺参数进行工艺性试验，以便确定最佳配合比。根据现场实施的具体情况，总结纤维喷射混凝土与普通喷射混凝土在用量及回弹量的不同，分析玄武岩纤维及复合纤维喷射混凝土在经济效益和社会效益的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 玄武岩纤维混凝土的研究现状

1．3 永祥隧道工程概况及存在的问题

1．3．1 隧道工程地质概况

1．3．2 永祥隧道存在的问题及研究意义

1．4 本文研究的内容及目标

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 研究目标

第2章 纤维含量对混凝土力学特性的影响

2．1 强度评价

2．2 韧性评价

2．3 玄武岩纤维对改善钢纤维回弹的作用

2．4 试验结论及纤维掺量建议

第3章 玄武岩纤维及其复合纤维喷射混凝土力学及变形特征研究

3．1 配合比设计

3．1．1 玄武岩纤维及其复合纤维混凝土原材料

3．1．2 混凝土配合比

3．2 基本力学性能试验

3．2．1 试件的制作及养护

3．2．2 实验内容

3．2．3 抗压强度试验

3．2．4 抗折强度试验

3．3 韧性试验

3．3．1 三分梁弯曲韧性

3．3．2 大板能量韧性试验

3．4 小结

第4章 玄武岩喷射混凝土在永祥隧道加固中的应用及安全性分析

4．1 洞周位移稳定性评价

4．1．1 稳定性评价标准

4．1．2 现场监控量测测试内容

4．1．3 洞周收敛量测稳定性分析

4．2 位移反分析法稳定性分析与评价

4．2．1 评价方法与评价标准

4．2．2 位移反分析洞周及初期支护结构稳定性分析

4．3 围岩结构模型安全性分析和评价

4．3．1 围岩结构模型计算方法概述

4．3．2 Ⅳ级围岩无仰拱初期支护体系安全性分析

4．3．3 安全性评价标准

4．3．4 计算结果分析

4．4 复合式衬砌和整体式衬砌的安全性评价

4．4．1 玄武岩纤维及其复合纤维喷射混凝土设计参数

4．4．2 荷载结构模型安全性评价方法及评价标准

4．4．3 Ⅳ级围岩无仰拱复合式衬砌二衬和整体式衬砌安全性评价

4．4．4 Ⅳ级围岩设仰拱复合式衬砌二衬安全性评价

第5章 玄武岩纤维及其复合纤维喷射混凝土施工工艺及质量控制技术

5．1 配合比设计对混凝土喷射性能的影响

5．2 配合比设计对喷射混凝土力学性能及韧性的影响

5．3 喷射工艺对喷射混凝土质量的影响

第6章 玄武岩纤维及其复合纤维喷射混凝土支护经济性评价社会效益评价

6．1 玄武岩纤维与复合纤维喷射混凝土成本比较

6．2 支护经济性评价

6．3 社会经济性评价

结论与建议

致谢

参考文献

附录1

攻读硕士学位期间参加的科研项目