【摘要】：由于連拱隧道結(jié)構(gòu)的特殊性,其結(jié)構(gòu)受力相對(duì)更為復(fù)雜,運(yùn)營過程中也更易出現(xiàn)襯砌背后空洞、結(jié)構(gòu)開裂和滲漏水等各類病害。為此,本文以襯砌背后存在空洞和襯砌厚度不足條件下的對(duì)稱雙連拱隧道為研究對(duì)象,采用理論分析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究手段,重點(diǎn)研究了襯砌背后存在空洞和襯砌厚度不足條件下連拱隧道圍巖與襯砌間接觸壓力分布形式以及結(jié)構(gòu)變形和破壞特征,并建立了對(duì)稱雙連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)模型。主要工作內(nèi)容及研究成果如下:(1)揭示了正常狀態(tài)下(襯砌背后無空洞且襯砌厚度正常)對(duì)稱雙連拱隧道結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、變形規(guī)律及破壞特征。結(jié)果表明:圍巖與襯砌間接觸壓力、結(jié)構(gòu)變形以及破壞形式是以連拱隧道中線為對(duì)稱軸呈對(duì)稱分布;連拱隧道邊墻底部襯砌與圍巖間接觸壓力最大,中墻底與仰拱接觸部位次之;中墻墻角襯砌結(jié)構(gòu)彎矩最大,破損最為嚴(yán)重。(2)研究了襯砌背后存在空洞及襯砌厚度不足條件下對(duì)稱雙連拱隧道圍巖與襯砌間接觸壓力分布形式。相較于正常狀態(tài),對(duì)稱雙連拱隧道一側(cè)襯砌背后出現(xiàn)空洞時(shí),另一側(cè)隧道拱頂處的圍巖與襯砌間接觸壓力有所升高,接觸壓力呈不對(duì)稱分布;襯砌厚度不足時(shí),厚度不足處的圍巖與襯砌間接觸壓力顯著降低,而其鄰近區(qū)域的圍巖與襯砌間接觸壓力則有所升高。(3)分析了襯砌背后存在空洞及襯砌厚度不足條件下對(duì)稱雙連拱隧道襯砌應(yīng)力變化規(guī)律并明確了襯砌內(nèi)力分布形式。相較于正常狀態(tài),襯砌背后空洞顯著改變了連拱隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布,惡化了連拱隧道的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài);襯砌厚度不足導(dǎo)致截面慣性矩及剛度發(fā)生變化,襯砌結(jié)構(gòu)軸力和彎矩顯著降低,襯砌結(jié)構(gòu)承載不均勻,產(chǎn)生較大的非對(duì)稱變形。(4)揭示了襯砌背后存在空洞及襯砌厚度不足條件下對(duì)稱雙連拱隧道結(jié)構(gòu)裂縫分布規(guī)律及擴(kuò)展過程。相較于正常狀態(tài),襯砌背后存在空洞時(shí),連拱隧道結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)呈非對(duì)稱分布,連拱隧道結(jié)構(gòu)裂損過程更復(fù)雜,空洞對(duì)側(cè)隧道拱頂裂縫更早出現(xiàn),中墻頂與拱部接觸部位容易開裂;襯砌厚度不足時(shí),隨著襯砌厚度的不斷減薄,厚度不足部位的結(jié)構(gòu)破壞越發(fā)嚴(yán)重。(5)基于模糊綜合評(píng)價(jià)法,充分考慮連拱隧道結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、變形規(guī)律和破壞特征,建立了襯砌背后存在空洞及襯砌厚度不足條件下對(duì)稱雙連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)模型,提出了對(duì)稱雙連拱隧道結(jié)構(gòu)安全性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),據(jù)此可對(duì)襯砌背后存在空洞及厚度不足條件下的對(duì)稱雙連拱隧道結(jié)構(gòu)做出安全性評(píng)價(jià)。
【圖文】：

及直徑大于１０邋ｃｍ，即屬于有空洞”。申志軍等％調(diào)查發(fā)現(xiàn)，某隧道襯砌環(huán)向施工逡逑縫處拱頂?shù)魤K露出空洞，鋼筋外露，經(jīng)進(jìn)一步查實(shí)，空洞環(huán)向長３．５０邋ｍ、縱向長逡逑１．３５邋ｍ，如圖１－１邋（ａ）所示。某隧道拱頂有裂縫，經(jīng)鑿除發(fā)現(xiàn)，空洞環(huán)向長５．５邋ｍ、逡逑縱向１．２邋ｍ，襯砌最薄處僅ｌｃｍ，而設(shè)計(jì)厚度為４０邋ｃｍ，如圖１－１邋（ｂ）所示。逡逑■邋■ｍｉａ逡逑ＨＩ邋ＨＩ逡逑（ａ）隧道襯砌缺陷表面邐（ｂ）空洞中可見防水板逡逑圖１－１施工現(xiàn)場(chǎng)中的襯砌背后空洞［８］逡逑日本Ｕｃｍｕｍａ隧道發(fā)生塌方事故后，相關(guān)調(diào)查組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查并檢逡逑測(cè)襯砌背后接觸狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在襯砌背后存在尺寸很大的空洞［２（）］，如圖１－２邋（ａ）所逡逑示。２００８年汶川地震中，距離龍溪隧道洞口邋２００邋ｍ附近處塌方，盡管該區(qū)域圍巖逡逑環(huán)境很好，，但是可以發(fā)現(xiàn)拱頂出現(xiàn)很大的空洞［２１］，如圖卜２邋（ｂ）所示。逡逑（ａ）邋Ｕｒｎｍｍａ隧道塌方［Ｍ］邐（ｂ）龍溪隧道塌方【２１］逡逑圖１－２襯砌背后空洞誘發(fā)隧道塌方事故逡逑地質(zhì)雷達(dá)是目前檢測(cè)襯砌背后空洞的主流方法。張頂立等［２２］采用地質(zhì)雷達(dá)無逡逑損檢測(cè)法，對(duì)中國鐵路干線上的１００多座運(yùn)營隧道的襯砌背后接觸狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，逡逑檢測(cè)結(jié)果表明拱頂背后最容易存在空洞，圍巖穩(wěn)定性越差，空洞出現(xiàn)的幾率越高。逡逑２逡逑

如圖１－１邋（ａ）所示。某隧道拱頂有裂縫，經(jīng)鑿除發(fā)現(xiàn)，空洞環(huán)向長５．５邋向１．２邋ｍ，襯砌最薄處僅ｌｃｍ，而設(shè)計(jì)厚度為４０邋ｃｍ，如圖１－１邋（ｂ）所示。逡逑■邋■ｍｉａ逡逑ＨＩ邋ＨＩ逡逑（ａ）隧道襯砌缺陷表面邐（ｂ）空洞中可見防水板逡逑圖１－１施工現(xiàn)場(chǎng)中的襯砌背后空洞［８］逡逑日本Ｕｃｍｕｍａ隧道發(fā)生塌方事故后，相關(guān)調(diào)查組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境調(diào)測(cè)襯砌背后接觸狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在襯砌背后存在尺寸很大的空洞［２（）］，如圖１－２邋（示。２００８年汶川地震中，距離龍溪隧道洞口邋２００邋ｍ附近處塌方，盡管該區(qū)域境很好，但是可以發(fā)現(xiàn)拱頂出現(xiàn)很大的空洞［２１］，如圖卜２邋（ｂ）所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U455.91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2627255