【摘要】：我國目前已建成的公路隧道已出現(xiàn)了諸多病害,這些病害嚴(yán)重影響著隧道的運(yùn)營安全,其中以隧道襯砌開裂最為常見和嚴(yán)重,而現(xiàn)行《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》僅有基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)描述的技術(shù)狀況評(píng)價(jià)方法,還沒有基于承載力分析襯砌結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)價(jià)方法,所以研究裂縫對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)承載性能的影響及其安全性的評(píng)價(jià)方法尤為重要和必要。本文針對(duì)縱向裂縫對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)承載性能的影響展開研究,對(duì)裂縫的不同部位、不同深度進(jìn)行組合,總共分析了1656種工況。建立了襯砌承載性能衰減率和結(jié)構(gòu)安全性衰減率兩個(gè)概念,并通過對(duì)1656種工況的計(jì)算建立了基于承載力分析帶裂縫隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)318種工況進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)。本論文的主要成果有:1、對(duì)襯砌開裂病害的成因及其類型進(jìn)行分析后,選擇危險(xiǎn)性最大的縱向裂縫及其深度進(jìn)行研究,裂縫產(chǎn)生的部位選擇拱頂、拱腰、邊墻;2、對(duì)斷裂力學(xué)理論的基本原理進(jìn)行分析后,選擇最大周向拉應(yīng)力破壞準(zhǔn)則作為模型的開裂準(zhǔn)則,采用擴(kuò)展有限元法建立襯砌開裂數(shù)值計(jì)算模型;3、定義了承載性能衰減率,針對(duì)公路隧道縱向裂縫,當(dāng)裂縫以不同深度出現(xiàn)在任一單獨(dú)部位,以及當(dāng)裂縫以不同深度和部位進(jìn)行組合的不同情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。建立了各工況下,襯砌承載性能的衰減率數(shù)據(jù)庫,得到襯砌承載力衰減率的演變規(guī)律;4、定義了安全系數(shù)衰減率,建立帶裂縫襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法,并對(duì)每個(gè)安全等級(jí)的處治措施進(jìn)行了說明,以此構(gòu)建了襯砌安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);5、計(jì)算單一裂縫下,各工況的安全系數(shù)衰減率,對(duì)照建立的襯砌安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)給出了相應(yīng)的安全等級(jí)、類別和處治措施。對(duì)于組合裂縫,結(jié)合單一裂縫的襯砌安全等級(jí)以及相關(guān)工程資料和工程經(jīng)驗(yàn)分析,總結(jié)出相應(yīng)的安全等級(jí)、類別和處治措施;6、應(yīng)用VB語言開發(fā)了“隧道裂損襯砌結(jié)構(gòu)承載性能與安全評(píng)價(jià)管理系統(tǒng)”,該系統(tǒng)可對(duì)隧道襯砌出現(xiàn)的裂縫組合進(jìn)行基于承載力的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)。本文所建立的基于承載力的隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),彌補(bǔ)了目前隧道結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中沒有基于力學(xué)分析的評(píng)價(jià)方法的空白,對(duì)于隧道行業(yè)建立基于嚴(yán)格力學(xué)分析的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法作了有益的探索和嘗試。
【圖文】：

進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，為帶動(dòng)全國各區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國交通基建工程發(fā)展，隧道作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾P(guān)節(jié)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各交通工程中，相比于其他形式，隧道有著不可被替代的自身優(yōu)勢(shì)，在復(fù)雜的地形中，隧道能夠改善線縮短道路里程，從而提高運(yùn)輸效率和減少運(yùn)輸成本，由于隧道屬于地下工程具有節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，在城市中修建隧道作為交通平臺(tái)，可極大解地面的交通壓力，提高整個(gè)城市的運(yùn)轉(zhuǎn)效率[1]。由于我國的地域十分遼闊，各個(gè)區(qū)域之間的地下工程條件差異較大[2]，，目前道工程的設(shè)計(jì)施工技術(shù)還不夠成熟、施工設(shè)備不夠先進(jìn)、現(xiàn)場管理人員的專養(yǎng)良莠不齊，這些因素導(dǎo)致已修建的隧道出現(xiàn)了大量的病害，比如常見的襯構(gòu)開裂、變形剝落、欠厚、脫空、滲漏水等病害，而這些病害幾乎都與隧道開裂有關(guān)[3]。從 2000 年起，我國公路隧道的建設(shè)規(guī)模增長速度十分顯著，截止到 2016 建成的隧道有 15181 座，總長度達(dá)到 14039.7km，特長隧道有 815 座，總長度 3622.7km[4]，隧道數(shù)量和隧道里程增長趨勢(shì)分別見圖 1-1、1-2。

圖 1-2 我國公路隧道里程增長趨勢(shì)圖隨著全國范圍內(nèi)的道路交通網(wǎng)絡(luò)的基本形成，我國的公路正由建設(shè)高峰期為養(yǎng)護(hù)期，且道路養(yǎng)護(hù)里程的增長速度明顯超過道路建設(shè)里程的增長速度[5]， 1-3。根據(jù)相關(guān)工程統(tǒng)計(jì)資料，截止到 2015 年，我國近 80%的隧道已進(jìn)入養(yǎng)修期，這些隧道都存在著不同程度的病害，如襯砌結(jié)構(gòu)開裂、變形剝落、欠厚空、滲漏水等，病害嚴(yán)重的隧道甚至威脅到了行車的安全[6]，已成為行車和維護(hù)人員的安全隱患，從圖 1-1 和圖 1-2 可以看出，我國的隧道座數(shù)和里程基數(shù)巨大，且我國的公路隧道平均壽命較短，僅為 30 年左右，在將來，每年進(jìn)入維修的隧道數(shù)量會(huì)以指數(shù)倍的速度增長，要做好如此巨大的養(yǎng)護(hù)維修工作，國來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。為此，我們更應(yīng)該提前做好相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，即隧道病害的維修加固與養(yǎng)護(hù)技術(shù)儲(chǔ)備[7]。為我國運(yùn)營隧道病害的健康診斷、評(píng)估害的處治和維修加固提供堅(jiān)實(shí)的后盾和技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U455.91

【參考文獻(xiàn)】

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9 陳U

本文編號(hào)：2709243