【摘要】：隧道以其地理位置與結(jié)構(gòu)形式在交通領(lǐng)域獨(dú)具優(yōu)勢,對改善交通出行具有突出作用。隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施投資力度進(jìn)一步加大,數(shù)量眾多的各類隧道將被建造。然而,無論在建設(shè)階段還是運(yùn)營過程,隧道的安全性始終為第一要素。爆炸是導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)受損最嚴(yán)重的事故,幾乎是毀滅性的破壞,同時爆炸釋放巨大熱量、產(chǎn)生濃煙,導(dǎo)致營救極為困難,往往造成重大人員傷亡與巨大經(jīng)濟(jì)損失。對隧道在劇烈爆炸作用下襯砌受損機(jī)理與災(zāi)后修復(fù)研究具有重要理論意義與工程實(shí)用價值。2015年2月24日,成都市洛帶古鎮(zhèn)隧道在建設(shè)過程中,發(fā)生瓦斯爆炸事故,為近年來國內(nèi)外典型的隧道內(nèi)劇烈爆炸案例。論文以此工程背景,對隧道災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定性進(jìn)行評價;創(chuàng)新了隧道瓦斯爆炸高效模型構(gòu)建技術(shù),實(shí)現(xiàn)爆炸過程的數(shù)值還原;以4種工況描述隧道爆炸特征,研究分析了隧道內(nèi)爆炸沖擊波傳播特征、襯砌動態(tài)響應(yīng)、襯砌損傷機(jī)理與損破物理過程,數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際情況相符;針對襯砌不同受損特征制定相應(yīng)修復(fù)方案,并對修復(fù)襯砌的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測;論文的研究內(nèi)容與創(chuàng)新成果如下:(1)在對災(zāi)后隧道襯砌的變形監(jiān)測、襯砌實(shí)體質(zhì)量檢測、襯砌病害發(fā)展及損傷特征調(diào)查與統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,依據(jù)規(guī)范將災(zāi)后隧道襯砌技術(shù)狀況類別評定為第4類,需盡快實(shí)施襯砌病害處治措施。(2)基于ANSYS/LS-DYNA中流固耦合算法,考慮自由、約束爆炸工況,建立相應(yīng)的流固耦合模型,經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),體積填充法構(gòu)建爆源有效可行,提高了公路隧道內(nèi)爆炸問題的數(shù)值研究效率。(3)通過對瓦斯爆炸數(shù)值模擬中等效爆源類型選取的研究,發(fā)現(xiàn)等效氣體法難以表征隧道內(nèi)瓦斯爆炸特征且無法描述爆點(diǎn)附近襯砌響應(yīng),相比較下,等效TNT當(dāng)量法適用于洛帶古鎮(zhèn)隧道內(nèi)瓦斯爆炸問題的研究。(4)采用4種爆炸工況描述洛帶古鎮(zhèn)隧道爆炸,并建立與相應(yīng)的流固耦合模型,研究隧道內(nèi)爆炸沖擊波傳播規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)流固耦合模型可有效觀測沖擊波在隧道內(nèi)反復(fù)振蕩特征;掌子面處、兩爆點(diǎn)間的沖擊波強(qiáng)度均增大;沖擊波在洞門削竹式斷面處衍射,且自洞門傳出后有兩條運(yùn)動軌跡。(5)通過對4種工況下襯砌上爆炸荷載傳播特征、襯砌動態(tài)響應(yīng)、主應(yīng)力響應(yīng)特征進(jìn)行分析,研究了隧道襯砌損傷機(jī)理�；谇治g算法,模擬了洛帶古鎮(zhèn)隧道襯砌損破物理過程。(6)根據(jù)襯砌損傷裂縫不同特征確定相應(yīng)修復(fù)方案�；谝�(guī)范,考慮Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段襯砌裂縫的數(shù)量、深度對襯砌安全系數(shù)的影響。依據(jù)最不利原則,驗(yàn)算得到單條貫通裂縫修復(fù)后襯砌安全系數(shù)為8.711;兩條及以上貫通裂縫修復(fù)后襯砌最小安全系數(shù)為8.811,均滿足規(guī)范要求。修復(fù)方案除確保安全系數(shù)外,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好、操作性強(qiáng)。(7)為評價隧道修復(fù)方案,在現(xiàn)場修復(fù)過程中與修復(fù)完成后,對修復(fù)襯砌的拱頂沉降、周邊收斂、二襯內(nèi)部混凝土壓力及鋼筋應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明隧道修復(fù)完成后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。本文研究貫穿隧道爆炸事故發(fā)生至處治的全過程,結(jié)合研究成果,提出了處治方案,這些成果的實(shí)施應(yīng)用,取得了良好的工程效果。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U455.91
【圖文】：

ＷＭ逡逑（ａ）新關(guān)角隧道邐（ｂ）高黎貢山隧道逡逑圖１－１鐵路隧道逡逑截止２０１７年底，我國大陸運(yùn)營鐵路隧道總數(shù)約有１４７００座，總長逡逑１５７８１ｋｍ，其中西（寧）格（爾木）鐵路關(guān)角隧道全長３５．６４５ｋｍ，是國內(nèi)已逡逑運(yùn)營的最長鐵路隧道。在建鐵路隧道總計(jì)約８２００ｋｍ，大（理）瑞（麗）鐵路逡逑的高黎貢山全長隧道３４．５４ｋｍ，為最長在建鐵路隧道。在建的（北）京張（家逡逑口）高鐵八達(dá)嶺地下車站，建筑面積達(dá)３．６萬ｍ２，是迄今世界最大地下高鐵逡逑車站。此外，我國已列入建設(shè)規(guī)劃的鐵路隧道總長達(dá)１２８００ｋｍ以上［２，３】。逡逑■■■八■：逡逑＿邋Ｉ逡逑（ａ）秦嶺終南山隧道邐（ｂ）港珠澳沉管隧道逡逑圖１－２公路隧道逡逑－１邋－逡逑

圖１－１鐵路隧

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2720069