【摘要】：隧道以其地理位置與結構形式在交通領域獨具優(yōu)勢,對改善交通出行具有突出作用。隨著國家基礎設施投資力度進一步加大,數量眾多的各類隧道將被建造。然而,無論在建設階段還是運營過程,隧道的安全性始終為第一要素。爆炸是導致隧道結構受損最嚴重的事故,幾乎是毀滅性的破壞,同時爆炸釋放巨大熱量、產生濃煙,導致營救極為困難,往往造成重大人員傷亡與巨大經濟損失。對隧道在劇烈爆炸作用下襯砌受損機理與災后修復研究具有重要理論意義與工程實用價值。2015年2月24日,成都市洛帶古鎮(zhèn)隧道在建設過程中,發(fā)生瓦斯爆炸事故,為近年來國內外典型的隧道內劇烈爆炸案例。論文以此工程背景,對隧道災后結構安全與穩(wěn)定性進行評價;創(chuàng)新了隧道瓦斯爆炸高效模型構建技術,實現(xiàn)爆炸過程的數值還原;以4種工況描述隧道爆炸特征,研究分析了隧道內爆炸沖擊波傳播特征、襯砌動態(tài)響應、襯砌損傷機理與損破物理過程,數值模擬結果與實際情況相符;針對襯砌不同受損特征制定相應修復方案,并對修復襯砌的穩(wěn)定性進行監(jiān)測;論文的研究內容與創(chuàng)新成果如下:(1)在對災后隧道襯砌的變形監(jiān)測、襯砌實體質量檢測、襯砌病害發(fā)展及損傷特征調查與統(tǒng)計的基礎上,依據規(guī)范將災后隧道襯砌技術狀況類別評定為第4類,需盡快實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,建立相應的流固耦合模型,經對比發(fā)現(xiàn),體積填充法構建爆源有效可行,提高了公路隧道內爆炸問題的數值研究效率。(3)通過對瓦斯爆炸數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瓦斯爆炸特征且無法描述爆點附近襯砌響應,相比較下,等效TNT當量法適用于洛帶古鎮(zhèn)隧道內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,并建立與相應的流固耦合模型,研究隧道內爆炸沖擊波傳播規(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反復振蕩特征;掌子面處、兩爆點間的沖擊波強度均增大;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、主應力響應特征進行分析,研究了隧道襯砌損傷機理�；谇治g算法,模擬了洛帶古鎮(zhèn)隧道襯砌損破物理過程。(6)根據襯砌損傷裂縫不同特征確定相應修復方案�；谝�(guī)范,考慮Ⅳ級、Ⅴ級圍巖段襯砌裂縫的數量、深度對襯砌安全系數的影響。依據最不利原則,驗算得到單條貫通裂縫修復后襯砌安全系數為8.711;兩條及以上貫通裂縫修復后襯砌最小安全系數為8.811,均滿足規(guī)范要求。修復方案除確保安全系數外,經濟指標好、操作性強。(7)為評價隧道修復方案,在現(xiàn)場修復過程中與修復完成后,對修復襯砌的拱頂沉降、周邊收斂、二襯內部混凝土壓力及鋼筋應力等進行監(jiān)測。監(jiān)測結果表明隧道修復完成后基本處于穩(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,結合研究成果,提出了處治方案,這些成果的實施應用,取得了良好的工程效果。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U455.91
【圖文】：

ＷＭ逡逑（ａ）新關角隧道邐（ｂ）高黎貢山隧道逡逑圖１－１鐵路隧道逡逑截止２０１７年底，我國大陸運營鐵路隧道總數約有１４７００座，總長逡逑１５７８１ｋｍ，其中西（寧）格（爾木）鐵路關角隧道全長３５．６４５ｋｍ，是國內已逡逑運營的最長鐵路隧道。在建鐵路隧道總計約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）高鐵八達嶺地下車站，建筑面積達３．６萬ｍ２，是迄今世界最大地下高鐵逡逑車站。此外，我國已列入建設規(guī)劃的鐵路隧道總長達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】

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本文編號：2720069