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隧道拱顶衬砌脱空及欠厚对结构安全性影响研究
| 论文题名： | 隧道拱顶衬砌脱空及欠厚对结构安全性影响研究 |
| 关键词： | 隧道拱顶衬砌;脱空现象;欠厚缺陷;结构安全性 |
| 摘要： | 隧道衬砌拱顶脱空及欠厚是隧道常见的质量缺陷。不时发生的衬砌掉块事故表明，衬砌拱顶脱空及欠厚具有极大的安全隐患。通过某特长隧道的调查发现隧道衬砌拱顶的脱空及欠厚现象十分普遍。现有研究和规范对于脱空与欠厚的安全性判定标准还很不成熟，没有广泛接受的定量判定标准，更没有成熟的病害衬砌结构性能安全性分析评价模型。因此，本文开展隧道拱顶衬砌脱空及欠厚对结构安全性影响研究，具有十分重要的理论意义和技术价值。 本文以拱顶衬砌存在脱空与欠厚缺陷的隧道结构为研究对象，采用统计分析、模型试验和数值模拟等研究方法，针对脱空与欠厚对结构安全性的影响进行了研究，主要研究内容及成果如下： （1）通过对西南地区10座运营公路隧道进行检测与统计发现：衬砌脱空主要分布在拱顶和拱腰位置，占脱空总数的93%；拱顶脱空纵向长度平均值为5.88m，脱空高度平均值为22.74cm；脱空位置同时出现衬砌欠厚缺陷的概率非常高，围岩越差频率更高，拱顶欠厚平均值为21.3cm。 （2）通过模型试验，研究了拱顶衬砌脱空且欠厚对接触压力、衬砌变形、衬砌内力、衬砌裂损过程及承载力的影响规律：1）脱空导致脱空边缘处接触压力增大71%~82%；2）脱空衬砌受到负弯矩作用，使得拱顶外侧与拱肩内侧出现拉应力，同时轴力大幅降低；3）脱空欠厚衬砌开裂模式呈拱顶外侧张开裂缝、脱空边缘内侧张开裂缝，且脱空欠厚范围越大，起裂荷载越小；4）拱顶脱空欠厚衬砌承载力呈S形曲线变化，可划分三个阶段，欠厚超过7/12承载能力基本丧失。 （3）采用三维地层-结构模型，对拱顶脱空及欠厚缺陷对结构影响规律进行研究。对比模型试验与数值模拟结果，影响规律基本吻合。研究得到拱顶脱空及欠厚缺陷临界尺寸：1）只存在脱空缺陷衬砌，脱空长度为6、9、12m时，对应脱空临界范围分别为33°、28°、25°；2）存在脱空且欠厚缺陷衬砌，脱空长度为1、3、6、9、12m时，对应脱空临界范围分别为38°、36°、29°、23°、17°。 （4）结合现行规范与研究成果，选定对超过安全临界条件的拱顶脱空且欠厚缺陷衬砌采用衬砌背后注浆+钢筋混凝土套拱的组合方案。对比分析推荐采用每延米布置2根B22HRB335主筋、厚度20cm的C30钢筋混凝土套拱设计参数。 通过上述研究，本文初步建立了隧道拱顶衬砌脱空及欠厚缺陷的安全判定方法，给出了衬砌脱空范围、长度和欠厚程度的安全临界值。成果对于指导隧道衬砌技术状况评定工作有很好的参考价值。 |
| 作者： | 项一恒 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 林志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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