中鐵某標段隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響分析(已修改)
2025-03-20 17:24 本頁面
【正文】 鐵路隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響分析 1 概述 2 脫空的數(shù)值模擬 3 脫空的原因 4 安全影響分析 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 5 結(jié)論 隨著鐵路建設(shè)的范圍越來越廣泛 ， 鐵路隧道面臨的地質(zhì) 、 設(shè)計 、 施工及結(jié)構(gòu)安全問題較以往更具有特殊性和典型性 。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)是否可靠 ， 主要由地質(zhì)條件 、 設(shè)計參數(shù) 、 施工質(zhì)量以及相應(yīng)的建設(shè)管理等因素控制 。 由于鐵路隧道襯砌斷面考慮空氣動力學(xué)原因 ， 隧道斷面較大 ， 給隧道施工質(zhì)量提出了更高的要求 。 按照新奧法的設(shè)計理念 ， 隧道襯砌與圍巖緊密貼合 ， 共同受力變形 ，設(shè)計計算中也考慮隧道襯砌背后的圍巖可以提供連續(xù)的徑向彈性抗力 。 1 概述 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 1 概述 然而 ， 由于施工質(zhì)量問題 ， 隧道襯砌與背后圍巖脫空 ，未密貼 ， 圍巖未提供連續(xù)有效的彈性抗力 ， 襯砌結(jié)構(gòu)承載不均勻 ， 產(chǎn)生不均勻地層反力 ， 引起結(jié)構(gòu)局部地方應(yīng)力集中 ， 嚴重影響結(jié)構(gòu)安全儲備 ， 危害結(jié)構(gòu)安全 ， 實際工程中造成結(jié)構(gòu)開裂 、 掉塊 ， 局部結(jié)構(gòu)防排水措施失效等病害 。本文結(jié)合 某 鐵路隧道的工程實例 ， 以數(shù)值模擬為手段 ， 分析不同脫空部位及脫空范圍對結(jié)構(gòu)受力特征的影響 ， 為鐵路隧道的結(jié)構(gòu)安全提供技術(shù)基礎(chǔ)及方案處理對策 。 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 數(shù)值計算模型建立及參數(shù)取值 由于隧道背后脫空現(xiàn)象多發(fā)生于巖層條件較好的硬質(zhì)巖中 ， 以典型的灰?guī)r隧道為例 ， 隧道斷面深埋 ， 圍巖為178灰?guī)r (D2q)：淺灰 、 灰色 ， 中厚層狀 ， 巖質(zhì)硬脆 ，節(jié)理裂隙弱發(fā)育 ， 地下水弱發(fā)育 。 斷面采用地層結(jié)構(gòu)法進行了 Ⅲ 級圍巖隧道平面應(yīng)變分析 ， III 級 A 型復(fù)合式襯砌斷面如圖 1 所示 。 計算模型橫向?qū)挾? 180 m， 縱向高度 150 m， 直角坐標系的坐標原點位于仰拱中心 。 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 假設(shè)圍巖材料均服從 MohrCoulomb準則 ， 四面體單元進行離散 ； 隧道二襯采用彈性梁單元模擬 ， 左側(cè)邊墻腳處的單元為 1， 順時針編號 ， 二襯共劃分了 92個單元 。 在整體坐標系里 ， X軸平行于隧道斷面且與水平地面平行 ， Y軸垂直向上 ， Z軸沿隧道中線 ， 靜力分析中X方向約束法向位移 ， 底部邊界約束 X、 Y方向位移 ，共離散了 2740個單元 ， 2850個節(jié)點 。 數(shù)值計算各參數(shù)取值見表 1。 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 數(shù)值計算模型建立及參數(shù)取值 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 圖 1： III級 A型復(fù)合式襯砌斷面示意圖 數(shù)值計算模型建立及參數(shù)取值 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 表 1： 模擬參數(shù)取值 數(shù)值計算模型建立及參數(shù)取值 項目名稱 E/MPa μ 天然容重 γ(kN/m3) 內(nèi)聚力 c(kPa) 內(nèi)摩擦角 φ(186。) 圍巖 3700 25 1100 44 二襯 30000 25 —— —— 靜力模擬工況 本次模擬共進行了 10種工況的分析 ， 考慮沿拱圈 ， 共劃分了 16個脫空單元 ， 如圖 2所示 。 模擬主要分為 4種類型 10個小項 ， 分別為：二襯與圍巖緊密貼合無脫空 、拱頂脫空 、 拱腰脫空和邊墻脫空 ， 具體工況如表 2所示 。 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 圖 2：數(shù)值模擬 16個脫空單元示意圖 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 靜力模擬工況 隧道襯砌脫空對結(jié)構(gòu)安全的影響 2 脫空的數(shù)值模擬 表 2： 數(shù)值模擬工況表 靜力模擬工況 項目名稱 模擬內(nèi)容 無脫空 二襯與圍巖緊密貼合 拱頂脫空 1 m 單元 1 與二襯分離 2 m 單元 單元 2 與二襯分離 4 m 單元 1~單元 4 與二襯分離 拱腰脫空 1 m 單元 9 與二襯分離 2 m 單元 單元 10 與二襯分離 4 m 單元 9~單元 12 與二襯分離 邊墻脫空
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