土木工程毕业外文翻译隧道施工中喷射混凝土衬砌的稳定性分析.docx

（翻译部分）隧道施工中喷射混凝土衬砌的稳定性分析C. Y. Yang1; M. X. Xu2; and W. F. Chen3摘要：隧道施工中，及时评估原位测量中的衬砌稳定性数据对于观测隧道设计效果及施工的安全性都是非常重要的。在隧道施工中测量的所有参数中，位移参数的测量是最方便的，同时也是最经济有效地监测隧道衬砌效果的方法。本文的目的是开发一个适合有限元建模方法进行可靠性评估喷射混凝土衬砌隧道建设的模式。首先，截面的性能函数被放在最前面。其次，列出公式计算管片内力。然后，对基本变量的可变性进行说明。进一步,通过测量位移计算可靠性指标。之后，完成两个案例研究。最后，本方法实际是在观察和讨论行业的发展趋势。该方法可以满足隧道施工中喷射混凝土衬砌稳定性评估的需要，同时在很大程度上也具有理论指导意义。介绍由于隧道的复杂性，在设计阶段是不可能了解地面条件和支护结构同地面之间的相互作用的。为了保证施工的安全和结构的稳定，施工过程中必须监测和测量地面及支护结构的力学特征，这就是地下隧道建设中所谓的的观察型设计。根据项目的规模的不同，隧道施工中被监测和测量的参数从几个到数十个不等。通常地面的位移，地下水位，土压力，预应力钢筋的应力，衬砌结构的位移，以及在隧道附近的建筑物的倾斜和沉降都是被测量参数之一。现在这些数据用于确定的方式，然而大多数跟隧道有关的因素显然是随机变量，具有很大的不确定性。因此，利用数据定量且客观地评价施工中衬砌的稳定性具有重要的实用价值。在更进一步之前，必须先选择在分析中用什么测量参量。不同的研究人员使用不同的参量来满足不同项目在施工阶段中安全性评价。Sakurai等在1995年通过比较发生在隧道围岩中的应变和岩石容许应变来评估隧道的稳定性。Zhu等人(1998年)及Zhu(2001年)通过比较位移测量值及隧道所能承受的极限位移来评价隧道的安全性。根据地面条件及材料和衬砌的尺寸，通过数值模拟和工程经验来确定极限位移。本文中，选择通过衬砌内力计算得来的衬砌位移作为基本的参量，而不考虑地面条件和地面与喷射混凝土衬砌之间的相互作用。总所周知，衬里的径向位移在隧道施工中扮演一个重要的角色。尽管地面的力学特征和它与衬砌的相互作用是在开挖和支持过程中受到各种因素的影响，并因而非常复杂，衬砌的位移还是地面特征和结构稳定性是最直观的，最重要,客观而可信的表征（Mu，1996年）。即便对影响因素，各因素的力学动态及其相互作用知之甚少，衬砌的位移仍能反应地面和结构的稳定性。另一反面，位移的测量比较容易，所需工具也简单。它对施工的影响很小，从而降低成本，因此在实践中得到广泛应用。在隧道衬砌径向位移已被选为参数的基础上，本文着重与素混凝土衬砌，旨在建立一种可靠性分析方法。研究首先建立性能函数，接着列出公式计算衬砌段的长度和中心轴的曲率,以及轴向力和弯矩。随后调查包括衬砌位移、衬砌厚度和喷射混凝土的力学性能等基本随机变量的统计特性，这一过程通过给出的测量位移计算可靠项指标。利用上述工作，进行两个案例的研究并将计算结果与现场情况进行比较。本文结尾总结了该方法的本质，和对进一步发展的展望。1教授，北京交通大学土木工程与建筑学院，中国北京100044。2博士生，北京交通大学土木工程与建筑学院，中国北京100044。3教授，夏威夷大学马诺亚分校工程学院，夏威夷群岛檀香山 96822。图. 1. 衬砌段性能函数考虑到喷射混凝土截面最初的失稳。衬砌的变形被认为是微小的，线性和弹性的。对于无钢筋混凝土构件，必须避免由轴向压缩引起的破碎和因弯曲引起的开裂两种类型的失稳。因此，抗裂和抗破碎极限状态的性能函数课表示为（Zhang和Yang，199年；中国铁路标准，2005年，中国国家标准，2002年） (1)为了通过位移来评价内力,让我们考虑如图.1所示的衬砌段。该段可以是衬砌切除的一部分，或该段本身就是经常采用的非全断面施工方法建造的单独完整的一段衬砌。施加于该段的力可通过作用于拱背（拱的外曲线）的任意分布荷载、轴力、弯矩及作用在两端的剪力来表示。作用在该段上的所有这些外力都会是其产生位移（轴向压缩变形和弯曲变形）。理论上来说，该段上的内力只能通过位移来确定。为了证明这个事实，作出以下假设：衬砌的挠度很小，在这个量级的变形下，喷射混凝土是线弹性材料。该段横截面保持平面切垂直于它的纵向轴线，即，平界面假设成立。不考虑由泊松比和作用于衬砌拱背段的荷载引起该段横截面平面变形，换句话说，变形过程中横截面的尺寸和平面内任意两点间的距离保持不变。中性轴穿过横截面形心。不考虑衬砌内部存在的剪力，这意味着采用纯弯曲而非实际的不均匀弯曲。详细调查显示，对于长细比不超过10的的矩形梁，由剪力引起的挠曲变形将不超过2.2%(Gere and Timoshenko 1984年; Timo