铁路隧道衬砌脱空对结构安全的影响分析.pptx

铁路隧道衬砌脱空对结构平安的影响分析 1 概述 2 脱空的数值模拟 3 脱空的原因 4 平安影响分析 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 5 结论 随着铁路建设的范围越来越广泛，铁路隧道面临的地质、设计、施工及结构平安问题较以往更具有特殊性和典型性。隧道衬砌结构是否可靠，主要由地质条件、设计参数、施工质量以及相应的建设管理等因素控制。由于铁路隧道衬砌断面考虑空气动力学原因，隧道断面较大，给隧道施工质量提出了更高的要求。按照新奥法的设计理念，隧道衬砌与围岩紧密贴合，共同受力变形，设计计算中也考虑隧道衬砌背后的围岩可以提供连续的径向弹性抗力。 1 概述 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 1 概述 然而，由于施工质量问题，隧道衬砌与背后围岩脱空，未密贴，围岩未提供连续有效的弹性抗力，衬砌结构承载不均匀，产生不均匀地层反力，引起结构局部地方应力集中，严重影响结构平安储藏，危害结构平安，实际工程中造成结构开裂、掉块，局部结构防排水措施失效等病害。本文结合某铁路隧道的工程实例，以数值模拟为手段，分析不同脱空部位及脱空范围对结构受力特征的影响，为铁路隧道的结构平安提供技术根底及方案处理对策。 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 2.1 数值计算模型建立及参数取值 由于隧道背后脱空现象多发生于岩层条件较好的硬质岩中，以典型的灰岩隧道为例，隧道断面深埋，围岩为17-8灰岩(D2q)：浅灰、灰色，中厚层状，岩质硬脆，节理裂隙弱发育，地下水弱发育。断面采用地层结构法进行了Ⅲ级围岩隧道平面应变分析，III 级 A 型复合式衬砌断面如图 1 所示。计算模型横向宽度 180 m，纵向高度 150 m，直角坐标系的坐标原点位于仰拱中心。 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 假设围岩材料均服从Mohr-Coulomb准那么，四面体单元进行离散；隧道二衬采用弹性梁单元模拟，左侧边墙脚处的单元为1#，顺时针编号，二衬共划分了92个单元。 在整体坐标系里，X轴平行于隧道断面且与水平地面平行，Y轴垂直向上，Z轴沿隧道中线，静力分析中X方向约束法向位移，底部边界约束X、Y方向位移，共离散了2740个单元，2850个节点。数值计算各参数取值见表 1。 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 2.1 数值计算模型建立及参数取值 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 图1：III级A型复合式衬砌断面示意图 2.1 数值计算模型建立及参数取值 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 表1： 模拟参数取值 2.1 数值计算模型建立及参数取值 项目名称 E/MPa μ 天然容重 γ(kN/m3) 内聚力 c(kPa) 内摩擦角 φ(º) 围岩 3700 0.28 25 1100 44 二衬 30000 0.22 25 —— —— 2.2 静力模拟工况 本次模拟共进行了10种工况的分析，考虑沿拱圈 0.5m范围内混凝土与二衬脱离来进行模拟，共划分了16个脱空单元，如图2所示。模拟主要分为4种类型10个小项，分别为：二衬与围岩紧密贴合无脱空、拱顶脱空、拱腰脱空和边墙脱空，具体工况如表2所示。 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 图2：数值模拟16个脱空单元示意图 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 2.2 静力模拟工况 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 表2： 数值模拟工况表 2.2 静力模拟工况 项目名称 模拟内容 无脱空 二衬与围岩紧密贴合 拱顶脱空 1 m 单元 1 与二衬分离 2 m 单元 1、单元 2 与二衬分离 4 m 单元 1~单元 4 与二衬分离 拱腰脱空 1 m 单元 9 与二衬分离 2 m 单元 9、单元 10 与二衬分离 4 m 单元 9~单元 12 与二衬分离 边墙脱空 1 m 单元 13 与二衬分离 2 m 单元 13、单元 14 与二衬分离 4 m 单元 13~单元 16 与二衬分离 2.3 计算结果 隧道衬砌脱空对结构平安的影响 2 脱空的数值模拟 KN ≤ ϕaRa bh (1) 式中 Ra——混凝土或砌体的抗压极限强度； K——安全系数； N——轴向力； b——截面宽度； h——截面厚度； φ——构件的纵向弯曲系数；对于隧道衬砌取 φ = 1.0； a——轴向力的偏心影响系数。 根据?铁路隧道设计标准?(TB10003-20**) [6]的衬砌计算方法，混凝土