空间裂缝病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

基于现场检测结果,针对隧道衬砌裂缝病害,借助ANSYS有限元分析软件,采用荷载－结构法建立含纵向裂缝的隧道计算模型,考虑拱顶和拱腰部位裂缝,分析不同长度、深度裂缝对衬砌结构安全性影响大小,并总结不同规模裂缝下衬砌结构安全性的变化规律。结果表明:裂缝对裂缝附近区域结构的安全性危害最大,拱顶裂缝对衬砌结构的危害程度要远大于拱腰裂缝,且裂缝深度对衬砌结构安全性影响较裂缝长度更为显著,最后在此基础上提出了空间裂缝下衬砌结构安全性评判标准,对不同规模裂缝危害进行等级划分,为隧道相应的病害整治提供了依据。     

公路隧道衬砌背后缺陷风险评估研究

衬砌背后缺陷是隧道工程的常见病害之一,具有隐蔽性、复杂性和不确定性等特点,因此就衬砌背后缺陷存在时的隧道结构风险评估进行了研究。对衬砌背后缺陷进行辨识和分析,确定缺陷发生的概率,同时对一个二维圆形公路隧道模型设置不同位置且大小不同的各种背后缺陷,数值模拟得出这些缺陷对衬砌结构内力的影响,从而建立其后果的严重程度,再采用风险矩阵得出风险等级。在此基础上以某公路隧道为例,就存在的衬砌缺陷对该隧道结构进行具体的风险评估。衬砌背后存在缺陷时,衬砌的内力会大幅增长,使得结构面临很大的破坏风险,采用风险评估的方法得出具体的风险等级,从而正确定位缺陷,可以更加直观地看出衬砌背后缺陷对隧道结构的危害。     

改进组件树在隧道裂缝识别中的应用*

为提高衬砌裂缝病害事故隐患识别率,解决隧道表面普遍存在的对比度低、噪声污染严重、光照不均匀等问题,采用Retinex方法对图像进行噪声抑制和细节增强,结合组件树算法快速建立组件树并剪枝,建立1种新的隧道衬砌裂缝识别算法。研究结果表明:改进后的算法可有效平衡图像光照,保护图像中裂缝边缘信息,识别精度大于95%。研究结果可为识别隧道裂缝引起的安全隐患提供新的方法。     

渗漏水病害下铁路隧道衬砌结构安全性研究

为研究既有铁路隧道渗漏水病害下衬砌结构的安全性,基于西南地区118座铁路隧道病害检测资料,探讨病害产生机理;运用有限差分软件FLAC3D分析地下水位、衬砌裂损程度及围岩松动圈厚度等不利因素作用下,渗漏水病害对衬砌结构安全性的影响,并运用灰色关联度理论分析这种安全性对各个影响因素的敏感性。研究结果表明,渗漏水病害对衬砌结构安全性的影响较大,其中衬砌边墙安全性最低,为受力最不利位置;地下水位为导致渗漏水病害的最大因素。     

某公路隧道病害成因分析与治理研究

通过对某公路隧道病害的现场调查,在对其主要病害进行分类的基础上,充分考虑隧道勘察、设计和施工因素,结合隧道应力分布和受载情况,分析了隧道病害的现状,根据裂缝的走向可将其分为纵向裂缝、斜向裂缝和环向裂缝。笔者认为,该病害产生原因主要是施工、设计及地质因素;提出的隧道病害整治措施是在充分了解隧道地质条件的情况下,应严把施工质量关。研究得到的隧道病害原因和治理预防措施,对相似病害的防治具有借鉴作用。     

隧道二次衬砌与初期支护间脱空原因分析及处理

随着隧道在线路中占的比重增大,其在施工过程中的质量问题也愈发明显.隧道衬砌结构的病害一般分为表面病害和非表面病害,隧道脱空是导致隧道产生多种形式病害的原因之一,随着新奥法的推广和应用,现在隧道一般都采用初期支护、防水层、二次衬砌构成的复合式衬砌结构,二次衬砌脱空问题变得十分普遍,这种病害形式将显著改变结构的受力状态,增大二次衬砌结构受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承载.本文对隧道二次衬砌脱空产生的原因进行综合分析,提出相应的预防对策,并结合金宝顶隧道洞门二次衬砌与初期支护间脱空对隧道脱空治理的关键技术进行探讨分析.     

铁路隧道整体式衬砌火灾力学响应特性数值模拟

通过ANSYS有限元数值模拟软件,建立了铁路隧道整体式衬砌的二维热力耦合有限元计算模型,基于ISO834标准火灾温升曲线,对不同单双线和不同等级围岩的铁路隧道整体式衬砌(单线III级围岩衬砌、双线III级围岩衬砌、单线IV级围岩衬砌、双线IV围岩衬砌)的火灾力学响应行为进行了数值模拟研究,获得了火灾作用下,不同的铁路隧道整体式衬砌拱顶竖向位移、边墙侧向位移、压应力、剪切应力的变化情况。结果表明:双线整体式衬砌拱顶的竖向位移大于单线整体式衬砌,围岩等级越大整体式衬砌拱顶的竖向位移越大,整体式衬砌承受的最大压应力和最大剪切应力随时间集中在不同厚度层的混凝土区域上。所获得的结论可为铁路隧道整体式衬砌的防火设计和安全性研究提供理论参考。     

基于FTA的运营隧道衬砌渗水原因分析及预防

隧道衬砌渗水已成为影响运营隧道结构强度和稳定的关键因素。为了能在运营隧道的日常管理与维护过程中有效预防运营隧道衬砌渗水的发生,从隧道运营管理与维护的角度,运用事故树分析法较为系统、全面地分析得出了运营隧道衬砌渗水的11个基本原因和8个理论预防方案。通过综合比较分析,提出了“有效泄压”和“及时检测修复裂缝”2个预防运营隧道衬砌渗水的可行方案,并相应地给出了各可行预防方案的具体措施。针对不能从本质上解决隧道衬砌裂缝的情况,指出加强运营隧道衬砌渗水检测与预警技术的研究和应用,是实现有效预防运营隧道衬砌渗水的必要途径。     

寒区隧道溶洞安全距离及衬砌冻胀影响规律研究

为了探究寒区溶洞的大小、远近对隧道结构安全的影响规律，依托寒区某高铁岩溶隧道建立三维有限元模型，通过不同工况的模拟得出溶洞距隧道安全距离临界值与溶洞隧道体积比成正比关系，并拟合出安全距离临界值随溶洞与隧道体积比的变化曲线和关系式。探究溶腔积水冻胀力对衬砌结构的影响规律，基于该寒区隧道周边不同位置、远近的溶洞对其影响进行模拟，研究结果表明:隧底处溶洞冻胀力影响最为显著，且距隧底超过10 m时，小型溶腔冻胀力对隧道的影响较小，衬砌变形值渐趋稳定。研究结果可为该寒区隧道溶洞处理提供依据，并为后续类似工程提供借鉴。     

铁路长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统研究

基于服役期铁路长大隧道健康状况劣化影响因素分析,结合隧道衬砌结构特点和健康状况监测实际,采用智能传感、信息融合、故障诊断技术,构建集监测、诊断、评估于一体的长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统。研究系统的软硬件设施及其布设技术,建立长大隧道健康状况综合评估体系,给出健康诊断量化评估标准。以国内某铁路长大隧道为例,对其健康状况实施远程监测与诊断分析。结果表明,该条服役隧道健康问题的主要影响因素为隧道衬砌漏水、隧道衬砌裂缝、隧道衬砌变形、隧道衬砌剥落等病害,尤以隧道衬砌变形最为严重,健康等级为4级。     

基坑开挖引起邻侧盾构隧道开裂特性研究*

为探究基坑开挖导致邻侧既有盾构隧道出现开裂破损而带来的不利影响,采用地层-结构法与荷载-结构法相结合的计算方法,同时考虑内置钢筋对混凝土的加强作用,精细化地模拟基坑开挖影响下,非连续盾构管片结构接头处裂缝的扩展过程,揭示其开裂机制。研究结果表明:基坑开挖过程中,管片衬砌“横鸭蛋”变形模式决定了其开裂范围,即左、右拱腰附近为主开裂区;管片的裂损特征为纵向裂缝,初始裂缝由左、右拱腰外弧面逐渐向两侧接头处延展,右拱腰接头处裂缝扩展连接为沿厚度方向的环状裂缝。     

外力作用下管道内表面缺陷处裂纹扩展研究

为提高油气管道安全风险评估的准确性,以含内表面缺陷管道为研究对象,利用ABAQUS软件线弹性及弹塑性分析不同尺寸缺陷对裂纹萌生特征的影响;采用扩展有限元法,建立管道3点弯曲模型与全尺寸静载物理试验,并非线性拟合裂纹扩展尺寸,研究内表面缺陷处裂纹扩展情况。研究结果表明:内表面缺陷中心处极易萌生裂纹,随着缺陷尺寸的增大,裂纹萌生所需外力在缺陷相对长度为0.08、相对深度为0.4时的增长趋势变化较大,且缺陷深度对裂纹萌生的影响更大;对比数值模拟与全尺寸物理试验,发现在小于70 mm位移载荷或147.25 kN外力下裂纹尺寸快速扩展,之后呈变缓的趋势;非线性拟合裂纹尺寸,得到较为准确的裂纹扩展尺寸的预测结果。     

火灾下盾构隧道管片衬砌热力耦合数值分析

结合盾构隧道工程实例,利用ANSYS有限元分析软件,建立了隧道衬砌结构的有限元实体模型,对隧道内施加温度荷载,先分析衬砌结构内部温度场的分布情况,在温度场分析的基础上,进一步对混凝土管片衬砌结构进行力学分析,分别得出衬砌结构内的温度分布规律及衬砌结构在高温作用下的应力变化规律,进一步研究其在火灾作用下的破坏部位,从而为评估盾构隧道在火灾作用下的安全性提供理论依据。     

复杂地铁工程施工安全控制技术研究

北京地铁5号线崇文门站为国内首次在既有地铁隧道下方采用暗挖法施工的地铁车站,施工期间要保证既有地铁线路的正常运营,因此施工难度和风险极大。施工前对既有地铁结构进行了安全评估,根据评估结果并结合相关规范制定了既有线结构变形的安全控制标准。在施工风险分析的基础上,结合数值模拟计算确定了柱洞法施工方案,并辅以降水、超前大管幕和注浆等辅助技术措施,同时采用远程自动监测系统实时监控既有线的动态变化,对施工中既有线结构出现的异常变形进行了及时处理,最终地铁车站成功建成,并确保了既有地铁结构的安全和线路的正常运营。     

高烈度地震区隧道软硬围岩交接段刚柔并济抗减震技术研究*

为提高高烈度地震区隧道抗震性能，以某铁路隧道为研究背景，分析3种抗减震措施下隧道不同监测点隧道拱顶沉降、边墙收敛、衬砌结构PGA及最小安全系数，通过对比分析得到最优抗减震措施。结果表明:相比于工况1，工况2隧道拱顶沉降减小10.54%~81.10%，边墙收敛减小13.92%~78.77%，衬砌结构PGA减小31.42%~72.02%，最小安全系数增加18.04%~66.13%；相比于工况1，工况3结构拱顶沉降减小3.04%~18.02%，边墙收敛减小4.70%~32.00%，PGA增加13.95%~27.48%，最小安全系数增加7.49%~30.99%；工况4即“减震层+SFRC衬砌”刚柔并济法，相比于工况1，隧道拱顶沉降减小18.46%~83.98%，结构边墙收敛减小17.54%~85.47%，PGA减小30.00%~69.98%，最小安全系数增加47.95%~83.56%；4种工况抗减震性能由高到低依次为:工况4＞工况2＞工况3＞工况1。研究结果可为隧道软硬围岩交接段抗震设防提供理论参考。