板溪隧道二次衬砌裂缝扩展规律及安全性评价

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二衬作为隧道的支护,对保证隧道的稳定性有着重要意义,然而在实际工程中,由于各种原因造成隧道二衬开裂,严重削弱了二衬对隧道结构的支护作用,对隧道的安全性和耐久性产生巨大的威胁。鉴于此,本文以重庆市酉阳地区板溪隧道为工程背景,通过建立三维隧道衬砌模型,对二衬裂缝扩展规律进行研究,得到带裂缝衬砌的裂缝扩展规律,并对板溪隧道进行安全性评价,研究成果对裂缝病害的防治与治理具有重要的工程意义。主要研究内容及成果如下:(1)通过查阅相关文献,并结合重庆市酉阳地区32座隧道检测报告,从地质构造、设计、施工等因素,分析隧道二衬裂缝的分布规律及开裂原因。(2)利用有限元软件ANSYS,建立三维隧道二衬模型,考虑钢筋与混凝土的滑移效应,研究在均布荷载、衬砌局部偏压、衬砌背后空洞等情况下,二衬裂缝的分布规律和开裂荷载,研究发现,二衬在均布荷载作用下,仅承受围岩压力时不会产生裂缝;衬砌局部偏压时,裂缝主要分布在衬砌偏压处内侧,衬砌背后空洞时,裂缝主要分布在衬砌空洞处外侧。(3)利用有限元软件ANSYS模拟完好衬砌的开裂过程,得出开裂荷载和极限承载力,并建立带裂缝隧道二衬有限元模型,共设计13种工况,改变预设裂缝长度、宽度、深度和位置,对带裂缝衬砌的裂缝扩展规律及承载力进行研究,结果表明,从裂缝尺寸来看,裂缝深度对二衬裂缝扩展规律及承载力影响最大,长度次之,宽度影响最小,且当裂缝长度达到6m或深度达到15cm时,带裂缝衬砌在围岩压力作用下将产生新的裂缝;从裂缝位置来看,预设裂缝处往往先开裂,但当裂缝位于拱腰时,拱顶处先开裂,即拱腰处出现裂缝对二衬裂缝扩展及承载力影响较小。(4)利用数值模拟,得出带裂缝衬砌在不同预设裂缝长度、宽度、深度和位置时的内力,修正带裂缝衬砌的安全系数计算方法,并计算安全系数,得出结构安全预警值,结果表明,当裂缝长度达到6米或深度达到衬砌厚度的1/3时,安全系数接近规范值,故将裂缝长度6米和深度与衬砌厚度之比为1/3定为结构安全预警值。(5)通过数值模拟结果,并结合板溪隧道检测报告,对板溪隧道进行安全性评价,结果表明,板溪隧道中已有3处裂缝达到安全预警值,需采取加固措施。
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