論隧道二襯欠厚檢測及結(jié)構(gòu)安全性

余永軍

摘? 要：結(jié)合當(dāng)前鐵路隧道發(fā)展的情況，結(jié)合自身從事隧道檢測工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了隧道二襯檢測應(yīng)該注意的要點(diǎn)，并通過實(shí)踐案例分析了襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法，以及開展了相關(guān)的計(jì)算工作，希望對(duì)于全面提升隧道檢測水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：隧道檢測;二襯欠厚檢測;檢測方法;結(jié)構(gòu)安全性

當(dāng)前，我國的鐵路事業(yè)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的背景下迎來了空前發(fā)展機(jī)會(huì)，從實(shí)際情況下存在著施工水平不高、地質(zhì)環(huán)境負(fù)責(zé)等情況，部分隧道工程存在著質(zhì)量缺陷。如果不加以重視，則會(huì)造成質(zhì)量缺陷問題日趨嚴(yán)重，會(huì)造成隧道的安全性受到影響。針對(duì)當(dāng)前二襯欠厚方面的研究工作來看，二襯屬于保障隧道安全重要方面，如果其存在著二襯欠厚的問題，則意味著承載力偏低、承受力不合理等情況?？紤]到二襯截面為矩形梁的情況，存在著欠厚截面的問題，這樣會(huì)造成明顯降低慣性矩與剛度的情況，也會(huì)造成偏離中性軸的情況，進(jìn)而引發(fā)應(yīng)力集中的影響，會(huì)造成容易出現(xiàn)高速列車運(yùn)行引起的動(dòng)力響應(yīng)問題，也反作用在破壞襯砌方面?？紤]到二襯欠厚的成因，從實(shí)際來看，主要涉及到土體塌落、超挖和欠挖、地質(zhì)環(huán)境差和混凝土向下錯(cuò)動(dòng)等方面。

1 隧道二襯檢測

在具體檢測實(shí)踐中，選擇設(shè)備為SIR-3000 型探地雷達(dá)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用工況要求來配置高中低頻雷達(dá)天線，能滿足于16 MHz ～ 2. 2 GHz頻率范圍要求，并能配置相應(yīng)的位置自動(dòng)伺服系統(tǒng)，能有效進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)的有效接受。在具體的檢測實(shí)踐中，能滿足于雷達(dá)主機(jī)發(fā)射高速脈沖信號(hào)的要求，具體速度能實(shí)現(xiàn)64 次/ s，并結(jié)合實(shí)際需求來控制每米進(jìn)行布測50個(gè)。

1. 1 探地雷達(dá)測線布置

只有通過合理化布置相應(yīng)的探地雷達(dá)檢測位置，方可進(jìn)一步探測鐵路隧道襯砌病害問題。從實(shí)際情況來看，主要涉及到的關(guān)鍵位置為拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻以及仰拱等六個(gè)部分。同時(shí)，考慮到實(shí)際情況下的已經(jīng)運(yùn)營隧道情況，難以開展探地雷達(dá)檢測，這里僅通過實(shí)際來落實(shí)前面五個(gè)關(guān)鍵位置的布置。

1. 2 探地雷達(dá)檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

利用SIR-3000 型探地雷達(dá)來開展相應(yīng)的隧道二襯厚度檢測工作，經(jīng)過相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)表明，存在著二襯欠厚部位154處，襯砌背后空洞位置有39處，而二襯欠厚且襯砌背后空洞情況為37處。這樣能有效表明借助于探地雷達(dá)檢測的有效性。

通過相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，影響隧道結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營主要因素為二襯欠厚病害，其將近占到了總體病害數(shù)的七成。同時(shí)，結(jié)合二襯欠厚對(duì)隧道結(jié)構(gòu)影響情況，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容，其中，拱頂?shù)娜毕莘植悸仕急壤^大，究其原因，主要是考慮到建設(shè)實(shí)踐中，在重力影響作用下，特別沒有全凝固狀態(tài)下，可能存在著有效的支撐約束的過早拆除情況，容易出現(xiàn)向下塌落的問題，進(jìn)而出現(xiàn)拱頂二襯缺陷的問題。

2 襯砌結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法

結(jié)合素混凝土二次襯砌截面的安全驗(yàn)算的實(shí)際情況，在進(jìn)行相關(guān)的破損過程中的驗(yàn)算來看，可以明確相應(yīng)的安全系數(shù)，反映出 襯砌結(jié)構(gòu)安全性。在具體的結(jié)算過程中，結(jié)合初始偏心距的情況來進(jìn)行處理，當(dāng)其值超過0. 2d范圍，則按照（1）計(jì)算;而小于0. 2d則按照（2）計(jì)算相應(yīng)的混凝土截面偏心受壓。

考慮到相應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在進(jìn)行地層壓力計(jì)算過程中，結(jié)合地層特點(diǎn)以及圍巖對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的約束影響，選擇發(fā)揮出Winkler 地層模型的優(yōu)勢來進(jìn)行相關(guān)推斷。具體可以選擇相應(yīng)的有限元的分析方法，能實(shí)現(xiàn)襯砌結(jié)構(gòu)上的分布荷載轉(zhuǎn)化為集中荷載作用于節(jié)點(diǎn)的要求，可以選擇相應(yīng)的彈簧模擬的圍巖約束的方案，通過集中荷載方式作用在節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行相關(guān)的受力分析。

3 隧道二襯欠厚計(jì)算模型及二襯安全性分析

從現(xiàn)場勘查的情況表明，高速鐵路隧道所穿越大都是Ⅳ級(jí)的地層圍巖，屬于深埋隧道的范疇。結(jié)合SIR-3000 型探地雷達(dá)檢測的數(shù)據(jù)，整體上結(jié)合相應(yīng)的情況，落實(shí)在拱頂、拱腰、邊墻等關(guān)鍵位置存在著不同程度的缺陷問題。于是，選擇有限元分析軟件來進(jìn)行相應(yīng)的模型構(gòu)建，其中，可以按照實(shí)況參數(shù)要求來構(gòu)建模型，進(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)的計(jì)算。利用有限元仿真的方式，能明確展示出結(jié)構(gòu)各部位的內(nèi)力情況，并落實(shí)相應(yīng)的安全系數(shù)。參考《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的襯砌截面受力形式的不同來確定相關(guān)安全系數(shù)。通過相關(guān)的計(jì)算，落實(shí)各部位安全系數(shù)的函數(shù)擬合操作，這樣能有效保障最小安全厚度的要求。從相應(yīng)的結(jié)算結(jié)果來看，其中。二襯整體欠厚h0/ h<0. 479的情況下，意味著拱頂受到拉力作用而遭到破壞，此時(shí)臨界厚度為19.8cm;同樣的方式，確定拱頂欠厚的厚度為16. 7～ 26. 3 cm范圍;左拱腰欠厚情況下，并沒有出現(xiàn)拉壓破壞的情況;在左邊墻欠厚的情況下，臨界厚度為3.5cm。

4 結(jié)論

結(jié)合工程實(shí)踐案例，在具體的二襯結(jié)構(gòu)缺陷檢測的實(shí)踐中，重點(diǎn)探討了基于二襯欠厚部位、欠厚程度等情況，并就相應(yīng)的應(yīng)力結(jié)構(gòu)部分以及安全性問題進(jìn)行探討，探討了二襯主要的缺陷表現(xiàn)為欠厚缺陷，并落實(shí)了不同結(jié)構(gòu)所造成的內(nèi)力分布的具體情況，落實(shí)了二襯整體欠厚的情況下，相關(guān)各個(gè)部門的臨界厚度的情況。總體來看，本文提出的方法對(duì)于提升隧道二襯欠厚檢測及結(jié)構(gòu)安全性水平有所幫助。

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