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隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全評估

文檔作者：胡世金王斌文檔來源：北京市政路橋管理養(yǎng)護集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月08日
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軌道交通與地下工程器
Track Tra仟ic＆Underground Engineering
隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全評估
胡世金．王斌
(北京市政路橋管理養(yǎng)護集團有限公司，北京102308)
摘要：為保證隧道襯砌實際套拱結(jié)構(gòu)的安全，采用MIDAS／civil有限元分析軟件和橋梁博士建立套拱結(jié)構(gòu)模型并進行
了計算，通過分析和實踐檢驗得出實際套拱結(jié)構(gòu)是安全適用的。分析了使用過程中套拱結(jié)構(gòu)存在的風(fēng)險，并提出了相應(yīng)
的防范措施。
關(guān)鍵詞：隧道襯砌；套拱結(jié)構(gòu)；安全評估；建模計算；風(fēng)險；防范
中圖分類號：U 455．91 文獻標志碼：B 文章編號：1009—7767(2014)06—0071一04
Security Assessment of Tu肌el LiIling Structure
Hu Shijin，Wang Bin
東方紅隧道位于北京市門頭溝區(qū)109國道K46+
487處，為設(shè)計行車速度30 k汕的3級公路隧道，單
洞雙向行車。隧道全長526 m，寬8．03 m，高5．85 m，縱
坡約為2．3％。隧道建成后經(jīng)過近50年的使用，安全狀
況已是1A。目前隧道無襯砌段和洞口局部有落石可
能，存在危及行人、行車安全的隱患：襯砌裂縫及脫空
病害對襯砌結(jié)構(gòu)安全有一定影響，應(yīng)盡早采取處置措
施；隧道浸滲情況普遍，可能加劇襯砌裂縫的開展。
為保證隧道的正常安全運營，在2013年5月至
12月對東方紅隧道進行了加固大修，主要是全隧道增
設(shè)1道厚度不小于20 cm的鋼筋混凝土襯砌套拱，采
用12 m長的模板臺車施工。襯砌套拱結(jié)構(gòu)設(shè)計為：襯
砌套拱內(nèi)半徑4．08 m，圓心角為139057’34”，圓心距路
面高1．56m，兩側(cè)直墻高3．01 m；襯砌采用C25防滲混
凝土，最小厚度15 cm，內(nèi)側(cè)外層配置HRB335∥16@
200 mm環(huán)型鋼筋、內(nèi)層配置HRB335矽16@200 mm水
平鋼筋．鋼筋混凝土保護層厚度40 mm。
實際施工中發(fā)現(xiàn)：舊隧道兩側(cè)直墻大部分為漿砌
塊石．線形較差且凹凸不平；舊隧道拱圈采用小模板
襯砌，因拱圈弧度不均，同一橫斷面半徑不同，使套拱
的混凝土厚度不均。上述問題導(dǎo)致該次施工中兩側(cè)直
墻最大鋼筋保護層達到10 cm，實際套拱拱頂混凝土
最大澆筑厚度35 cm、拱腳混凝土最小厚度15 cm。
①引自中華人民共和國交通運輸部，公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)
險評估指南(試行)。
為預(yù)防公路施工重特大生產(chǎn)安全事故發(fā)生，提高
工程施工安全風(fēng)險控制能力①．特對襯砌套拱結(jié)構(gòu)進
行安全評估。
l建立模型
考慮到實際施工與設(shè)計意圖出現(xiàn)了一定偏差，為
驗證實際套拱結(jié)構(gòu)是否安全，采用MIDAS，civil有限元
軟件對存在問題的襯砌段進行模擬分析，為后續(xù)施工
提供依據(jù)。
1．1操作環(huán)境
采用MIDAS／civil有限元分析軟件．取12 m混凝
土襯砌段建立有限元模型，襯砌混凝土全部采用實體
單元模擬。
1．2邊界處理
約束底部襯砌混凝土X、y、Z3個方向的自由度，
同時約束拱腳水平位移。
1．3荷載工況
1)工況l：按照設(shè)計，套拱厚20 cm，配鋼筋∥16
間距20 cm，保護層厚度4 cm，驗算各截面應(yīng)力狀況。
2)工況2：按現(xiàn)場情況，拱頂超挖，套拱厚35 cm，
拱腳欠挖，套拱厚15 cm，保護層4 cm情況，驗算各截
面應(yīng)力狀況。
3)工況3：按現(xiàn)場情況，拱頂超挖，套拱厚35 cm，
拱腳欠挖，套拱厚15 cm，保護層10 cm情況，驗算各截
面應(yīng)力狀況。
工況1～工況3設(shè)計套拱混凝土厚度見圖1。
2014年第6期(11一)第32巷啼葒數(shù)術(shù)71
萬方數(shù)據(jù)
器軌道交通與地下工程
。f roc氧’丁f丞Ff；c&amp;amp;Underground Englnee“ng 拼N
、
互(
：
__r 352 352
50一。50
803
圖l 設(shè)計套拱混凝土厚度(cm)
1．4主要技術(shù)參數(shù)
1)C25混凝土彈性模量：E。=2．8×104 MPa；
2)C25混凝土材料強度設(shè)計值：[盯。]-1．27 MPa，
[以]_11．9 MPa。
1．5計算模型
計算模型如圖2所示。
圖2 MIDAS civil模型
2 MmAS計算結(jié)果
2．1工況1計算結(jié)果
計算結(jié)果如圖3、4所示。
圖3工況l套拱縱向應(yīng)力分布(MPa)
72 啼葒故木2014 No．6(NoV．)VoI．32
+
圖4工況1套拱撓度分布(mm)
由圖3、4可知，拱頂為最不利位置，最大拉應(yīng)力
O．18MPa，最大壓應(yīng)力-0．36MPa，拱頂最大撓度0．20mm。
2．2工況2計算結(jié)果
計算結(jié)果如圖5、6所示。
圖5‘T況2套拱縱向應(yīng)力分布(MPa)
圖6工況2套拱撓度分布(mm)
一：蓋
日：囂
日囂
口：器
量蒸
^-口H州√
。L
由圖5、6可知，拱頂為最不利位置，最大拉應(yīng)力
O．26 MPa，最大壓應(yīng)力_041 MPa，拱頂最大撓度0．22 mm。
2．3工況3計算結(jié)果
計算結(jié)果如圖7、8所示。
由圖7、8可知，拱頂為最不利位置，最大拉應(yīng)力
0．28 MPa，最大壓應(yīng)力_042 MPa，拱頂最大撓度0．22 mm。
由圖3～8可以看出．襯砌拱頂?shù)撞亢凸澳_背部是
設(shè)計薄弱部位?？刹捎门渲娩摻畲胧M足混凝土抗拉
萬方數(shù)據(jù)
岡8 I：況3套拱撓度分布(mm)
強度的要求；T況2相比T況l為不利設(shè)計T況，所以
只需建立1二況2梁單元模型，分別得出拱頂、拱腳內(nèi)
力值，采用橋梁博士軟件進行截面鋼筋配置和驗算。
3橋梁博士驗算
3．1提取MmAS計算內(nèi)力
梁單元模型及計算結(jié)果如圖9～12所示。
軌道交通與地下工程昌昌
q 1 1 剪力(k．、
L
L
通過計算得出拱頂下緣最大拉應(yīng)力單元的內(nèi)力值：
軸力肚一8-3 kN、剪力Q=0．2 kN、彎矩M=27．1 kN·m；
拱腳背部最大拉應(yīng)力單元的內(nèi)力值：軸力止一31．4 kN、
剪力Q=1．7 kN、彎矩M=一1 1．0 kN·m。
3．2橋梁博士驗算結(jié)果分析
取襯砌混凝土徑向1 m寬度長度進行計算分析。
3．2．1拱頂(35 cm)下緣
1)下緣配置5∥16 mm鋼筋(保護層4 cm)：長期荷
載彎矩M-27．1 kN·m；全部使用荷載彎矩M．，=27．1 kN·m；
長期荷載裂縫寬度(d廠)為0．116 mm

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