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      隧道襯砌結構的安全評估

      文檔作者: 胡世金 王斌        文檔來源: 北京市政路橋管理養護集團有限公司
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      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 隧道襯砌結構的安全評估 胡世金.王斌 (北京市政路橋管理養護集團有限公司,北京102308) 摘要:為保證隧道襯砌實際套拱結構的安全,采用MIDAS/civil有限元分析軟件和橋梁博士建立套拱結構模型并進行 了計算,通過分析和實踐檢驗得出實際套拱結構是安全適用的。分析了使用過程中套拱結構存在的風險,并提出了相應 的防范措施。 關鍵詞:隧道襯砌;套拱結構;安全評估;建模計算;風險;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109國道K46+ 487處,為設計行車速度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 病害對襯砌結構安全有一定影響,應盡早采取處置措 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。襯砌套拱結構設計為:襯 砌套拱內半徑4.08 m,圓心角為139057’34”,圓心距路 面高1.56m,兩側直墻高3.01 m;襯砌采用C25防滲混 凝土,最小厚度15 cm,內側外層配置HRB335∥16@ 200 mm環型鋼筋、內層配置HRB335矽16@200 mm水 平鋼筋.鋼筋混凝土保護層厚度40 mm。 實際施工中發現:舊隧道兩側直墻大部分為漿砌 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。上述問題導致該次施工中兩側直 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 險評估指南(試行)。 為預防公路施工重特大生產安全事故發生,提高 工程施工安全風險控制能力①.特對襯砌套拱結構進 行安全評估。 l建立模型 考慮到實際施工與設計意圖出現了一定偏差,為 驗證實際套拱結構是否安全,采用MIDAS,civil有限元 軟件對存在問題的襯砌段進行模擬分析,為后續施工 提供依據。 1.1操作環境 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,驗算各截面應力狀況。 2)工況2:按現場情況,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 面應力狀況。 3)工況3:按現場情況,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 面應力狀況。 工況1~工況3設計套拱混凝土厚度見圖1。 2014年第6期(11一)第32巷啼葒數術71 萬方數據 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 設計套拱混凝土厚度(cm) 1.4主要技術參數 1)C25混凝土彈性模量:E。=2.8×104 MPa; 2)C25混凝土材料強度設計值:[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計算結果 2.1工況1計算結果 計算結果如圖3、4所示。 圖3工況l套拱縱向應力分布(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,最大拉應力 O.18MPa,最大壓應力-0.36MPa,拱頂最大撓度0.20mm。 2.2工況2計算結果 計算結果如圖5、6所示。 圖5‘T況2套拱縱向應力分布(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,最大拉應力 O.26 MPa,最大壓應力_041 MPa,拱頂最大撓度0.22 mm。 2.3工況3計算結果 計算結果如圖7、8所示。 由圖7、8可知,拱頂為最不利位置,最大拉應力 0.28 MPa,最大壓應力_042 MPa,拱頂最大撓度0.22 mm。 由圖3~8可以看出.襯砌拱頂底部和拱腳背部是 設計薄弱部位??刹捎门渲娩摻畲胧M足混凝土抗拉 萬方數據 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 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計算內力 梁單元模型及計算結果如圖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力單元的內力值: 軸力肚一8-3 kN、剪力Q=0.2 kN、彎矩M=27.1 kN·m; 拱腳背部最大拉應力單元的內力值: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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