在役隧道钢支撑加固理论与试验研究

作     者：阳骆 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李明

授予年度：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：公路隧道 钢支撑加固 地层-结构法 数值模拟 

摘      要：目前我国大量的在役隧道都出现了各种病害,亟待进行维修加固,钢支撑加固作为一种快捷高效的加固方式被广泛应用。钢支撑加固是在衬砌内部嵌入拱形钢支撑结构或是沿原衬砌表面新增拱形钢支撑结构,通过与原衬砌结合成一个整体来达到提高衬砌的刚度和承载力的目的,是一种常用的加固技术。但是鉴于目前对钢支撑加固受力特性及加固参数的研究还不够深入,加固设计方案基本依靠经验类比法,没有全面系统的研究。本文主要利用理论分析与数值模拟相结合的研究方法来对钢支撑加固技术进行了深入研究,研究内容和结论如下: (1)根据工程资料对隧道进行的病害调查显示,隧道内存在大量病害,包括衬砌横向、纵向裂缝、混凝土表层脱落和渗水泛碱等问题,共计20多处。根据依托工程设计钢支撑加固方案并详细介绍了隧道外贴钢拱架加固及内嵌钢拱架加固的施工流程以及后续的监控量测方案。 (2)基于地层-结构法为理论基础采用ABAQUS有限元计算软件,建立了外贴钢拱架加固和内嵌钢拱架加固方案数值模型。通过对比加固前后隧道原衬砌的受力、变形以及安全系数,得出外贴钢拱架和内嵌钢拱架加固后,二次衬砌平均轴力分别减少11.04%、16.83%;二次衬砌拱顶沉降分别减少19.79%、23.41%;加固前原衬砌墙脚处安全系数为2.36低于安全标准值,加固后安全系数分别提高14.41%、18.65%且均大于安全标准值,得出内嵌钢拱架加固的对二次衬砌的加固效果更好。 (3)对已建立的两种钢支撑加固方式的数值模型,通过研究不同的结构参数对结构受力和变形的影响。可以得出当隧道衬砌强度不足70%时,衬砌的承载力会显著降低,此时应该做好定期检查,及时发现问题做好加固措施,防止衬砌承载能力进一步劣化;减小钢拱架间距会显著提升结构的刚度和承载能力,根据实际情况来考虑钢拱架间距为0.8m/榀较为合适;增大钢拱架型号对二次衬砌的加固效果影响较小不必盲目提高钢拱架型号。