强度安全系数概念的隧道衬砌结构优选设计

以某隧道为背景,采用二维弹塑性有限元分析方法,模拟隧道开挖和支护过程,计算衬砌和围岩内力及衬砌的强度安全系数,研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响,探讨最小衬砌安全厚度,为类似隧道设计施工提供科学依据

通过phase2软件，对圆形隧道开挖过程中围岩的变形和衬砌结构内力进行了分析，确定了满足收敛约束法原理的二衬支护时机和满足安全系数为1.4的支护方案，并给出了其具体的应用步骤，该分析方法为定量设计和改进隧道二衬支护方案提供了新思路。

[论文]基于遗传算法的隧道衬砌结构维修决策研究——本资料为【论文】基于遗传算法的隧道衬砌结构维修决策研究，编制于2018年2月，共3页。针对隧道衬砌结构全寿命周期维修决策问题，以隧道衬砌结构时变可靠度最低值作为安全性优化目标，以全寿命周期费用作为经济...

科学合理地评估既有隧道的安全性具有重要的现实意义,是当今隧道界的热门课题。目前隧道的安全性评估理论研究还处于起步阶段,有待于形成完善的理论体系。本文借鉴桥梁成熟的安全性评估理论,在简单评述了盾构隧道衬砌结构的设计方法的基础上,研究了基于设计理论的盾构隧道衬砌结构安全性评估方法,并讨论了评估与设计的不同。通过研究可知:(1)基于设计理论评估既有隧道的安全性可以采用与设计新隧道相近的方法,易于为评估者接受和理解;(2)评估阶段能够获得比设计阶段更为全面准确的有关控制断面、荷载、结构分析以及截面尺寸和材料强度的信息;(3)在评估阶段避免了许多不确定因素,因此评估结果更接近隧道的实际状态。

研究目的：铁路、公路等交通隧道常采用复合式衬砌，其中初期支护一般采用地层-结构法或工程类比法进行设计，二次衬砌采用荷载-结构法进行设计，由于二者采用的分析方法不同，难以统一评价整体结构的安全性。现有隧道设计规范仅提出了二次衬砌的安全系数要求，但复合式衬砌并非单一结构，有必要研究初期支护和二次衬砌的总安全系数。同时为建立总安全系数设计法，有必要研究初期支护的荷载-结构模型。研究结论：（1）对于采用喷锚支护的复合式衬砌隧道结构，围岩压力随埋深的增加而增加，隧道支护参数应根据埋深进行相应调整；（2）采用荷载-结构模型可以建立复合式衬砌初期支护和二次衬砌的统一设计方法；（3）复合式衬砌隧道的总安全系数应包含初期支护和二次衬砌各自的贡献，当二次衬砌为钢筋混凝土时，总安全系数建议不低于3．0，否则不低于3．6；（4）不同设计方法所建议的初期支护和二次衬砌的安全系数分配可按表2采用；（5）采用本文设计方法对现有高速铁路隧道结构安全性进行再分析，结果表明，在埋深为300m左右时，ⅲ、ⅳ级围岩支护参数有进一步优化的空间；（6）本研究结果可为复合式衬砌隧道结构设计提供思路和方法。

21世纪越来越多隧道的修建,为我国交通事业做出杰出贡献。隧道修建过程中,隧道衬砌结构开裂现象已屡见不鲜。本文中某隧道衬砌开裂错综复杂,采用数值分析方法在竖向裂缝、纵向裂缝以及环向裂缝情况下,分析隧道衬砌出现裂缝对隧道安全运营造成的必要的影响。计算结果表明:三种典型裂缝条件下,衬砌结构的安全系数均大于规范值2.0,进而隧道衬砌结构仍能满足承载能力要求。

利用基于时间域有限差分法(fdtd)的gprmax,针对常用的400、900、1500mhz三种不同中心频率的天线,数值模拟了隧道衬砌不同钢筋网密度、不同钢筋直径及其下方的钢拱架、空气界面等目标体的探地雷达反射及干扰信号图像特征;在混凝土试件上开展实验研究,并运用克希霍夫积分偏移处理了数值模拟和实验数据,压制了钢筋的绕射波和多次波,提高了钢筋网下方弱反射信号的成像效果;通过对比分析数值模拟、实验测量和工程实测结果,为探地雷达在隧道衬砌检测中取得更好的探测效果提供了借鉴。

基于小波分析的隧道衬砌结构动力响应规律研究——阐述了隧道衬砌结构动力有限元分析的小波解析方法与粘弹性边界条件，采用弹簧一阻尼单元模拟粘弹性边界条件；建立了相应的有限元分析模型，并利用现场振动测试成果，对京广线朱亭隧道在提速列车振动荷载作用下...

基于性能的抗震设计已逐步发展为抗震工程领域的主要研究方向,而理清隧道结构的动力破坏模式及机理是推动行业抗震发展的重要动力。为此,本文基于混凝土损伤理论,结合扩展有限元方法,对隧道衬砌结构开展动力分析,通过损伤参数和状态指标对衬砌裂损产生机理、结构破坏形式开展研究,结果表明在地震荷载作用下衬砌损伤以拉裂损伤为主,在衬砌截面的拱肩、拱脚和仰拱等部位易发生损伤并形成贯通裂缝,因此,在抗震设计中该部位是重点设防位置。本文的研究结果,对结构性能抗震设计,在役隧道的抗震性能评估具有重要的促进意义。

针对传统静强度设计中常出现的结构失效、可靠性低等现象,研究应力-强度干涉模型的原理、安全系数与可靠性系数的关系,利用可靠度安全系数法来进行结构静强度设计,提高结构静强度可靠性.简要介绍了结构静强度设计的基本流程,说明了构件强度和应力分布类型以及参数的确定方法;详细介绍了应力和强度都符合正态分布的可靠度系数和概率安全系数的计算方法,并给出了可靠度安全系数的计算公式,提出了可靠性安全系数法实施步骤.以某设备为例,详细说明了如何利用可靠性安全系数法设计螺钉直径,并进行校核.试验证明该方法有效、可行.

结合某隧道衬砌出现裂缝的情况,根据施工单位的现场量测资料,对隧道衬砌的开裂原因进行了分析。通过分析裂缝在隧道纵向的分布及裂缝的发展,认为该隧道非断层带内的衬砌开裂多为受温度应力及施工因素影响而产生的非受力开裂,而断层带内的衬砌开裂多为受挤入性围岩压力影响而产生的受力开裂。考虑到受力开裂对隧道衬砌的不利影响,采用有限元数值方法对不良地质情况下的受力开裂衬砌进行了计算。因该隧道在规范荷载作用下衬砌是安全的,但是由于衬砌已经开裂,故参考现场实测接触压力,通过荷载组合试算确定衬砌荷载。然后根据此荷载进一步评价开裂衬砌的安全性。

纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究——裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一，特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法，对隧道主要裂缝进行安全评价，给出安全等级，同时应用刚度退化模型对隧道原...

针对某隧道施工中存在的衬砌质量缺陷,按围岩等级、设计厚度等检算条件将其分为四类,并对一、二、三、四类都分别设置三种工况,以二衬设计厚度为工况1,二衬拱腰实测厚度最小值为工况2,二衬拱顶一侧实测厚度最小值为工况3分别进行检算、对比分析,从而评估确定结构的安全性。

裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给出加固前的隧道结构安全系数,通过工程实例验证说明,通过刚度退化模型计算承载力是可行的,为隧道的加固补强提供重要依据,并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。

重庆某隧道衬砌结构施作完成后,由于对导爆索处理不当,在隧道内引起爆炸,导致衬砌结构破坏、开裂。为了对爆炸影响范围的衬砌结构进行安全评估和处治,分别对该段衬砌结构进行雷达检测、外观质量及裂缝观测、衬砌混凝土强度检测和隧道净空尺寸检测,再根据检测结果运用有限单元法分别对破碎区和开裂区进行结构安全验算,并指出衬砌安全储备不足的区域。对爆炸影响段进行定量安全评估,从而为该段的处治设计和施工提供依据。

基于公路隧道衬砌后空洞对结构安全影响的模型试验,利用ansys软件进行数值分析,研究隧道在不同的应力场中,空洞位于不同位置以及空洞被回填前后,衬砌结构的力学性状,并结合模型试验结果,综合评价隧道结构的安全性。分析结果表明:空洞存在于拱顶上方或右边墙背后,病害分别集中于隧道衬砌上半部区域或右半部区域;当空洞被回填后,病害多集中于衬砌拱圈的下半部或左半部,且随着侧压力系数的增大,这种情况越明显;空洞回填一般能使其结构安全性能提高10%～30%;结构性能提升最明显的区域是,在水平压力为主的应力场中,拱顶空洞回填后,承受弯矩减少达76%,在竖向压力为主的应力场中,右侧边墙空洞回填后,承受弯矩减少达71%。

本文从设计施工、环境侵蚀、突发自然灾害及突发事故灾害四个方面，分析了我国隧道衬砌结构安全所面临的问题；对上海地区黄浦江越江隧道和地下交通隧道等水下隧道工程进行了调查，重点分析了我国在役水下隧道衬砌结构服役的现状。并基于此，为有效保障隧道结构全寿命周期过程中的安全服役性能，及预留隧道结构长寿命有效条件，从隧道建设、结构性能退化、自然灾害、突发事故灾害等方面入手，探寻我国水下隧道结构的长寿命安全保障对策，以确保在隧道的全寿命周期内乃至长寿命要求下结构的安全服役性能。研究成果可为保障我国水下隧道等重大隧道结构的长寿命安全提供参考。

本文从设计施工、环境侵蚀、突发自然灾害及突发事故灾害四个方面,分析了我国隧道衬砌结构安全所面临的问题;对上海地区黄浦江越江隧道和地下交通隧道等水下隧道工程进行了调查,重点分析了我国在役水下隧道衬砌结构服役的现状。并基于此,为有效保障隧道结构全寿命周期过程中的安全服役性能,及预留隧道结构长寿命有效条件,从隧道建设、结构性能退化、自然灾害、突发事故灾害等方面入手,探寻我国水下隧道结构的长寿命安全保障对策,以确保在隧道的全寿命周期内乃至长寿命要求下结构的安全服役性能。研究成果可为保障我国水下隧道等重大隧道结构的长寿命安全提供参考。

运用理论分析和数值模拟等研究手段,基于地层-结构法原理,就衬砌厚度不足、衬砌背后空洞和衬砌结构裂缝3种病害对衬砌结构安全性的影响进行研究,得出缺陷在衬砌结构不同位置处以及沿隧道纵向不同长度上衬砌结构的应力和安全系数的变化规律,为隧道结构的安全性评价和后期的运营监测提供依据。

中南大学毕业设计（论文）第五章隧道衬砌结构检算 隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段 法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。 5.2隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主 要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作 用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结 构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ansys10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假 定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中 线位置

隧道工程中经常涉及地下水作用,隧道涌水量的计算以及衬砌上的外水压力的确定都是重要问题,较准确地预测最大涌水量,可以在施工阶段和运营阶段较好的设置排水设施,以减小水对隧道结构和运营功能的破坏.

研究目的:采用带有分项系数的实用设计表达式,不仅能继承传统结构设计式的形式,而且能体现结构设计对目标可靠指标的要求,是应用可靠指标衡量结构设计安全水平的重要途径。本文根据铁路隧道衬砌结构的受力特点和材料性能,采用混凝土衬砌结构抗压、混凝土衬砌结构抗裂和钢筋混凝土衬砌结构三种极限状态设计式建立\"荷载-结构\"模型。研究结论:利用monte-carlo随机有限元的方法分析铁路隧道衬砌结构作用效应的统计特征,根据材料特性分析抗力的概率统计特征以及计算可靠指标与目标可靠指标差值最小化的原则,分析得到:(1)铁路隧道衬砌结构检算时,围岩压力分项系数为1.4,自重荷载分项系数为1.2;(2)钢筋混凝土、混凝土抗压、混凝土抗裂三种工况下的调整系数分别为1.05、1.85、2.35;(3)该研究结果可为《铁路隧道设计规范》的修订提供理论依据。