公路隧道支护结构无损检测及安全评估研究

论文摘要

目前我国按新奥法施工的隧道中常出现初期支护背后存在空洞、喷射混凝土厚度不足、锚杆数量或长度不足、二次衬砌密实度与厚度不达标等工程质量问题。本文以山西忻保高速G1段中已建成的11条隧道为研究背景,采用现场检测、数值模拟和理论分析等方法对初期支护背后存在空洞和二次衬砌缺陷等进行了研究,本文的主要研究内容和成果如下:①利用RAMAC探地雷达系统,对隧道支护结构质量进行现场采集数据与处理,研究了典型的初期支护缺陷和二次衬砌缺陷图像特征。②根据忻保高速G1段11条隧道的初期支护背后空洞检测与二次衬砌缺陷检测数据,对这些缺陷进行了处理与分析,获得了隧道初期支护和二次衬砌中质量缺陷的位置分布规律。③采用有限元软件ANSYS对检测出的初期支护背后空洞进行数值模拟分析,以V级围岩浅埋隧道为例,探讨了不同位置和不同大小的空洞缺陷对隧道围岩变形和塑性区分布、支护结构位移和内力等的影响规律。④采用有限元软件ANSYS对二次衬砌整体厚度不足以及拱顶、拱腰、边墙局部厚度不足等工况进行数值模拟分析,探讨了在IV围岩深埋段、V级围岩深埋段、V级围岩浅埋段中隧道衬砌的安全系数,并得出了各种工况下衬砌的最小安全厚度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 探地雷达在隧道衬砌检测中的应用现状
• 1.2.2 初期支护缺陷对隧道稳定性影响的研究现状
• 1.2.3 二衬缺陷对隧道安全性影响研究现状
• 1.3 主要研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 探地雷达在隧道支护结构质量检测中的应用研究
• 2.1 探地雷达基本理论
• 2.1.1 电磁波波动方程
• 2.1.2 电磁波在有耗介质中的传播
• 2.1.3 电磁波在介质分界面的反射和透射
• 2.2 探测仪器与探测方法
• 2.2.1 探测方法
• 2.2.2 探测仪器
• 2.3 数据采集及处理软件
• 2.3.1 GroundVision 数据采集软件
• 2.3.2 REFLEXW 数据处理软件
• 2.4 隧道衬砌现场检测方案与流程
• 2.4.1 测线布置
• 2.4.2 检测流程
• 2.5 典型缺陷图像分析
• 2.5.1 初支检测缺陷典型图像
• 2.5.2 二衬检测典型图像
• 2.6 本章小结
• 3 忻保高速 G1 段隧道支护结构质量检测结果与分析
• 3.1 忻保高速工程概况
• 3.2 G1 段隧址区工程地质与水文地质
• 3.2.1 气象
• 3.2.2 水文
• 3.2.3 地形与地貌
• 3.2.4 地层岩性
• 3.2.5 地质构造与地震
• 3.2.6 水文地质
• 3.3 初期支护质量检测与缺陷分析
• 3.3.1 初期支护质量检测结果
• 3.3.2 初期支护检测结果分析
• 3.4 二次衬砌质量检测与缺陷分析
• 3.4.1 二次衬砌质量检测结果
• 3.4.2 二次衬砌检测结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 初期支护空洞缺陷对隧道稳定性影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 模型的建立与参数的选取
• 4.2.1 有限元法简介
• 4.2.2 模型单元与强度准则的选用
• 4.2.3 隧道有限元计算模型
• 4.2.4 隧道模型参数的选取
• 4.3 初期支护背后空洞数值模拟分析
• 4.3.1 分析思路
• 4.3.2 空洞缺陷对隧道周边位移影响分析
• 4.3.3 空洞缺陷对隧道围岩塑性区分布影响分析
• 4.3.4 空洞缺陷对初期支护结构内力影响分析
• 4.4 本章小结
• 5 二次衬砌厚度缺陷对隧道结构安全性影响研究
• 5.1 引言
• 5.2 隧道二次衬砌计算理论
• 5.2.1 隧道围岩压力计算方法
• 5.2.2 二次衬砌截面强度验算方法
• 5.3 模型的建立与参数的选取
• 5.3.1 模型的建立
• 5.3.2 计算参数的确定
• 5.4 厚度缺陷对隧道结构安全性的数值模拟分析
• 5.4.1 Ⅳ 级围岩深埋段计算结果分析
• 5.4.2 Ⅴ 级围岩深埋段计算结果分析
• 5.4.3 Ⅴ 级围岩浅埋段计算结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目