厦门海底隧道钢拱架局部锈蚀对支护体系安全性影响研究

论文摘要

翔安海底隧道是我国大陆修建的第一条海底隧道。隧道所处的地质环境、荷载模式及设计理念等方面的问题,与一般山岭隧道相比具有较大的不同,海底隧道的这些特殊性也给运营后的耐久性研究工作带来了新的问题。鉴于此,本文结合翔安海底隧道的工程设计,总结了海底隧道耐久性劣化的潜在影响因素,并根据现场施工调研情况,采用ANSYS有限元分析软件,分析了局部锈蚀对支护结构安全性的影响,最后结合翔安海底隧道工程特点,对海底隧道初期支护钢拱架和二次衬砌混凝土钢筋腐蚀耐久性监测进行研究,本论文的研究工作主要体现在以下几个方面：(1)参考一般公路隧道的耐久性影响因素,并结合翔安海底隧道具体的工程环境,设计施工情况,从环境因素,设计、施工及维修管理,偶然因素,钢材锈蚀等几个方面,简要分析了翔安海底隧道耐久性劣化的潜在危险因素。(2)调研了翔安海底隧道初期支护喷混凝土的强度以及钢拱架的锈蚀情况,并分别对初期支护喷射混凝上强度随渗漏水等级的变化特点和钢拱架锈蚀情况进行分析,得出翔安海底隧道初期支护存在局部锈蚀的情况。(3)采用数值模拟方法,考虑粘接滑移退化影响,分析了初期支护钢拱架局部锈蚀对海底隧道支护结构安全性的影响,根据不同的锈蚀部位对隧道支护结构的安全性影响情况,最终得到了拱顶加边墙锈蚀的时候对隧道结构受力影响最为不利。(4)对海底隧道腐蚀监测系统进行设计,包括腐蚀传感器的选择、腐蚀断面和测点的布置、传感器现场安装、腐蚀数据库的建立、腐蚀监测系统管理等,最终建立了海底隧道腐蚀监测评价系统,依据现场采集的钢筋腐蚀监测数据,可对翔安隧道钢拱架和钢筋腐蚀进行评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 翔安海底隧道工程背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容及研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 海底隧道结构耐久性影响因素分析
• 2.1 环境因素对海底隧道耐久性的影响
• 2.1.1 工程区域环境
• 2.1.2 区域气候条件
• 2.1.3 海水与地下水
• 2.1.4 其他环境因素
• 2.2 设计、施工及维修管理对海底隧道耐久性的影响
• 2.2.1 翔安海底隧道混凝上耐久性设计
• 2.2.2 翔安海底隧道防排水
• 2.2.3 施工管理及日常维修管理
• 2.3 偶然因素对海底隧道耐久性的影响
• 2.3.1 火灾
• 2.3.2 地震
• 2.4 支护结构钢材锈蚀对海底隧道耐久性的影响
• 2.5 小结
• 第3章 翔安海底隧道初期支护局部锈蚀调研
• 3.1 喷射混凝土强度调研及分析
• 3.2 钢拱架锈蚀现场调研分析
• 3.3 小结
• 第4章 翔安海底隧道钢拱架局部锈蚀对支护体系安全性影响研究
• 4.1 钢拱架锈蚀模型在ANSYS中的实现
• 4.1.1 钢拱架与喷射混凝上粘结滑移退化模型
• 4.1.2 本构关系
• 4.1.3 模型的建立
• 4.2 钢拱架局部锈蚀对初期支护受力行为及安全性影响
• 4.2.1 钢拱架局部锈蚀对自身承载能力的影响
• 4.2.2 钢拱架局部锈蚀对初期支护混凝上内力和安全性的影响
• 4.3 钢拱架局部锈蚀对二次衬砌受力行为及安全性影响
• 4.3.1 钢拱架局部锈蚀对初期支护与二次衬砌之间接触压力的影响
• 4.3.2 钢拱架局部锈蚀对二次衬砌内力和安全性影响
• 4.4 小结
• 第5章 翔安海底隧道钢拱架局部锈蚀及二次衬砌钢筋锈蚀监测研究
• 5.1 海底隧道腐蚀监测的目的及传感器的选择
• 5.1.1 海底隧道腐蚀监测的目的
• 5.1.2 海底隧道腐蚀监测传感器的选择
• 5.2 海底隧道腐蚀监测系统设计
• 5.2.1 海底隧道腐蚀监测断面和测点布置
• 5.2.2 腐蚀监测传感器及采集设备选择
• 5.2.3 腐蚀监测传感器安装
• 5.2.4 腐蚀监测数据库建立
• 5.2.5 腐蚀监测系统管理
• 5.3 海底隧道腐蚀监测评价系统现场应用
• 5.3.1 海底隧道腐蚀监测评价系统
• 5.3.2 海底隧道腐蚀监测现场应用
• 5.4 小结
• 结论
• （一） 本文的主要结论
• （二） 需要进一步研究的内容
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目