拱部脱空单线铁路隧道衬砌裂损机理研究-《沈阳建筑大学学报(自科版)》

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摘要:: 目的研究脱空区域衬砌结构受力特性与裂损机理，为掌握实际工程衬砌裂损真实分布特征与设计加固补强方案提供理论依据，保障隧道健康服役。方法以某在役衬砌裂损铁路隧道为依托，采用无损检测方法，探明隧道壁后脱空几何尺寸及分布；基于扩展有限元法，建立表征脱空影响的仿真网格模型，揭示衬砌裂损机理；基于数值解析与现场监测结果，验证加筋肋锚网喷加固效果。结果无损检测结果显示，隧道存在严重脱空现象，脱空范围主要为隧道起拱线以上的拱部区域，平均深度为0.17~0.93 m。数值仿真结果显示，当衬砌拱部存在壁后脱空时，脱空环向角度对衬砌受力影响大于脱空径向深度，当脱空环向角度较小时，衬砌不易产生破坏或仅出现衬砌外表面张裂伴随内表面压溃。随着脱空角度的不断增大，衬砌内表面易出现混凝土张拉型裂缝且起裂位置向下移动。采用加筋肋锚网喷形式加固可显著提升裂损区域刚度，提高结构承载性能。结论衬砌壁后脱空环向角度对结构受力状态影响显著，所建立的数值解析方法能有效揭示衬砌拱部张拉裂缝开裂全过程及最终形态，提出的锚网喷加固方法能有效提高脱空衬砌承载性能。