論隧道二襯欠厚檢測及結構安全性

余永軍

摘? 要：結合當前鐵路隧道發展的情況，結合自身從事隧道檢測工程實踐經驗，分析了隧道二襯檢測應該注意的要點，并通過實踐案例分析了襯砌結構安全性評價方法，以及開展了相關的計算工作，希望對于全面提升隧道檢測水平有所幫助。

關鍵詞：隧道檢測;二襯欠厚檢測;檢測方法;結構安全性

當前，我國的鐵路事業在經濟社會快速發展的背景下迎來了空前發展機會，從實際情況下存在著施工水平不高、地質環境負責等情況，部分隧道工程存在著質量缺陷。如果不加以重視，則會造成質量缺陷問題日趨嚴重，會造成隧道的安全性受到影響。針對當前二襯欠厚方面的研究工作來看，二襯屬于保障隧道安全重要方面，如果其存在著二襯欠厚的問題，則意味著承載力偏低、承受力不合理等情況?？紤]到二襯截面為矩形梁的情況，存在著欠厚截面的問題，這樣會造成明顯降低慣性矩與剛度的情況，也會造成偏離中性軸的情況，進而引發應力集中的影響，會造成容易出現高速列車運行引起的動力響應問題，也反作用在破壞襯砌方面?？紤]到二襯欠厚的成因，從實際來看，主要涉及到土體塌落、超挖和欠挖、地質環境差和混凝土向下錯動等方面。

1 隧道二襯檢測

在具體檢測實踐中，選擇設備為SIR-3000 型探地雷達，并結合實際應用工況要求來配置高中低頻雷達天線，能滿足于16 MHz ～ 2. 2 GHz頻率范圍要求，并能配置相應的位置自動伺服系統，能有效進行相應信號的有效接受。在具體的檢測實踐中，能滿足于雷達主機發射高速脈沖信號的要求，具體速度能實現64 次/ s，并結合實際需求來控制每米進行布測50個。

1. 1 探地雷達測線布置

只有通過合理化布置相應的探地雷達檢測位置，方可進一步探測鐵路隧道襯砌病害問題。從實際情況來看，主要涉及到的關鍵位置為拱頂、左拱腰、右拱腰、左邊墻、右邊墻以及仰拱等六個部分。同時，考慮到實際情況下的已經運營隧道情況，難以開展探地雷達檢測，這里僅通過實際來落實前面五個關鍵位置的布置。

1. 2 探地雷達檢測結果統計

利用SIR-3000 型探地雷達來開展相應的隧道二襯厚度檢測工作，經過相關的統計數表明，存在著二襯欠厚部位154處，襯砌背后空洞位置有39處，而二襯欠厚且襯砌背后空洞情況為37處。這樣能有效表明借助于探地雷達檢測的有效性。

通過相關統計數據來看，影響隧道結構安全運營主要因素為二襯欠厚病害，其將近占到了總體病害數的七成。同時，結合二襯欠厚對隧道結構影響情況，重點統計相關的內容，其中，拱頂的缺陷分布率所占比例較大，究其原因，主要是考慮到建設實踐中，在重力影響作用下，特別沒有全凝固狀態下，可能存在著有效的支撐約束的過早拆除情況，容易出現向下塌落的問題，進而出現拱頂二襯缺陷的問題。

2 襯砌結構安全性評價方法

結合素混凝土二次襯砌截面的安全驗算的實際情況，在進行相關的破損過程中的驗算來看，可以明確相應的安全系數，反映出 襯砌結構安全性。在具體的結算過程中，結合初始偏心距的情況來進行處理，當其值超過0. 2d范圍，則按照（1）計算;而小于0. 2d則按照（2）計算相應的混凝土截面偏心受壓。

考慮到相應的隧道結構特點，在進行地層壓力計算過程中，結合地層特點以及圍巖對襯砌結構的約束影響，選擇發揮出Winkler 地層模型的優勢來進行相關推斷。具體可以選擇相應的有限元的分析方法，能實現襯砌結構上的分布荷載轉化為集中荷載作用于節點的要求，可以選擇相應的彈簧模擬的圍巖約束的方案，通過集中荷載方式作用在節點來進行相關的受力分析。

3 隧道二襯欠厚計算模型及二襯安全性分析

從現場勘查的情況表明，高速鐵路隧道所穿越大都是Ⅳ級的地層圍巖，屬于深埋隧道的范疇。結合SIR-3000 型探地雷達檢測的數據，整體上結合相應的情況，落實在拱頂、拱腰、邊墻等關鍵位置存在著不同程度的缺陷問題。于是，選擇有限元分析軟件來進行相應的模型構建，其中，可以按照實況參數要求來構建模型，進行二襯結構的計算。利用有限元仿真的方式，能明確展示出結構各部位的內力情況，并落實相應的安全系數。參考《鐵路隧道設計規范》的標準要求，應結合相應的襯砌截面受力形式的不同來確定相關安全系數。通過相關的計算，落實各部位安全系數的函數擬合操作，這樣能有效保障最小安全厚度的要求。從相應的結算結果來看，其中。二襯整體欠厚h0/ h<0. 479的情況下，意味著拱頂受到拉力作用而遭到破壞，此時臨界厚度為19.8cm;同樣的方式，確定拱頂欠厚的厚度為16. 7～ 26. 3 cm范圍;左拱腰欠厚情況下，并沒有出現拉壓破壞的情況;在左邊墻欠厚的情況下，臨界厚度為3.5cm。

4 結論

結合工程實踐案例，在具體的二襯結構缺陷檢測的實踐中，重點探討了基于二襯欠厚部位、欠厚程度等情況，并就相應的應力結構部分以及安全性問題進行探討，探討了二襯主要的缺陷表現為欠厚缺陷，并落實了不同結構所造成的內力分布的具體情況，落實了二襯整體欠厚的情況下，相關各個部門的臨界厚度的情況?？傮w來看，本文提出的方法對于提升隧道二襯欠厚檢測及結構安全性水平有所幫助。

參考文獻：

[1] 馮冀蒙，仇文革，王玉鎖，等.既有隧道病害分布規律及圍巖環境等級劃分研究[J].現代隧道技術.2013，（4）.35-41.

[2] 高菊如，張博，袁瑋，等.既有線鐵路隧道病害綜合整治技術與設備配套研究[J].現代隧道技術.2013，（6）.24-31.

[3] 張頂立，張素磊，房倩，等.鐵路運營隧道襯砌背后接觸狀態及其分析[J].巖石力學與工程學報.2013，（2）.217-224.

[4] 張素磊，張頂立，劉勝春，等.基于對應分析模型的隧道襯砌病害主成因挖掘[J].中國鐵道科學.2012，（2）.54-58.

[5] 葉鵬勇.高速鐵路隧道襯砌欠厚整治技術[J].價值工程，2019，38（16）：125-128.

[6] 丁傳峰.隧道二次襯砌欠厚整治施工技術[J].鐵道建筑技術，2020，（3）：118-121.

[7] 李柱，謝鋒.高速公路隧道襯砌背后脫空及欠厚裂損機理研究[J].四川水泥，2017，（2）：255-257.