公路隧道健康状态诊断方法及病害结构计算模型研究

摘要

随着我国交通事业的飞速发展，公路网的进一步完善，隧道修建的数量越来越多，但随之而来的，公路隧道的病害问题也越来越严重。现阶段，我国公路隧道病害的评判和整治还停留在经验阶段，并无一套科学、合理的隧道健康状况评价模型和衬砌结构安全性能判定方法。为此，本文通过相关研究，建立了一整套比较科学的公路隧道健康状况定量评价方法和诊断模型；同时，建立了基于地层-结构法的结构安全性能计算模型，实现了对病害隧道结构衬砌的力学分析和安全评价。纵观全文，主要研究内容如下：
　　 1、根据诊断指标的相关选取原则，建立了公路隧道健康状态综合诊断指标体系和公路隧道健康评价等级；给出了衬砌材质劣化、衬砌裂缝、衬砌背后空洞、衬砌变形、衬砌剥落、渗漏水及其衍生病害的定性和定量判定标准；采用改进的层次分析法-乘积标度法确定了各评判指标之间的相对权重；利用Cauchy分布模型建立了各评判指标的隶属函数；结合隧道病害评判自身的特点，创建了新的模糊运算法则，以此建立了公路隧道健康状态的模糊综合评价模型，实现了对公路隧道健康状态的定量化评价。
　　 2、在隧道病害分类和量化的基础上，建立了基于地层-结构法荷载计算原理的衬砌结构安全性计算模型，并以此计算分析了衬砌厚度不足、强度不足、衬砌背后空洞等病害的量化参数对衬砌结构安全性能的影响程度；将地层-结构法计算模型的分析结果与前人的荷载-结构法计算模型的分析结果进行了对比，得出了衬砌厚度不足、强度不足、衬砌背后空洞等病害对于隧道衬砌结构安全性能的影响规律。
　　 3、以清连线一级公路中的六甲洞隧道为工程依托，选取了一段具有代表性的病害隧道，利用建立的公路隧道健康状态综合评价模型和衬砌结构安全性能计算模型对所选的病害隧道区段以及区段内典型病害断面进行了相关计算分析和评价，为病害隧道区段的后期改造和加固提供了相关的理论依据。