隧道结构前摄性维护理论研究

摘要

隧道结构服役性能劣化导致了交通安全隐患，是当前交通基础设施领域所要面对的主要问题。隧道的规模尺寸的不断扩大、新建隧道的数目不断的增多、隧道生存服役环境更加复杂和恶劣、既有隧道的过度使用、既有隧道没有执行有效维护以及隧道结构的自然老化所引起的隧道安全问题逐渐的突显出来。通过系统的维护能够有效地改善隧道结构的服役性能，提高隧道结构的服役安全性以及保证隧道结构完成设计的服役年限，甚至在一定程度上延长隧道结构的使用寿命。但就目前隧道结构的维护经验来看，系统的隧道结构维护理论和方法还是比较缺乏，不能满足实际工程的需求。
　　 本文首先对修建和使用隧道时间较长、拥有老化劣化隧道数量较多的欧美国家在隧道维护和管理养护方面的理论研究成果和现场实践经验进行了分析和研究，总结和归纳了适用于国内的隧道维护管理理论和方法；其次，根据构建系统的隧道维护理论的需要开展了隧道结构服役状态划分、隧道结构时变性以及隧道的预防性和前摄性维护策略方面的研究。
　　 通过分析和研究隧道结构服役过程中结构劣化特征，将服役过程中隧道结构所表现出来的状态划分为安全性和耐久性两个方面来衡量，同时给出了安全性和耐久性在隧道服役过程中转化关系、服役状态的判定方法以及其影响因素。根据对构成盾构隧道管片主要材料的耐久性劣化模型的研究，从时变的角度分析了盾构隧道管片截面承载能力的时变特征，并初步得出其时变状态方程。隧道的检测和监测是隧道在维护管理过程中两种主要的结构信息摄取手段。在本文中，突破传统的结构被动维护思想，通过隧道结构服役性能检测方法、方案制定和执行频率的研究，针对既有隧道结构维护的特点建立具有较强工程适用性的预防性维护策略；通过对结构健康监测在隧道结构长期服役性能监测中实现方法和数据处理方法的研究，充分利用以结构服役信息的获取、分析、反馈以及结构设计理论和维护措施自我修正和自我完善为根本内涵的结构维护理念，建立隧道结构的前摄性维护思想体系。并在文中给出了上述两种隧道服役性能维护理念成功应用的工程实例。
　　 最后，本论文会对未来需要继续开展的研究工作进行了简单的讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1前言

1.2本研究议题社会背景

1.3研究意义和目标

1.4隧道维护研究的进展

1.4.1政府机构推动的研究

1.4.2学术团体推动的研究

1.4.3主要关注的研究对象

1.5本论文的主要工作

1.5.1研究内容

第2章 隧道结构的服役状态

2.1介绍

2.2隧道结构服役状态的界定

2.2.1隧道结构的安全性

2.2.2隧道结构的耐久性

2.2.3服役状态的基本特征

2.3隧道结构服役状态的判定

2.3.1隧道衬砌结构服役状态

2.3.2隧道结构纵向的长期变形因素

2.3.3隧道结构材料的耐久性特征

2.4本章小结

第3章 盾构隧道管片截面的时变特性

3.1介绍

3.2工程结构时变特性

3.2.1工程结构时变可靠性

3.2.2工程结构抗力的时变性

3.3隧道衬砌材料的耐久性劣化模型

3.3.1衬砌钢筋锈蚀模型

3.3.2混凝土抗压强度模型

3.3.3混凝土截面几何损伤模型

3.3.4锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化

3.4盾构隧道管片截面承载能力时变分析

3.4.1管片截面抗压承载能力时变分析

3.4.2管片斜截面抗剪承载能力时变分析

3.5本章小结

第4章 隧道结构的预防性维护策略

4.1介绍

4.2隧道结构维护与服役状态检测

4.2.1隧道结构维护策略

4.2.2隧道检测研究进展

4.2.3隧道结构服役状态检测

4.3盾构隧道结构服役状态检测

4.3.1隧道结构的整体性评价指标

4.3.2隧道结构安全性评价指标

4.3.3隧道结构的耐久性评价指标

4.3.4隧道结构检测方案的制定

4.3.5隧道结构检测频率的确定

4.4本章小结

第5章 基于结构健康监测的前摄性维护

5.1介绍

5.2隧道结构健康监测

5.2.1结构健康监测技术

5.2.2隧道结构健康监测的特点

5.2.3隧道结构健康监测现场

5.3隧道结构健康监测数据处理

5.3.1数据有效性判断

5.3.2数据平滑处理

5.3.3监测数据缺省识别与数据挖掘

5.4本章小结

第6章 工程应用

6.1结构服役状态检测在既有隧道的应用

6.1.1隧道结构的整体性检测

6.1.2隧道结构安全性检测

6.1.3隧道结构耐久性检测

6.2服役状态监测在建设隧道中的应用

6.2.1工程基本概况

6.2.2监测内容的确定

6.2.3拟监测断面的选择

6.2.4测点与布线设计

6.2.5隧道结构服役状态监测系统组建

6.2.6监测结果初步分析

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果