厦门东通道海底隧道二次衬砌安全性及锈蚀行为研究

摘要

采用混凝土应变计对隧道二次衬砌进行安全监测是监控量测常用的方法。厦门东通道海底隧道施工期间为了掌握隧道结构的状态变化，判断隧道结构的安全程度，在不良地质地段布置了衬砌应力监测断面。论文以量测数据的分析为基础对衬砌安全性进行评价，并结合数值计算分析了钢筋锈蚀对结构受力的影响，得出了一些有益的结论。 论文主要包括三方面：混凝土自由体积变形现场试验；衬砌当前荷载分布及安全性评价；钢筋锈蚀对衬砌受力影响分析。 为了得出衬砌的真实受力情况，论文首次在应变量测时采用无应力计对混凝土的自由体积变形进行分析。在计算衬砌应力时扣除这部分应变，从而得出衬砌实际应力状态。在计算过程中同时考虑混凝土的徐变特性，采用有效模量进行计算。对量测断面的应力进行统计分析，得出了当前浅埋地段衬砌受力规律和安全状态，并采用有限元计算与现场实测对比的方式，研究了衬砌的荷载分布模式和荷载承担比例。 考虑到海底隧道的工作环境，论文分析了钢筋锈胀对不同混凝土保护层的拉应力以及开裂的影响；讨论了钢筋与混凝土之间粘结力退化对衬砌沉降、衬砌应力、钢筋应力、粘结滑移以及混凝土裂缝的影响；计算了有水和无水情况下衬砌的开裂荷载，得出了导致衬砌应力增加的控制因素。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1概述

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

第二章无结构应力现场试验

2.1试验研究的目的

2.2试验方案及测试仪器

2.2.1试验方案

2.2.2测试仪器

2.2.3现场测点布置

2.3混凝土自由体积变形试验成果

2.3.1混凝土自生体积变形

2.3.2观测基准值的确定

2.3.3主隧道自由体积变形

2.3.4服务隧道自由体积变形

2.3.5回归分析

2.4混凝土水化热监测成果

2.4.1混凝土配合比

2.4.3混凝土水化热温升解析解与实测值

2.5包裹混凝土应变计测试效果分析

2.5.1包裹混凝土应变计与无应力计测试结果比较

2.5.2包裹混凝土应变计与常规应变计测试结果比较

2.6试验断面衬砌应力分析

2.6.1混凝土弹性模量的时效

2.6.2混凝土徐变

2.6.3有效模量法

2.6.4试验断面二次衬砌受力分析

2.7本章小结

第三章东通道海底隧道浅埋段二次衬砌受力分析

3.1概述

3.2当前浅埋地段二次衬砌荷载分布

3.2.1荷载分布形式选取

3.2.2计算模型及参数

3.2.3结果分析

3.3东通道海底隧道浅埋段二次衬砌施工阶段应力分析

3.3.1二衬浇筑后应力稳定时间分析

3.3.2初支变形对二次衬砌应力影响

3.3.3浅埋地段二次衬砌应力包络图

3.4本章小结

第四章海底隧道钢筋锈蚀对衬砌性能影响研究

4.1概述

4.2氯离子造成钢筋锈蚀机理

4.2.1氯离子侵入途径

4.2.2氯离子造成钢筋锈蚀机理

4.2.3钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的损伤

4.3钢筋锈蚀对衬砌保护层开裂影响分析

4.3.1钢筋的锈蚀膨胀

4.3.2钢筋锈蚀膨胀引起的应力分析

4.4钢筋锈蚀引起衬砌性能退化的模拟方法

4.4.1结构单元的选取

4.4.2本构关系选择

4.4.3混凝土开裂后的处理

4.4.4二次衬砌设计图

4.4.5有限元模型

4.5浅埋段钢筋锈蚀引起衬砌性能退化结果分析

4.5.1计算参数

4.5.2无水压时计算情况

4.5.3计算结果验证和分析

4.5.4水压力对衬砌受力影响分析

4.6本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目