北京地铁运营隧道衬砌病害分类及其安全状态分级研究

摘要

北京地区地铁隧道已进入新建与维修并重期，较早期修建的隧道衬砌已经出现大量的不同形式的可见病害。本文在广泛查阅相关资料的基础上，通过现场检测，理论分析和数值计算相结合，对所出现的衬砌质量缺陷，衬砌病害的分布规律和作用机理进行统计分析，并在统计的基础上，对衬砌结构安全状况分级进行了深入研究。主要研究工作和结论如下:
　　(1)针对北京地铁1号线、6号线、10号线和机场线等众多线路的18个区间，统计了包括衬砌裂缝，渗漏水，衬砌劣化，衬砌背后空洞，衬砌结构变异，衬砌起层剥落等六大类病害，涉及裂缝长度，宽度，渗漏水状态，渗水位置等下属的共18个病害指标，并在此基础上建立了衬砌安全状态评价的总体指标体系。
　　(2)提出主病害的概念。选出具有典型病害的1、2、5、6、7、9、10号线的共12个区间，依据现有的国内外关于隧道衬砌病害分级的规范和文献，提取出达到“极严重”级别的病害指标，在此基础上，运用SPSS中的对应分析模型，找出“极严重”病害指标与病害区间的对应关系，最终确定出裂缝，渗漏水和衬砌背后空洞为影响衬砌结构安全的三种关键病害。
　　(3)参考国内外关于隧道衬砌结构安全状态的划分方法，设定了本文的四级划分法。分析了衬砌弯矩和轴力随空洞范围扩大的变化规律，以混凝土安全系数的变化为依据，以衬砌背后空洞的位置和横向宽度为变量，确定了对应空洞病害的四级衬砌结构安全状态级别划分标准。
　　(4)以钢筋锈胀时混凝土保护层内主拉应力的变化为依据，以处于少雨期的衬砌渗漏水状态，渗水部位钢筋直径，渗水部位保护层厚度为变量，确定了对应渗水病害的四级衬砌结构安全状态级别划分标准。
　　(5)以混凝土安全系数和裂纹尖端稳定性系数为划分依据，以裂缝位置和裂缝在衬砌内开裂深度为变量，确定了对应裂缝病害的四级衬砌结构安全状态级别划分标准，并提出了衬砌安全状态评价的简化指标体系。
　　(6)将上述简化指标体系在北京地铁6号线车公庄西—白石桥南区间和10号线知春里—知春路区间进行成功应用，最后综合评判车公庄西—白石桥南区间处于B3极严重级别，10号线知春里—知春路区间处于B2严重级别，并针对性地提出了对应不同衬砌安全状况级别的防治措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地铁隧道衬砌病害分类研究

1．2．2 隧道衬砌安全状况分级研究

1．3 研究中存在的主要问题

1．4 论文的主要研究内容

1．5 论文研究思路和技术路线

1．6 论文的创新点

2 运营地铁隧道衬砌病害类型及现场检测数据统计分析

2．1 运营地铁隧道衬砌现场检测数据统计分析

2．1．1 衬砌结构混凝土裂缝检测及数据统计分析

2．1．2 衬砌渗漏水检测及数据统计分析

2．1．3 衬砌结构劣化检测及数据统计分析

2．1．4 衬砌背后空洞检测及数据统计分析

2．1．5 衬砌结构变异检测及数据统计分析

2．1．6 衬砌结构起层剥落检测及数据统计分析

2．2 本章小结

3 衬砌安全状态评价指标体系和衬砌结构主病害挖掘

3．1 隧道结构安全状态评价综合指标体系

3．1．1 指标选取原则

3．1．2 指标的确定

3．1．3 评价指标体系的建立

3．2 衬砌结构主病害挖掘

3．2．1 用于确定主病害的衬砌安全级别判断标准

3．2．2 衬砌结构病害资料收集

3．2．3 建立隧道衬砌结构病害样本与区间检测样本的列联表

3．2．4 衬砌结构病害样本对应分析及其结果解释

3．2．5 衬砌结构主病害对应分析模型的收敛性改进

3．3 本章小结

4 基于主病害的地铁隧道衬砌安全状况分级研究

4．1 地铁隧道衬砌安全状况等级确定

4．2 存在空洞情况下衬砌安全状态分级标准研究

4．2．1 存在空洞情况下衬砌安全状态计算模型及参数

4．2．2 存在空洞情况下衬砌安全状态判定依据

4．2．3 拱顶存在空洞时衬砌安全状态分级

4．2．4 拱肩存在空洞时衬砌安全状态分级

4．2．5 拱腰存在空洞时衬砌安全状态分级

4．3 渗漏水情况下衬砌安全状态分级标准研究

4．3．1 渗漏水导致钢筋锈胀机理与影响因素分析

4．3．2 钢筋锈胀与混凝土保护层对应分析模型的建立

4．3．3 不同钢筋锈蚀程度对衬砌安全状态的影响模拟研究

4．3．4 渗漏水状态下结构安全状态分级

4．4 已有裂缝情况下衬砌安全状态分级标准研究

4．4．1 混凝土结构断裂模式研究

4．4．2 复合裂缝断裂判据研究

4．4．3 带裂缝衬砌结构计算模型及安全性评价方法

4．4．4 基于混凝土断裂力学的隧道衬砌结构裂缝稳定性数值模拟

4．4．5 已有裂缝情况下衬砌安全状态分级

4．5 基于主病害的衬砌安全状态评价简化指标体系

4．6 本章小结

5 隧道衬砌安全状况分级工程应用

5．1 工程概况

5．2 工程检测结果及评价

5．2．1 空洞检测结果及安全性评价

5．2．2 渗漏水检测结果及安全性评价

5．2．3 裂缝检测结果及安全性评价

5．3 工程分级评价结果及病害防治

5．3．1 区间评价级别

5．3．2 病害防治建议

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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