铁路运营隧道衬砌状态评估体系的建立及工程应用研究

摘要

本文基于大量的文献资料和广泛的工程经验，利用现场实测数据、理论解析推导和数值计算等多种研究手段，针对隧道衬砌厚度变化及衬砌后接触条件变化对于衬砌应力状态的影响进行了全面系统的研究，建立了隧道衬砌状态评估体系及相应的一整套评估方法，并结合具体的工程实践对本文所得的研究成果加以应用和验证。　　本文得到了关于隧道衬砌厚度的变化规律、衬砌后接触条件的变化规律以及衬砌后空洞尺寸参数的变化规律等一系列有意义的结论，推导出了空洞环向尺寸参数的计算公式，确定出了半圆拱直墙洞形的二次应力状态；同时，在边界条件确定的情况下，又进一步推导出围岩的三次应力状态；同时确定出隧道衬砌在相应情况下的应力状态。　　本文推导出了隧道衬砌与围岩间的变形协调方程，从而实现了围岩二次位移场、三次位移场以及衬砌位移场之间的有效联系；同时利用数值模拟及现场数据回归分析等方法，探讨了在不同围岩类别、不同施工方法、不同侧压力系数、不同隧道横断面形状系数、不同隧道埋深以及隧道横断面不同部位等各个因素影响下位移释放率的变化规律；这样，通过变形协调方程解出隧道衬砌与围岩间相互作用力的待定参数，从而实现了隧道衬砌应力状态的完全确定，明确了隧道衬砌厚度不足或衬砌后接触非密实这些表观检测结果与衬砌内部应力集中程度之间的内在联系，从而为进一步依据隧道衬砌相关检测结果建立隧道衬砌状态评估体系提供了定量评估基础。

目录

文摘

英文文摘

创造性声明和关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1课题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3存在问题

1.4本文的主要研究内容及技术路线

1.5本文的创新工作

2隧道衬砌检测的实测资料统计及分析

2.1隧道检测概述

2.2隧道衬砌厚度的统计分析

2.3隧道衬砌后接触状态的统计分析

2.4隧道衬砌状态的区域性分析

2.5本章小结

3隧道衬砌后空洞的形态分析

3.1引言

3.2隧道衬砌后空洞的几何关系

3.3隧道衬砌后空洞的力学稳定性分析

3.4关于隧道衬砌后空洞最可能洞形的讨论

3.5本章小结

4围岩与衬砌应力状态的解析推导

4.1复变函数法原理与围岩应力分析基础

4.2围岩二次应力状态的确定

4.3附加荷载作用下围岩应力状态的确定

4.4围岩三次应力状态的确定

4.5衬砌应力场和位移场的确定

4.6本章小结

5考虑开挖面效应的变形协调方程

5.1引言

5.2围岩与衬砌变形协调方程的推导

5.3约束系数κ或应力（位移）释放率κ'的确定

5.4隧道衬砌应力状态的确定

5.5本章小结

6厚度不足及接触非密实时隧道衬砌的力学性状分析

6.1引言

6.2厚度不足时衬砌的力学状态分析

6.3衬砌后存在空洞情况下衬砌的力学状态分析

6.4衬砌后接触非密实情况下衬砌的力学状态分析

6.5本章小结

7隧道衬砌状态评估体系的建立及工程应用

7.1引言

7.2隧道衬砌状态定量化检测评估体系

7.3工程应用实例

7.4本章小结

8结论与展望

8.1本文主要结论

8.2研究展望

参考文献

攻读博士学位期间的论文及科研情况

致谢