内衬施作时机对双层衬砌 盾构隧道内力的影响

双层衬砌是盾构隧道一种相对较新的结构形式,其被用来以期解决单层衬砌隧道在防水和受力等方面上的一些问题。但由于其结构相对更为复杂,目前工程界并无统一的设计理论和方法。本文以大连湾5号线火车站站到梭鱼湾南站跨海段隧道工程为背景,采用midas有限元分析软件对本双层衬砌隧道进行了2维荷载结构法有限元分析,研究内衬不同施作时机对于内外衬砌内力的影响。同时考虑到跨海隧道特殊的工程地质条件,还对卸载过程对于内衬的影响做了分析。结果显示,如果隧道承受的外荷载在不断增加的过程中,内外衬体现为协同受力,施作越晚,内衬承载越小。另一方面,若在施作内衬后外部荷载发生了卸载,会使得内衬产生拉应力,尤其是周期性的加载和卸载会使得内衬首先压应力和拉应力循环,这会对防水产生不利的影响。综上,内衬的施作时机对于两者之间的荷载分担有着巨大的影响,且内衬施作后如果卸载会对结构有较大不利影响,因此内外衬之间相互作用不宜过强,本文依托项目也改变了原有设计构想改为考虑采用柔性垫层的结构形式,未来相关设计与研究可就此问题予以必要的关注。     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。