论隧道二衬欠厚检测及结构安全性

余永军

摘  要：结合当前铁路隧道发展的情况，结合自身从事隧道检测工程实践经验，分析了隧道二衬检测应该注意的要点，并通过实践案例分析了衬砌结构安全性评价方法，以及开展了相关的计算工作，希望对于全面提升隧道检测水平有所帮助。

关键词：隧道检测;二衬欠厚检测;检测方法;结构安全性

当前，我国的铁路事业在经济社会快速发展的背景下迎来了空前发展机会，从实际情况下存在着施工水平不高、地质环境负责等情况，部分隧道工程存在着质量缺陷。如果不加以重视，则会造成质量缺陷问题日趋严重，会造成隧道的安全性受到影响。针对当前二衬欠厚方面的研究工作来看，二衬属于保障隧道安全重要方面，如果其存在着二衬欠厚的问题，则意味着承载力偏低、承受力不合理等情况。考虑到二衬截面为矩形梁的情况，存在着欠厚截面的问题，这样会造成明显降低惯性矩与刚度的情况，也会造成偏离中性轴的情况，进而引发应力集中的影响，会造成容易出现高速列车运行引起的动力响应问题，也反作用在破坏衬砌方面。考虑到二衬欠厚的成因，从实际来看，主要涉及到土体塌落、超挖和欠挖、地质环境差和混凝土向下错动等方面。

1 隧道二衬检测

在具体检测实践中，选择设备为SIR-3000 型探地雷达，并结合实际应用工况要求来配置高中低频雷达天线，能满足于16 MHz ～ 2. 2 GHz频率范围要求，并能配置相应的位置自动伺服系统，能有效进行相应信号的有效接受。在具体的检测实践中，能满足于雷达主机发射高速脉冲信号的要求，具体速度能实现64 次/ s，并结合实际需求来控制每米进行布测50个。

1. 1 探地雷达测线布置

只有通过合理化布置相应的探地雷达检测位置，方可进一步探测铁路隧道衬砌病害问题。从实际情况来看，主要涉及到的关键位置为拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙以及仰拱等六个部分。同时，考虑到实际情况下的已经运营隧道情况，难以开展探地雷达检测，这里仅通过实际来落实前面五个关键位置的布置。

1. 2 探地雷达检测结果统计

利用SIR-3000 型探地雷达来开展相应的隧道二衬厚度检测工作，经过相关的统计数表明，存在着二衬欠厚部位154处，衬砌背后空洞位置有39处，而二衬欠厚且衬砌背后空洞情况为37处。这样能有效表明借助于探地雷达检测的有效性。

通过相关统计数据来看，影响隧道结构安全运营主要因素为二衬欠厚病害，其将近占到了总体病害数的七成。同时，结合二衬欠厚对隧道结构影响情况，重点统计相关的内容，其中，拱顶的缺陷分布率所占比例较大，究其原因，主要是考虑到建设实践中，在重力影响作用下，特别没有全凝固状态下，可能存在着有效的支撑约束的过早拆除情况，容易出现向下塌落的问题，进而出现拱顶二衬缺陷的问题。

2 衬砌结构安全性评价方法

结合素混凝土二次衬砌截面的安全验算的实际情况，在进行相关的破损过程中的验算来看，可以明确相应的安全系数，反映出 衬砌结构安全性。在具体的结算过程中，结合初始偏心距的情况来进行处理，当其值超过0. 2d范围，则按照（1）计算;而小于0. 2d则按照（2）计算相应的混凝土截面偏心受压。

考虑到相应的隧道结构特点，在进行地层压力计算过程中，结合地层特点以及围岩对衬砌结构的约束影响，选择发挥出Winkler 地层模型的优势来进行相关推断。具体可以选择相应的有限元的分析方法，能实现衬砌结构上的分布荷载转化为集中荷载作用于节点的要求，可以选择相应的弹簧模拟的围岩约束的方案，通过集中荷载方式作用在节点来进行相关的受力分析。

3 隧道二衬欠厚计算模型及二衬安全性分析

从现场勘查的情况表明，高速铁路隧道所穿越大都是Ⅳ级的地层围岩，属于深埋隧道的范畴。结合SIR-3000 型探地雷达检测的数据，整体上结合相应的情况，落实在拱顶、拱腰、边墙等关键位置存在着不同程度的缺陷问题。于是，选择有限元分析软件来进行相应的模型构建，其中，可以按照实况参数要求来构建模型，进行二衬结构的计算。利用有限元仿真的方式，能明确展示出结构各部位的内力情况，并落实相应的安全系数。参考《铁路隧道设计规范》的标准要求，应结合相应的衬砌截面受力形式的不同来确定相关安全系数。通过相关的计算，落实各部位安全系数的函数拟合操作，这样能有效保障最小安全厚度的要求。从相应的结算结果来看，其中。二衬整体欠厚h0/ h<0. 479的情况下，意味着拱顶受到拉力作用而遭到破坏，此时临界厚度为19.8cm;同样的方式，确定拱顶欠厚的厚度为16. 7～ 26. 3 cm范围;左拱腰欠厚情况下，并没有出现拉压破坏的情况;在左边墙欠厚的情况下，临界厚度为3.5cm。

4 结论

结合工程实践案例，在具体的二衬结构缺陷检测的实践中，重点探讨了基于二衬欠厚部位、欠厚程度等情况，并就相应的应力结构部分以及安全性问题进行探讨，探讨了二衬主要的缺陷表现为欠厚缺陷，并落实了不同结构所造成的内力分布的具体情况，落实了二衬整体欠厚的情况下，相关各个部门的临界厚度的情况。總体来看，本文提出的方法对于提升隧道二衬欠厚检测及结构安全性水平有所帮助。

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