拱頂背后空洞影響下非對稱連拱隧道結構裂損規律

閔博，張成平，張旭，宮艷萍，元騰飛

(1.北京交通大學城市地下工程教育部重點實驗室，北京，100044；2.北京交通大學土木建筑工程學院，北京，100044)

由于受施工技術、地質條件等的影響，隧道投入運營后出現各種不同程度的隧道病害，嚴重威脅行車安全。對一些運營隧道事故的調查統計表明，襯砌背后空洞是導致襯砌結構產生病害的主成因之一，同時也是目前影響隧道運營安全的最常見的質量缺陷之一[1-2]。襯砌背后空洞的存在嚴重影響襯砌與圍巖的相互作用關系，導致襯砌結構產生應力集中現象[3]，是襯砌結構開裂的主要原因，尤其是襯砌背后較大尺寸的縱向狹長空洞。對于非對稱連拱隧道而言，結構的非對稱性導致拱頂背后空洞對結構裂損規律的影響更加復雜。鑒于襯砌背后空洞存在的廣泛性及危害性，國內外已有學者采用理論分析、數值模擬、模型試驗等方法對單洞隧道襯砌背后空洞展開了相關研究。在理論計算方面，YASUDA等[4]提出了深埋圓形隧道背后存在空洞時的襯砌結構二維彈性解，分析了襯砌結構的受力狀態；應國剛等[5]提出了拱頂存在空洞情況下的修正荷載-結構模型，得出了空洞上覆荷載傳遞路徑及圍巖壓力分布形式。在數值模擬方面，MEGUID 等[6-8]分析了襯砌背后空洞對結構內力的影響規律；黃宏偉等[9-10]采用擴展有限元研究了襯砌結構在空洞作用下的裂縫分布規律、裂縫擴展過程、裂縫外觀表現形式及發生機制。在模型試驗方面，佘健等[11]通過大比例模型試驗，研究了空洞對結構承載力的影響規律；……