已建隧道利用FORTRAN程序進行襯砌檢算及整治方案探究

張競予，王暉，王偉

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000；2.中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710054）

1 引言

隧道病害的成因錯綜復雜，近幾年來，隧道設計理論的逐步完善，新奧法應用的逐步成熟，設計指導施工的重要性也越來越明顯，但若隧道的選址和對地質條件的調查沒有做到很充分時，隧道極易產生病害。

對于已建成在運營的隧道，尤其是年限已久的隧道而言，由于其當時的施工方法不夠完善，二次襯砌承擔了過多的壓力，違背了新奧法的施工理念，使二次襯砌出現(xiàn)了大量的大小不一的裂縫及壓潰，對于上部水系發(fā)達的地區(qū)，這將成為該隧道的災難，隧道內部滲漏水極為嚴重，即使檢測也很困難。此時采用FORTRAN程序對隧道襯砌進行分析計算，能快速有效地分析出區(qū)間內部所受彎矩、剪力和軸力的大小，將大大減少人力的投入，并且減少采用機械檢測的使用費用及保養(yǎng)維護費用，同時也提高工作效率。

長期以來土木工程相關的計算程序很多都是用FORTRAN編制的，它是最早的計算機高級編程語言，具有傳統(tǒng)的超強計算功能和已經(jīng)成形的計算資源，如各種計算軟件等都是由其編譯而來，所以，很長一段時間內，F(xiàn)ORTRAN程序不會為C/C++、VB等取代。它幾乎集中了所有關于軟件開發(fā)和軟件工程研究的最新成果,如面向對象、類型安全等。與其他語言相比，F(xiàn)ORTRAN的語法更加簡潔,調試更加容易,且應用程序開發(fā)更加快速。

在數(shù)值計算中，F(xiàn)ORTRAN語言仍然不可替代。FORTRAN90標準引入了數(shù)組計算等非常利于矩陣運算的功能。在數(shù)組運算時，F(xiàn)ORTRAN能夠自動進行并行運算，這是很多編程語言不具備的。運用FORTRAN語言，用戶能夠運用很多現(xiàn)成的函數(shù)軟件包，所以非常便利。

2 工程概況

某隧道始建于1956年，全長575m。隧道的進口和出口分別位于R=1000和R=390m的緩和曲線上，隧道內為4.5‰和5.3‰兩個單面坡,凈空高6550mm，進口端為曲墻仰拱襯砌，設中心排水溝，出口端為直墻無仰拱襯砌，設左側排水溝，碎石道床。由于綜合因素所致隧道滲漏水嚴重，曾先后多次進行過整理，其中拆換仰拱219m，增設各類排水盲溝百余條，改建隧道左側排水溝，以及隧道左側增設340.5m長的平行泄水洞一座。但終因復雜的工程地質條件及水文地質條件的影響與控制，目前隧道的翻漿冒泥、滲漏水、排水系統(tǒng)淤堵、襯砌混凝土腐蝕等病害依然很嚴重，需要更進一步地整治。

3 計算參數(shù)與模型建立

3.1 計算參數(shù)確定

本次分析中襯砌檢算采用結構力學方法，材料參數(shù)為如表1。

計算參數(shù) 表1

3.2 計算荷載確定

計算荷載根據(jù)鐵路隧道規(guī)范確定，根據(jù)該隧道的覆土深度,確定為深埋隧道，作用在結構上的豎向分布荷載為:

3.3 襯砌截面強度檢算

求得隧道各截面上的彎矩M和軸力N后，可通過下列公式計算所論截面的安全系數(shù)：

當e≤0.2d(小偏心)時，按抗壓要求檢算：

式中：K——截面的安全系數(shù)；

e——偏心距；

d——截面厚度；

b——截面寬度；

子宮肌瘤屬于臨床常見婦科疾病,為良性腫瘤疾病類型,以采取手術切除為主要治療方法。子宮肌瘤切除手術的重要特點即給予盆腔深部操作以及陰道操作,因此要求給予控制麻醉平面為T6-S4間的15對以上脊神經(jīng),因此手術麻醉要求更高。在手術麻醉過程中,需充分鎮(zhèn)痛效果,需子宮相關肌肉松弛狀態(tài),從而保證術中進行陰道牽拉子宮過程中,肌肉松弛,不發(fā)生內臟牽拉反應[1]。

φ——構件縱向彎曲系數(shù)，計算中取φ=1；

α——軸力偏心影響系數(shù)，按下式計算：α=1-1.5e/d

R——混凝土極限抗壓強度，計算襯砌混凝土的抗壓強度是根據(jù)現(xiàn)場回彈儀測試結果選取，以上各計算斷面極限抗壓強 度 分 別 取 為：4.88MPa、12.7MPa、11.46MPa、12.65MPa、11.55MPa、10.25MPa、9.44MPa和5.33MPa。

當e＞0.2d(大偏心)時，按抗裂要求檢算：

式中：R—混凝土極限抗拉強度，計算R1.0MPa。

3.4 節(jié)點布置圖

圖1 節(jié)點布置圖

4 帶入程序檢算

4.1 程序編制說明

FORTRAN語言的最大特性是接近數(shù)學公式的自然描述，在計算機里具有很高的執(zhí)行效率，可以直接對矩陣和復數(shù)進行計算。以下為部分程序引入：

輸入數(shù)據(jù)并輸出結果，如表2。

隧道襯砌各計算截面的彎矩、軸力及安全系數(shù) 表2

由以上計算結果可以得到以下結論：

5 整治方案

根據(jù)工程地質，水文地質及工程造價等因素，確定整治方案如下。

5.1 翻漿冒泥的整治

①在道心處進行清篩，嚴格控制清篩質量；

②將基床頂面以下厚0.48m基床土更換為滲水性土；

③更換仰拱，換填深度為0.6m；

④道床采用200號混凝土（摻加BR型防水劑），仰拱采用50號漿砌片石。

5.2 滲漏水及襯砌裂損的整治

①拱部襯砌清理干凈，在其上素噴200號混凝土(摻加BR型防水劑)10cm，分兩次噴射；噴混凝土工藝流程：

拌和攪拌混凝土→翻斗車運輸→上料盤→噴濕計量泵（同時加入速凝劑，并開始高壓風）→噴嘴→受噴面。

②淺孔注漿

按梅花狀布設孔位,孔間距為70cm，用直徑20mm沖擊鉆打孔，孔深20cm，并將孔內清洗干凈；安裝注漿管，下墊塑料泡沫條，再安裝直徑20mm、長4cm的鋼管,外端有絲扣；用快硬水泥砂漿固定注漿嘴，并在注漿嘴周圍抹一層砂漿以形成防水層，待強度形成后進行注漿；

按比例配制水泥-水玻璃漿液，并裝入注漿桶中，凝結時間10s左右進行注漿作業(yè)，表面涂刷兩遍SWF混凝土密封膠。

5.3 襯砌干裂縫整治

工程數(shù)量表（每延米） 表3

工程數(shù)量表（每延米） 表4

采用鑿槽嵌補法：

用小扁鑿沿裂縫鑿開一道溝槽，槽寬4cm，槽深10cm，用鋼絲刷清除縫內浮碴，并用高壓風吹干凈縫內塵土，保證縫內無水、干燥；在縫的兩側面和底面均勻涂刷底膠，底膠厚度宜為0.3mm左右，用配制好的嵌接縫材料聚合物水泥砂漿進行填縫，并搗固密實；用防水砂漿將裂縫表面抹平，并進行合理的養(yǎng)護。

6 結束語

以上闡述還原了利用FORTRAN程序編程解決既有隧道病害的過程。

在實際中，利用FORTRAN程序對隧道襯砌進行分析計算，尋找受損點，既能減少采用機械檢測的使用費用及保養(yǎng)維護費用，同時也提高工作效率。FORTRAN程序與其他語言相比，語法更加簡潔，調試更加容易，且應用程序開發(fā)更加快速。