【博士】海底隧道維修養(yǎng)護(hù)若干問題的研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　廈門海底隧道是國(guó)內(nèi)修建的第一座海底隧道，與一般山嶺隧道相比，在隧道所處地質(zhì)環(huán)境、荷載模式及設(shè)計(jì)理念等方面具有與一般隧道不盡相同的關(guān)鍵技術(shù)問題。海底隧道的這些特殊性也給運(yùn)營(yíng)后的維修養(yǎng)護(hù)工作帶來了新的問題，而這些問題在一般的隧道維修養(yǎng)護(hù)中通常不另作專門的考慮。鑒于此，論文結(jié)合廈門翔安海底隧道的工程設(shè)計(jì)、施工實(shí)踐，圍繞海底隧道維修養(yǎng)護(hù)中檢查方法、檢測(cè)技術(shù)、海底隧道病害分級(jí)量化指標(biāo)確定、海底隧道凈空位移管理基準(zhǔn)以及海底隧道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面進(jìn)行了較深入系統(tǒng)的分析研究，論文中的一些研究在國(guó)內(nèi)尚屬首次，其結(jié)論可直接服務(wù)于廈門海底隧道的維修養(yǎng)護(hù)工作，同時(shí)也可以供國(guó)內(nèi)其它海底隧道進(jìn)行借鑒。本論文的主要研究工作主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：　　1．參考一般公路隧道建立了海底隧道襯砌變異檢查體系，確定了海底隧道襯砌變異的檢查內(nèi)容。論文調(diào)研了世界各國(guó)隧道的檢查方法、頻率及采用的檢測(cè)技術(shù)，通過綜合類比分析確定了適合海底隧道的四種無損檢測(cè)技術(shù)分別為：地質(zhì)雷達(dá)法、紅外線溫度記錄法、多光譜分析以及超聲波法?！　?．采用三維有限元模擬手段，研究了海底隧道存在襯砌背后空洞及襯砌厚度不足時(shí)的變異特征。根據(jù)變異對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及襯砌裂縫分布造成的影響程度，對(duì)海底隧道陸域及海域段襯砌背后空洞及襯砌厚度不足兩種病害給出了量化的判定標(biāo)準(zhǔn)，從而為海底隧道維修養(yǎng)護(hù)的病害分級(jí)提供了明確的指標(biāo)?！　?．基于廣義開爾文本構(gòu)模型的狀態(tài)方程，考慮隧道開挖的空間效應(yīng)和圍巖流變的時(shí)間效應(yīng)，推導(dǎo)了以時(shí)間為變量的隧道二次襯砌位移解析表達(dá)式。根據(jù)廈門海底隧道120個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用推導(dǎo)的解析式對(duì)海底隧道二次襯砌由于圍巖流變而產(chǎn)生的位移進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析?！　?，根據(jù)預(yù)測(cè)分析得出海底隧道二次襯砌位移異常區(qū)段，并據(jù)此給出建議的位移監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。采用有限差分程序，應(yīng)用粘彈塑性本構(gòu)模型描述圍巖流變特性，對(duì)海底隧道的上述斷面進(jìn)行了流變數(shù)值分析，得出了典型斷面襯砌位移一時(shí)間關(guān)系曲線。根據(jù)理論預(yù)測(cè)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，確定了典型監(jiān)測(cè)斷面的凈空位移管理基準(zhǔn)值，為海底隧道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)凈空位移管理提供了理論依據(jù)。　　5．基于國(guó)內(nèi)外50余座隧道襯砌開裂情況的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，提出了海底隧道的主裂區(qū)將是拱頂，其次是拱腰和邊墻。應(yīng)用斷裂力學(xué)理論，采用二維有限元手段，對(duì)不同位置、不同寬度、不同深度的襯砌徑向裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了計(jì)算分析，根據(jù)裂縫穩(wěn)定性得出了不同位置襯砌裂縫允許開裂深度比，從而為裂損海底隧道襯砌的安全性評(píng)價(jià)提供了量化指標(biāo)。　　6．建立了一套完善的海底隧道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先對(duì)振弦式傳感器及光纖光柵傳感器獨(dú)立組網(wǎng)，然后通過傳輸光纜將數(shù)據(jù)傳輸至海底隧道中央控制室，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程集中自動(dòng)化采集。根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及概率論建立了基于BP網(wǎng)絡(luò)的海底隧道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)安全評(píng)估模型，該模型可實(shí)現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)海底隧道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估?！　?

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