隧道衬砌背后空洞上方落石对衬砌结构的破坏机理及整治措施

针对某铁路隧道衬砌出现的掉块病害进行了现场勘查以及三维激光扫描,并对隧道衬砌掉块的成因进行了分析。引入混凝土冲切破坏理论计算方法,估算了衬砌抗冲切承载力。同时,借鉴国内外落石冲击力理论、经验计算方法并利用LS-DYNA动力学软件建立了落石冲击衬砌结构动力学分析模型,对落石冲击作用下衬砌结构的破坏机理进行了分析。结果表明:不同方法计算的落石冲击力与有限元分析所得的冲击力差异较大,这主要是因为各种计算方法的试验条件、理论基础不同;衬砌背后空洞上方的落石冲击衬砌时,在短时间内冲击荷载将达到峰值,易导致衬砌结构发生冲切破坏。针对该隧道状况,通过方案比选,提出了预制拼装波纹板的整治技术。

隧道洞口波纹板防护结构的动态性能

考虑现有隧道洞口防护结构的优缺点,本文提出了一种隧道洞口波纹板防护结构。利用足尺试验分析不同冲击能量下隧道洞口波纹板防护结构内力、变形及基础受力特性。应用LS-DYNA动力学软件建立落石冲击波纹板防护结构动力学分析模型,对落石冲击作用下波纹板防护结构的内力、变形及基础压力进行了分析。结果表明:采用300 mm×110 mm及以上波形,在500 kJ冲击能量作用下,即使板材个别位置出现屈服,拱顶整体变形仍然较小。因此采用大波形作为隧道洞口防护结构是可行的。