海底隧道钢拱架锈蚀对支护体系安全性的影响

为提高大断面海底隧道支护体系的安全性,对厦门海底隧道进行了有限元分析.在有水压和无水压2种情况下,分析了钢拱架锈蚀对自身承载能力和对初期支护混凝土、二次衬砌安全性的影响.分析表明:锈蚀率达到80%时,钢拱架与混凝土之间的粘结力和钢拱架的承载能力将完全丧失.随着钢拱架锈蚀,其弯矩降低系数与锈蚀率符合二次曲线关系,轴力降低系数与锈蚀率基本符合线性规律;初期支护混凝土边墙与拱顶处安全系数在无水压的情况下最大降低约5.5%,在有水压的情况下最大降低6.6%左右;二次衬砌边墙与拱顶处安全系数在无水压的情况下最大降低3.4%左右,在有水压的情况下最大降低约6.4%.

钢拱架锈蚀对海底隧道支护体系力学行为影响分析

为探明初期支护中包裹钢拱架锈蚀对隧道支护体系承载力的影响,考虑锈蚀条件下工字钢与混凝土之间黏结滑移退化关系,将其本构引入ANSYS模拟钢拱架锈蚀状态下隧道支护体系受力变化规律。分析表明:1)钢拱架锈蚀率小于5%的时候,钢拱架自身、喷射混凝土、初期支护与二次衬砌之间接触压力以及二次衬砌混凝土内力变化较小,受锈蚀率的作用不大。2)钢拱架锈蚀率为5%~55%,支护体系的受力行为及安全性变化很大;当锈蚀率达到55%,工字钢与初期支护混凝土之间的黏结完全失效,钢拱架与初期支护混凝土之间的整体受力功能完全丧失。3)随着钢拱架锈蚀率增加,围岩荷载逐渐向二次衬砌转移,二次衬砌逐渐取代初期支护而成为围岩荷载的主要承担者。

考虑荷载分配时钢拱架锈蚀对海底隧道支护体系力学行为影响分析

为探明初期支护中钢拱架锈蚀对隧道支护体系承载力的影响,考虑锈蚀条件下工字钢与混凝土之间粘结滑移退化本构关系,将其引入ANSYS模型中,分析钢拱架锈蚀状态下隧道支护体系受力变化规律。结果表明:(1)钢拱架自身承载能力随着锈蚀率的增加而降低,降低幅度与初期支护初始承载比例有关,在锈蚀率ρ=70%时,钢拱架基本不承受弯矩,在ρ=80%时,钢拱架轴力基本为0,其承载能力全部丧失;(2)在未发生锈蚀时,初期支护初始承载比例越大,初期支护与二次衬砌间接触压力越小,随着锈蚀率逐渐增大,接触压力增加值和增大比例也越来越大;(3)初期支护混凝土和二次衬砌的安全系数随锈蚀率增加而逐渐降低。