拱顶背后空洞对直墙式隧道结构安全性影响分析

鲍 彤，车增军，张素磊，，*，陈立平，陈德刚

(1.青岛理工大学 土木工程学院，青岛 266033；2.青建集团股份公司，青岛 266071)

目前我国交通基础建设处于高速发展阶段，运营隧道里程不断增长，交通运输部2019年统计数据表明，我国已修建的公路隧道达19 067座，运营里程达18 967 km，其中，特长隧道1175座，总里程5218 km；长隧道4784座，总里程8263 km[1]。随着隧道数量的不断增加，运营隧道的安全问题也引起了工程界相关技术人员的重视。衬砌背后空洞作为隧道常见病害形式之一，会直接影响衬砌围岩间力学性能，改变隧道周边岩体应力分布，进而引起围岩松弛破坏，严重时甚至诱发隧道失稳、塌方[2]；张顶立等[3]对100余座铁路隧道进行调研后发现，衬砌背后存在空洞和松散区占比高达11.56%；张素磊等[4]对160余座公路隧道进行了无损检测，结果表明存在1649处衬砌背后空洞，且主要位于拱部位置；刘昌[5]对100余座公路隧道无损检测结果统计后发现，衬砌脱空主要位于拱顶及拱腰处，占比高达95%。以上实例结果表明拱顶背后空洞在隧道工程中的普遍性。鉴于此，专家学者们纷纷对此展开研究。YASUDA等[6-7]通过理论计算，得出了隧道存在空洞情况下的二维弹性解；黄宏伟等[8]通过有限元软件，探究了衬砌背后空洞条件下裂缝的扩展过程及形成机制；孙铁军[9]、傅鹤林[10]等采用荷载-结构法，分析了不同类型衬砌缺陷条件下隧道结构安全性的变化规律；闵博等[11]通过数值模拟研究了连拱隧道在背后空洞条件下衬砌渐进破坏过程，并通过模型试验加以验证；……