已建隧道利用FORTRAN程序進(jìn)行襯砌檢算及整治方案探究

張競(jìng)予，王暉，王偉

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000；2.中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054）

1 引言

隧道病害的成因錯(cuò)綜復(fù)雜，近幾年來，隧道設(shè)計(jì)理論的逐步完善，新奧法應(yīng)用的逐步成熟，設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工的重要性也越來越明顯，但若隧道的選址和對(duì)地質(zhì)條件的調(diào)查沒有做到很充分時(shí)，隧道極易產(chǎn)生病害。

對(duì)于已建成在運(yùn)營(yíng)的隧道，尤其是年限已久的隧道而言，由于其當(dāng)時(shí)的施工方法不夠完善，二次襯砌承擔(dān)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(duì)于上部水系發(fā)達(dá)的地區(qū)，這將成為該隧道的災(zāi)難，隧道內(nèi)部滲漏水極為嚴(yán)重，即使檢測(cè)也很困難。此時(shí)采用FORTRAN程序?qū)λ淼酪r砌進(jìn)行分析計(jì)算，能快速有效地分析出區(qū)間內(nèi)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(jī)械檢測(cè)的使用費(fèi)用及保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也提高工作效率。

長(zhǎng)期以來土木工程相關(guān)的計(jì)算程序很多都是用FORTRAN編制的，它是最早的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語言，具有傳統(tǒng)的超強(qiáng)計(jì)算功能和已經(jīng)成形的計(jì)算資源，如各種計(jì)算軟件等都是由其編譯而來，所以，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)ORTRAN程序不會(huì)為C/C++、VB等取代。它幾乎集中了所有關(guān)于軟件開發(fā)和軟件工程研究的最新成果,如面向?qū)ο蟆㈩愋桶踩?。與其他語言相比，F(xiàn)ORTRAN的語法更加簡(jiǎn)潔,調(diào)試更加容易,且應(yīng)用程序開發(fā)更加快速。

在數(shù)值計(jì)算中，F(xiàn)ORTRAN語言仍然不可替代。FORTRAN90標(biāo)準(zhǔn)引入了數(shù)組計(jì)算等非常利于矩陣運(yùn)算的功能。在數(shù)組運(yùn)算時(shí)，F(xiàn)ORTRAN能夠自動(dòng)進(jìn)行并行運(yùn)算，這是很多編程語言不具備的。運(yùn)用FORTRAN語言，用戶能夠運(yùn)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(zhǎng)575m。隧道的進(jìn)口和出口分別位于R=1000和R=390m的緩和曲線上，隧道內(nèi)為4.5‰和5.3‰兩個(gè)單面坡,凈空高6550mm，進(jìn)口端為曲墻仰拱襯砌，設(shè)中心排水溝，出口端為直墻無仰拱襯砌，設(shè)左側(cè)排水溝，碎石道床。由于綜合因素所致隧道滲漏水嚴(yán)重，曾先后多次進(jìn)行過整理，其中拆換仰拱219m，增設(shè)各類排水盲溝百余條，改建隧道左側(cè)排水溝，以及隧道左側(cè)增設(shè)340.5m長(zhǎng)的平行泄水洞一座。但終因復(fù)雜的工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)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(yán)重，需要更進(jìn)一步地整治。

3 計(jì)算參數(shù)與模型建立

3.1 計(jì)算參數(shù)確定

本次分析中襯砌檢算采用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，材料參數(shù)為如表1。

計(jì)算參數(shù) 表1

3.2 計(jì)算荷載確定

計(jì)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(jié)構(gòu)上的豎向分布荷載為:

3.3 襯砌截面強(qiáng)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(jì)算所論截面的安全系數(shù)：

當(dāng)e≤0.2d(小偏心)時(shí)，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(shù)切除為主要治療方法。子宮肌瘤切除手術(shù)的重要特點(diǎn)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(duì)以上脊神經(jīng),因此手術(shù)麻醉要求更高。在手術(shù)麻醉過程中,需充分鎮(zhèn)痛效果,需子宮相關(guān)肌肉松弛狀態(tài),從而保證術(shù)中進(jìn)行陰道牽拉子宮過程中,肌肉松弛,不發(fā)生內(nèi)臟牽拉反應(yīng)[1]。

φ——構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，計(jì)算中取φ=1；

α——軸力偏心影響系數(shù)，按下式計(jì)算：α=1-1.5e/d

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

當(dāng)e＞0.2d(大偏心)時(shí)，按抗裂要求檢算：

式中：R—混凝土極限抗拉強(qiáng)度，計(jì)算R1.0MPa。

3.4 節(jié)點(diǎn)布置圖

圖1 節(jié)點(diǎn)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(xué)公式的自然描述，在計(jì)算機(jī)里具有很高的執(zhí)行效率，可以直接對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。以下為部分程序引入：

輸入數(shù)據(jù)并輸出結(jié)果，如表2。

隧道襯砌各計(jì)算截面的彎矩、軸力及安全系數(shù) 表2

由以上計(jì)算結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

5 整治方案

根據(jù)工程地質(zhì)，水文地質(zhì)及工程造價(jià)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(jìn)行清篩，嚴(yán)格控制清篩質(zhì)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(hào)混凝土（摻加BR型防水劑），仰拱采用50號(hào)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(hào)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(yùn)輸→上料盤→噴濕計(jì)量泵（同時(shí)加入速凝劑，并開始高壓風(fēng)）→噴嘴→受噴面。

②淺孔注漿

按梅花狀布設(shè)孔位,孔間距為70cm，用直徑20mm沖擊鉆打孔，孔深20cm，并將孔內(nèi)清洗干凈；安裝注漿管，下墊塑料泡沫條，再安裝直徑20mm、長(zhǎng)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(qiáng)度形成后進(jìn)行注漿；

按比例配制水泥-水玻璃漿液，并裝入注漿桶中，凝結(jié)時(shí)間10s左右進(jìn)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(bǔ)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(nèi)浮碴，并用高壓風(fēng)吹干凈縫內(nèi)塵土，保證縫內(nèi)無水、干燥；在縫的兩側(cè)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(jìn)行填縫，并搗固密實(shí)；用防水砂漿將裂縫表面抹平，并進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)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(shí)際中，利用FORTRAN程序?qū)λ淼酪r砌進(jìn)行分析計(jì)算，尋找受損點(diǎn)，既能減少采用機(jī)械檢測(cè)的使用費(fèi)用及保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也提高工作效率。FORTRAN程序與其他語言相比，語法更加簡(jiǎn)潔，調(diào)試更加容易，且應(yīng)用程序開發(fā)更加快速。