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随着空洞病害广泛的出现在隧道建设与运营中,空洞病害越来越引起建设人员与研究人员的关注。以某高速公路隧道为研究对象,根据现场实际检测发现的空洞状况,运用有限元分析的方法对空洞病害产生的不利影响进行研究,主要做了以下几个方面的工作:(1)在对空洞一般成因及其危害性进行探讨总结的基础上,结合所选取实际工程空洞病害的具体情形,有针对性地分析导致该隧道衬砌背后产生空洞的因素,并根据具体位置及空洞大小提出治理措施;(2)选取空洞现象比较严重的Ⅴ级围岩段为研究对象,针对衬砌背后出现空洞及空洞群的现象,运用地层结构法进行数值模拟分析,分别对衬砌背后存在拱顶空洞及存在双侧拱腰空洞、双侧边墙空洞、拱顶与双侧拱腰空洞、拱顶与双侧边墙空洞、双侧拱腰与双侧边墙空洞等空洞群时进行模拟分析,从空洞出现后衬砌截面弯矩分布形式与弯矩值的变化、围岩总位移大小的变化及衬砌变形状态的改变三方面来分析空洞产生后对衬砌造成的不利影响,分析总结空洞及空洞群出现后对衬砌受力的影响规律,为空洞对该隧道衬砌的不利影响提供理论基础;(3)在使用荷载结构法对空洞进行分析时,运用围岩压力的相关理论,考虑空洞周围一定范围围岩体出现压力增大的现象,对拱顶衬砌背后存在空洞的现象进行数值模拟分析,简要探讨衬砌周围一定范围岩体存在压力增大现象时衬砌受力状态的变化,并对此方法进行简要总结评价。通过所做的以上几方面工作,简述所得结论如下:(1)拱顶空洞使衬砌在拱顶部位由外侧受压变为内侧受压,弯矩值相应发生变化,弯矩在拱腰与边墙之间的位置处增长较大;(2)存在空洞群时,拱腰至拱脚处,衬砌所受弯矩值发生较大改变,在这段部位弯矩值呈现较大增长的现象,同时拱脚处衬砌内外侧所受拉压状态发生改变,拱腰至拱脚部位弯矩值的较大变化增加了此段衬砌的不安全因素;(3)空洞及空洞群的出现对衬砌变形状态影响最严重的部位也是拱腰与边墙之间处,在此处衬砌呈现较大不规则变形,同时此处也是弯矩增幅较大段,若变形过大可导致衬砌开裂及其他病害;(4)运用荷载结构法对空洞分析时,虽考虑部分区域压力增大的现象,但仍有不足之处,主要在于空洞出现后衬砌所受围岩压力值较难准确获得。