铁路隧道混凝土强度参数取值探讨_赵东平.pdf

第 4 5 卷 第 1 期2 0 2 3 年 1 月铁道学报JOUNAL OF THE CHINA AILWAY SOCIETYVol 45No 1January2 0 2 3文章编号:1001-8360(2023)01-0150-07铁路隧道混凝土强度参数取值探讨赵东平1，2，李栋2(1 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都610031;2 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都610031)摘要:现行 铁路隧道设计规范 中采用的混凝土极限强度与 混凝土结构设计规范 不一致，现行 铁路混凝土强度检验评定标准 中也没有给出混凝土极限强度的定义及检验方法，上述问题给铁路隧道结构设计带来困扰。采用调研与计算相结合的方法，对混凝土极限强度的由来和极限强度与强度标准值关系开展了分析论证，研究结果表明:铁路隧道结构设计中采用的混凝土极限强度最早来源于 202 组棱柱体混凝土试件的试验统计结果;混凝土极限强度与混凝土强度标准值存在数值对应关系，但两者的保证率不同(混凝土极限强度的保证率为 84%，而混凝土强度标准值的保证率为 95%);若铁路隧道结构统一采用混凝土强度标准值进行设计，对于钢筋混凝土衬砌无影响，对于素混凝土衬砌会导致衬砌厚度增大;铁路隧道设计规范 中混凝土强度参与宜与 混凝土结构设计规范 中的规定相统一，这样即可保证隧道结构与其它结构的可靠性的一致性，也可消除的混凝土强度检验无标准可参照的困扰。关键词:铁路隧道;混凝土;极限强度;强度标准值;保证率中图分类号:U25文献标志码:Adoi:10.3969/j issn 1001-8360.2023.01.019收稿日期:2020-12-03;修回日期:2021-01-20基金项目:四川省自然科学基金(2022NSFSC0318);国家自然科学基金(U2034205);中国铁路总公司科技研究开发计划(K2018G057)作者简介:赵东平(1979)，男，黑龙江嫩江人，正高级工程师，博士。E-mail:704215958 qq comDiscussion on Concrete Strength Parameters in ailway TunnelDiscussion on Parameter Value of Concrete Strength of ailway TunnelZHAO Dongping1，2，LI Dong2(1 Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering of the Ministry of Education，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China;2 School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)Abstract:The ultimate strength of concrete adopted in the current Code for Design of ailway Tunnel is not consistentwith that of Code for Design of concrete structures，and there is no definition and testing method of ultimate strength ofconcrete in the current Standard for Inspection and Evaluation of ailway concrete strength，which brings trouble to thestructural design of railway tunnel The origin of the ultimate strength of concrete and the relationship between the ulti-mate strength and the standard value of strength are analyzed and demonstrated by means of research and calculationThe main results are as follows:The ultimate strength of concrete used in the structural design of railway tunnel comesfrom the test statistical results of 202 groups of prismatic concrete specimens There is a numerical correspondence be-tween the ultimate strength of concrete and the standard value of concrete strength，but the guarantee rate of the two isdifferent(the guarantee rate of ultimate strength of concrete is 84%The guarantee rate of the standard value of concretestrength is 95%)If the railway tunnel structure is designed with the standard value of concrete strength，it will have noeffect on the reinforced concrete lining，but will lead to the increase of the lining thickness for the concrete lining Theparticipation of concrete strength in the Code for Design of ailway tunnels should be unified with the provisions in theCode for Design of concrete structures，so as to ensure the consistency of the reliability of tunnel structures with otherstructures it can also eliminate the trouble that there is no standard for reference in the concrete strength testKey words:railway tunnel;concrete;ultimate strength;strength standard value;guarantee rate第 1 期赵东平等:铁路隧道混凝土强度参数取值探讨中国是世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展速度最快的国家1。目前我国铁路隧道在总体建筑规模上已处于世界领先地位。截至 2021 年底，中国铁路营业里程达 15 万 km。其中，已投入运营的铁路隧道 17 532 座，累计长度 21 055 km2。随着川藏铁路等项目的修建，在今后的几十年中，中国还会继续兴建一大批铁路隧道，未来可能会修建世界最长的隧道(沙鲁里山隧道 69 km)3。如此大规模的隧道建设，必然会消耗大量的混凝土材料，而混凝土强度设计参数的选取与混凝土材料的用量、结构的安全性及耐久性直接相关。20 世纪 70 年代，我国各行业普遍采用混凝土标号进行结构设计，1997 年发布的 TB 1042594铁路混凝土强度检验评定标准4 提出对仍按混凝土标号设计的工程应先将混凝土标号换算为混凝土强度等级，再以抗压强度标准值 fcu进行混凝土强度的检验和评定。混凝土标号转化为混凝土强度等级，不是简单的数值变化，而是混凝土强度保证率的变化。资料调研表明，铁路隧道设计规范 从 1985 年版本到 2016年版本中，关于混凝土强度参数的取值一直有所变动。横向对比可知，目前铁路行业规范中混凝土的强度参数取值与现行国家标准 GB 500102010混凝土结构设计规范 存在较大的差异;另一方面，在既有规范或规程中未对混凝土的极限强度的试验方法进行明确规定，这就导致检测评定标准无法统一的问题。与铁路隧道工程相似，水工大坝工程也针对类似问题开展过讨论。朱伯芳5 认为由混凝土标号改为混凝土强度等级与混凝土的设计龄期和保证率相关，而由于坝工混凝土与工业民用混凝土不同，因此，认为坝工混凝土可沿用混凝土标号进行设计。而夏鹏等6 认为采用混凝土强度等级作为混凝土的强度指标进行结构设计更为合理。除以上关于坝工混凝土强度参数选取的研究成果之外，在铁路隧道行业混凝土强度参数方面鲜有针对存在的问题开展研究。在参考相关规范及文献的基础上，首先明确了极限强度的定义及极限强度与强度标准值的相互关系，然后在此基础上，论证了混凝土强度参数采用极限强度存在的问题。1混凝土强度定义及演变现行 TB 100032016铁路隧道设计规范7 中混凝土强度参数选用混凝土抗压极限强度 a、抗拉极限强度 l、弯曲抗压极限强度 w等参数进行设计。这一系列参数与混凝土标号存在密切关系，因此探究混凝土标号和混凝土强度等级 C 的定义及关系至关重要。1.1混凝土强度相关参数定义(1)混凝土标号TBJ385 铁路隧道设计规范8 中规定混凝土标号指按标准方法制作、养护边长为 20 cm 的立方体试块，在 28 d 龄期，用标准试验方法所得的抗压极限强度。混凝土标号没有明确的统计概念，据推算其保证率约为 84%，计算式为=(1)式中:为混凝土标号;为强度总体分布的平均值;为强度标准差。(2)混凝土极限强度混凝土的抗压极限强度 a7 指按照标准方法制作、养护的边长为 10 cm10 cm30(或 40)cm 的棱柱体试件，在 28 d 龄期，用标准试验方法测得的轴心抗压强度。TBJ385铁路隧道设计规范8 条文说明中混凝土极限强度是根据原铁道部所属 44 个单位138 组试件和原国家建委所属 4 个单位 64 组试件，共202 组棱柱体试件抗压强度的试验资料，按回归分析确定的。a与混凝土标号可近似表达为a=Ka 1.64Ka()=Ka1 1.64CKa()(2)式中:Ka为棱柱体抗压平均系数;CKa为 Ka的变异系数。根据试验数据的统计计算，Ka=0.84，CKa=10.5%将 CKa、Ka值代入式(2)，可得a=0.70(3)混凝土的抗拉极限强度 l7 指按照标准方法制作、养护的边长为 10 cm10 cm50 cm(两端沿轴心方向预埋螺纹道钉或螺纹钢筋)的棱柱体试件，在 28 d龄期，用标准试验方法测得的轴心抗拉强度。l与混凝土标号可近似表达为8 l=Kl1 1.64CKl()023(4)式中:Kl为棱柱体的轴向抗拉平均系数;CKl为 Kl的变异系数;0为抗拉强度折减系数，取保证率 95%。由 试 验 数 据 的 统 计 计 算，Kl=0.622，CKl=11.6%，0=0.95 将 Kl、CKl、0值代入式(4)，可得l=0.4823(5)混凝土的弯曲抗压极限强度 w计算式为8 151铁道学报第 45 卷w=1.25a(6)(3)混凝土强度等级根据 GB 500102010混凝土结构设计规范9 规定，混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值 fcu，k指按标准方法制作、养护的边长为 15 cm 的立方体试块，在 28 d 或设计规定龄期以标准试验方法测得的具有 95%保证率的抗压强度值，计算式为fcu，k=fcu 1.645fcu=fcu(1 1.6