復(fù)雜條件下隧道支護(hù)體時效可靠性及風(fēng)險管理研究.pdf

1、近幾年來，由于隧道及地下空間工程開發(fā)逐漸向深埋、長大方向發(fā)展，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)而導(dǎo)致的隧道工程事故越來越多，究其原因，主要有兩方面：一方面是由于大埋深隧道圍巖表現(xiàn)出較強(qiáng)的流變特性，其穩(wěn)定與可靠性有顯著的時效特征，但對隧道圍巖及支護(hù)體時效穩(wěn)定及可靠性的研究不足；另一方面，目前，在國內(nèi)還缺乏一套系統(tǒng)的隧道工程風(fēng)險評估體系，對隧道工程事故缺乏預(yù)見性及有效的管理與評估。對此，本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金“隧道與地下空間工程結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性與可靠性”項(xiàng)

2、目，以方斗山大埋深隧道開挖工程為工程研究背景，研究了隧道及地下空間工程支護(hù)體的時效可靠性及風(fēng)險管理問題，主要內(nèi)容包括： （1）在復(fù)雜條件下隧道圍巖工程力學(xué)特性研究中，首先通過方斗山隧道圍巖巖石的單軸、三軸及流變實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線擬合及分析，確定了Kelvin-Voigt流變模型作為方斗山大埋深隧道圍巖流變模型，并檢驗(yàn)了該模型的可行性。 （2）以Kelvin-Voigt流變模型為理論基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了隧道圍巖與支護(hù)體間的接觸

3、壓力及位移時效方程；定義了支護(hù)體時效破壞概率的概念和計算方法，即支護(hù)體時效破壞概率等于支護(hù)體位移時程曲線與支護(hù)體位移閥值的交點(diǎn)到位移時程曲線收斂點(diǎn)間的弧段長比上支護(hù)體與圍巖發(fā)生作用點(diǎn)與位移時程曲線收斂點(diǎn)之間的弧段長；在此基礎(chǔ)上，確定了基于 “荷載—結(jié)構(gòu)”模型的隧道支護(hù)體受拉、受壓時效可靠性方程和基于“收斂—約束”模型的隧道支護(hù)體時效可靠性方程；并運(yùn)用自編程序，重點(diǎn)分析了基于“收斂—約束”模型的隧道支護(hù)體時效可靠性。 （3）在理論

4、分析的指導(dǎo)下，在方斗山隧道大埋深段布置了6個監(jiān)測斷面，重點(diǎn)對工字鋼拱應(yīng)力、噴射混凝土與圍巖接觸壓力、噴射混凝土內(nèi)應(yīng)力、錨桿軸力、臨時鋼支撐應(yīng)力、二次襯砌鋼筋應(yīng)力、二次襯砌與噴射混凝土接觸應(yīng)力以及支護(hù)體水平收斂位移及拱頂下沉進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，并分析了其變化規(guī)律。結(jié)果表明，運(yùn)用聯(lián)合支護(hù)形式，方斗山大埋深隧道圍巖及支護(hù)體歷時3個月左右均趨于穩(wěn)定；初次支護(hù)應(yīng)力小于其極限強(qiáng)度，說明其可靠性較高；二次襯砌上的應(yīng)力比較小，起到安全儲備的作用。監(jiān)測結(jié)果與理

5、論計算結(jié)果基本一致。 （4）在數(shù)值模擬分析中，提出了運(yùn)用“開挖步”實(shí)現(xiàn)支護(hù)體時間效應(yīng)的學(xué)術(shù)思想。運(yùn)用3D- 有限元分析程序，對方斗山隧道大埋深段支護(hù)體的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行模擬分析，確定了隧道斷面上初次支護(hù)和二次襯砌的水平應(yīng)力、豎向應(yīng)力、豎向位移、支護(hù)體破壞域、屈服接近度、安全率等的時效變化特征。 （5）在隧道工程風(fēng)險管理研究中，對風(fēng)險損失的表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo)、修正，并運(yùn)用風(fēng)險模擬原理，對風(fēng)險損失的評估結(jié)果進(jìn)行“可信性”驗(yàn)證；在此