隧道初期支护安全性评价理论与方法研究

论文摘要

由于隧道工程的复杂性,在施工过程中需要对围岩和支护结构进行监控量测,并根据量测数据适时地对构筑物的安全程度做出正确评价。支护位移由于其代表性强,要求的测量设备简单,对工程施工干扰小,测量成本低,是目前工程实践中使用最广泛的监控量测参数。现行的隧道技术规范已对施工中位移的量测和使用做出了具体规定。但是,按目前规范中给出的方法进行施工期隧道支护结构的安全性评估,存在不足之处:规范的安全性评估方法是定值的,没有考虑影响因素的变异性;规范中给出的极限位移范围较宽,使用起来有不便之处;由于极限位移与各个隧道的形状和尺寸有关,规范提出的极限位移难以适用于不同隧道断面。因此,如何更好地、更充分地、定量客观地利用位移量测数据进行施工期隧道支护结构的安全性评估,使其成为更具广泛适用性的隧道施工监控量测手段,具有重要的理论和实践意义。本文初步建立了通过初期支护实测位移进行施工期隧道安全性评估的理论和方法。具体内容包括:(1)推导了根据测量位移计算隧道初期支护内力的公式,提出了隧道支护的极限状态方程,给出了计算可靠指标的步骤。讨论了随机变量的变异性,确定了基本随机变量的统计特征。(2)研究了曲线形式对可靠指标的影响。认为抛物线最适合在位移法中使用,正弦曲线次之,圆曲线要有所限制,而双曲线则不宜采用。(3)推导了考虑干缩、徐变、温度时隧道支护内力的计算公式,探讨了这些影响因素对隧道支护安全性的影响。认为干缩使可靠指标提高的幅度不大,在工程计算中一般可不考虑其影响。徐变使可靠指标提高的幅度与支护内力的大小和持续时间有关。支护内力越大,持续时间越长,可靠指标的提高幅度越大;反之,可靠指标的提高幅度就小。在工程计算中应考虑徐变对计算结果的影响。温度对可靠指标的影响取决于日间温度差和日内温度差。温度差越大,对可靠指标的影响幅度越大。当温度差超过5度时,计算中应考虑温度的影响。(4)编制了计算隧道断面可靠指标的计算机程序,并用编制的程序对多个隧道工程进行了实例计算。实例计算结果均与隧道的实际安全状态一致,证实了本文所建立的施工期隧道喷混凝土支护安全性评价方法的正确性。本文工作可使施工期隧道结构安全性从定值评价发展为概率评价,更充分地利用位移量测数据,增强评价的客观性,提高施工技术水平。同时,通过对位移测量信息的有效利用,可减轻对其它监控测量参数的依赖,节省工程费用,提高经济效益。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 隧道结构可靠性研究现状
• 1.1.1 隧道可靠性设计研究现状
• 1.1.2 施工期隧道安全性评价研究现状
• 1.2 论文选题的目的和意义
• 1.3 论文主要内容和研究方法
• 1.3.1 论文主要内容
• 1.3.2 论文研究方法
• 2.喷混凝土支护的功能函数
• 2.1 素喷混凝土支护的功能函数
• 2.2 钢架喷混凝土支护的功能函数
• 2.3 可靠指标的计算方法
• 2.4 小结
• 3 基本随机变量的概率特征
• 3.1 支护位移的不确定性
• 3.2 喷层厚度的不确定性
• 3.3 喷混凝土材料性能的不确定性
• 3.4 钢筋及其保护层厚度的不确定性
• 3.5 计算程序编制
• 3.6 工程实例分析
• 3.7 小结
• 4 不同插值曲线的适应性
• 4.1 插值曲线
• 4.2 曲线形式对弧长和曲率的影响
• 4.2.1 计算弧长和曲率的改变量
• 4.2.2 曲线形式对弧长和曲率影响的讨论
• 4.3 曲线形式对可靠指标的影响
• 4.3.1 实例计算
• 4.3.2 曲线形式对可靠指标影响的讨论
• 4.4 小结
• 5 喷混凝土干缩的影响
• 5.1 混凝土的收缩
• 5.2 估算收缩的方法
• 5.3 实例计算
• 5.4 小结
• 6 喷混凝土徐变的影响
• 6.1 混凝土的徐变
• 6.2 估算徐变的方法
• 6.3 实例计算
• 6.4 小结
• 7 隧道温度的影响
• 7.1 隧道围岩的热传递
• 7.1.1 隧道温度场
• 7.1.2 隧道围岩的热传递方式
• 7.1.3 围岩体的导热微分方程
• 7.1.4 隧道围岩的热传递规律
• 7.2 支护温度的计算方法
• 7.2.1 温度变化的影响深度
• 7.2.2 支护温度的计算公式
• 7.2.3 材料的热力学参数
• 7.3 温度变形的计算方法
• 7.4 实例计算
• 7.5 小结
• 8 现场应用
• 8.1 武广线马家冲隧道
• 8.1.1 隧道工程地质条件
• 8.1.2 隧道支护设计
• 8.1.3 隧道施工方法
• 8.1.4 隧道净空变形量测与安全性评价
• 8.2 武广线方田冲隧道
• 8.2.1 隧道工程地质条件
• 8.2.2 隧道支护设计
• 8.2.3 隧道施工方法
• 8.2.4 隧道净空变形量测与安全性评价
• 8.3 武广线赤江冲隧道
• 8.3.1 隧道工程地质条件
• 8.3.2 隧道支护设计
• 8.3.3 隧道施工方法
• 8.3.4 隧道净空变形量测与安全性评价
• 9 结论与展望
• 9.1 本文完成的工作
• 9.2 本文的主要结论
• 9.3 有待继续研究的问题
• 论文主要创新点
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集