结合邻近结构物变形控制的隧道施工风险评估研究
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摘要
中国隧道及地下工程建设规模大、发展快的客观事实与地下工程严峻的安全形势决定了隧道风险管理的必要性和紧迫性。本文以湖南省研究生创新基金项目(3340-74236000004)和铁道部研究开发课题(2005K002-D-3)子课题为依托,以武广客运专线重点控制工程浏阳河隧道为背景,开展隧道施工阶段变形控制标准、风险评估及邻近结构物的安全评价研究。主要研究内容和研究成果如下:
(1)融合专家法、熵度法和层次分析法,建立了隧道风险的人—机—环境系统评价模型,构建开放式评价指标体系,确立评估流程,根据评估结果提出了改善措施。
(2)探讨了隧道无邻近结构物、下穿管线、下穿公路和近桥施工时的变形控制标准,分析其影响因素和提高变形控制标准的措施;建立了基于变形的风险监测与预警体系,通过正交设计试验和敏感性原理研究变形对围岩参数敏感性和影响性态。
(3)基于施工单位现有的组织机构和管理制度,建立了操作性较强的隧道施工阶段风险管理具体流程,构建了项目指挥部、施工分队和施工一线人员的三个不同风险管理层次,基于Dephi语言研制了隧道变形风险预警系统。
(4)应用指数法和模糊数学评估隧道邻近结构物的施工安全风险;针对隧道上软下硬地层提出了新的动态分部台阶工法;通过数值仿真研究了隧道邻近结构物下风险应对措施的安全性;进一步结合现场监测数据修正了变形控制标准。
(5)在探明了风化槽地质情况和围岩性质基础上,应用统计理论和隧道力学分析了隧道坍方突发性事件的规律、原因,基于范例推理、可拓学和强度折减法对该地段坍方风险进行多角度评估,根据评估结果提出了坍方风险应对措施。
The sharp contradiction between the fast development and large scale of the Chinese tunnels and the underground projects together with the serious safety situation of underground projects decides the necessity and urgency to conduct tunnel risk management. Supported by Postgraduate Innovation Foundation of Hunan Province (3340-74236000004) and Sub-project of R&D project of Railway Ministry (2005K002-D-3), taking Liuyang river tunnel in Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line as background, in the dissertation some researches in a technical level and management level is made, such as risk assessment, safety evaluation of adjacent structures and the deformation control standards during construction. The main research contents and achievements are as follows:
(1) Expert method, entropy method and hierarchy analytic approaches are combined to put forward the systematic assessment model of man-mechanism-environment for the tunnel risks. Then an open assessment index system is built, the assessment procedure is ensured, and improvement measures are proposed according to assessment results.
(2) Deformation control standards under four conditions are studied: no adjacent structures, beneath different type pipes, underpass different highway and neighboring bridges, based on which a risk monitoring and warning system is established. The deformation sensitivity to rock properties is studied by using orthogonal experiments and sensitivity principles.
(3) Based on organization and management system in the project department of the contract section XXTJⅡ, detailed flow chart of risk management with strong operability is put forward as well as risk management of tunnel neighboring structures. Three different risk management levels are established, that is project headquarters, construction unit, and construction frontline staff. Furthermore, a risk warning system based on deformation is developed with Delphi language.
(4) An index method and fuzzy theory are applied to evaluate risk neighboring adjacent structures; a new construction method of dynamic subsection benches is originally put forward in the upper-soft lower-hard strata section. Construction safety neighboring structures is assessed through numerical simulation. Furthermore, deformation standard is modified by on-line monitoring results.
(5) After detecting geology condition and rock properties in the weathered trough section, principles and inducing reasons of tunnel collapse are analyzed by tunnel mechanics and statistics theory; tunnel collapse risk is evaluated from different aspects using case-based reasoning, extentics theory and strength reducing method. According to assessment results, prevention measures and emergence plan of tunnel collapse are made.
(1)融合专家法、熵度法和层次分析法,建立了隧道风险的人—机—环境系统评价模型,构建开放式评价指标体系,确立评估流程,根据评估结果提出了改善措施。
(2)探讨了隧道无邻近结构物、下穿管线、下穿公路和近桥施工时的变形控制标准,分析其影响因素和提高变形控制标准的措施;建立了基于变形的风险监测与预警体系,通过正交设计试验和敏感性原理研究变形对围岩参数敏感性和影响性态。
(3)基于施工单位现有的组织机构和管理制度,建立了操作性较强的隧道施工阶段风险管理具体流程,构建了项目指挥部、施工分队和施工一线人员的三个不同风险管理层次,基于Dephi语言研制了隧道变形风险预警系统。
(4)应用指数法和模糊数学评估隧道邻近结构物的施工安全风险;针对隧道上软下硬地层提出了新的动态分部台阶工法;通过数值仿真研究了隧道邻近结构物下风险应对措施的安全性;进一步结合现场监测数据修正了变形控制标准。
(5)在探明了风化槽地质情况和围岩性质基础上,应用统计理论和隧道力学分析了隧道坍方突发性事件的规律、原因,基于范例推理、可拓学和强度折减法对该地段坍方风险进行多角度评估,根据评估结果提出了坍方风险应对措施。
The sharp contradiction between the fast development and large scale of the Chinese tunnels and the underground projects together with the serious safety situation of underground projects decides the necessity and urgency to conduct tunnel risk management. Supported by Postgraduate Innovation Foundation of Hunan Province (3340-74236000004) and Sub-project of R&D project of Railway Ministry (2005K002-D-3), taking Liuyang river tunnel in Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line as background, in the dissertation some researches in a technical level and management level is made, such as risk assessment, safety evaluation of adjacent structures and the deformation control standards during construction. The main research contents and achievements are as follows:
(1) Expert method, entropy method and hierarchy analytic approaches are combined to put forward the systematic assessment model of man-mechanism-environment for the tunnel risks. Then an open assessment index system is built, the assessment procedure is ensured, and improvement measures are proposed according to assessment results.
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(5) After detecting geology condition and rock properties in the weathered trough section, principles and inducing reasons of tunnel collapse are analyzed by tunnel mechanics and statistics theory; tunnel collapse risk is evaluated from different aspects using case-based reasoning, extentics theory and strength reducing method. According to assessment results, prevention measures and emergence plan of tunnel collapse are made.
引文
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