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大断面小净距隧道穿越复杂建(构)筑物群安全风险管理分析及其控制

宋瑞刚  
【摘要】:隧道工程本身具有很强的复杂性和不确定性,特别是隧道在穿越既有人防空洞过程中,由于人防空洞的影响,使得本已复杂的问题更具风险。再加之城市地表建筑物密集,基础和上部结构形式多样,对其安全性的影响始终都贯穿于整个隧道建设过程中。随着我国隧道建设的发展,这种情况将会越来普遍,所带来的问题也将日益突出。因此,研究隧道穿越既有人防空洞及其对地表建筑物的影响及其控制具有重要的理论意义和现实意义。本文依托大连胜利路南山隧道工程,隧道附近地表房屋比较密集,周边存在复杂的人防空洞。论文在大量查阅国内外资料的基础上,采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的方法,对城市隧道穿越既有人防空洞工程所涉及的基础理论进行了深入研究,并对所涉及关键技术和核心问题进行了系统分析,取得了如下列成果:1、建立了小净距隧道-人防空洞-地表建筑物的动态相互作用体系,提出其相互作用体系包括四个方面的内容,揭示了地层结构作为连接三者之间的纽带,其演化规律是整个相互作用体系的核心问题。小净距隧道-人防空洞-地表建筑物的相互作用的根源是隧道开挖造成的地层变形不断传递的结果,为了分析整个相互作用体系的关联机制,通过数值计算研究了隧道开挖对体系中各个元素的影响,根据各元素周边轮廓点的位移分布情况对相应的重点控制区域给出了建议。2、通过对隧道穿越人防空洞力学模型进行分析,确定该模型是近接施工模型和地层空洞模型的综合体。并将其抽象成小间距隧道模型,借鉴物理学相邻电场的研究方法,通过双极坐标系对简化模型进行地层应力和中央岩墙的稳定性进行理论推导。给出了洞径大小、岩墙厚度、侧压系数、支护反力和围岩级别对中央岩墙受力状态的影响规律,并给出了岩墙稳定性判别方法和计算流程。3、通过对现有分区准则的研究并结合数值计算,得到不同空间分布规律和几何关系的的新建隧道与人防空洞相互作用关系。得到了新建隧道穿越人防空洞影响分区,并进一步对隧道-人防空洞-建筑物相互作用机理进行了分析。4、通过分析隧道穿越复杂建(构)筑物群的安全风险影响因素,提出安全风险评价指标体系;运用模糊数学理论评估复杂建(构)筑物群安全风险,建立适合复杂建(构)筑物群风险特点的模糊综合评价模型;以此为基础来评估南山隧道的环境安全风险,从而确定隧道施工影响范围内既有建(构)筑物的安全风险等级。5、通过分析各种不同建(构)筑物的破坏模式及相关建筑环境,建立起建(构)筑物的有限差分模型,并对可能出现的各种工况进行比对,得到了既有建筑物、人防空洞的相关环境安全控制标准;爆破环境安全控制标准则严格遵循已有的各相关规定。6、采用理论分析、数值计算并结合相关工程经验,将复杂建(构)筑物群的总变位控制值合理分解至最优施工方案下的每一个施工步中,并按变形量比率将总控制标准分配到各施工步中,建立各分步变位控制标准;然后按照各个施工步的变位分配标准,进行阶段性环境风险控制。


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