隧道初期支护安全性评价理论与方法研究

【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。