隧道衬砌结构安全风险等级评估关键技术

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1、分类号：U451密级：公开UDC：624编号：201421601036河北工业大学硕士学位论文隧道衬砌结构安全风险等级评估关键技术论文作者：李金龙学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：土木工程指导教师：刘春原职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofCivilEngineeringKEYTECHNOLOGYOFSAFETYRISKRATINGFORTUNNELLININGSTRUCTURESByL

2、iJinlongSupervisor:Prof.LiuChunyuanMay2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学

3、位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要山岭隧道建设过程中，围岩及支护结构失稳是最为常见的工程灾害。隧道一旦失稳，将造成巨大的损失，尤其是对于已初支段的塌方，此时掌子面已推进一段距离，一旦塌方就会造成施工人员和机械封死隧道

4、内的严重后果。此类塌方比掌子面塌方更具危害性，因此，对于掌子面后方已初支段围岩及支护结构安全性评价是隧道建设者亟待解决的重大技术难题。本文以“复杂地质条件下特长大断面隧道安全及灾变控制理论与方法”科技项目为依托，以张石高速岳家沟隧道为研究对象，通过对岳家沟隧道在施工中发生塌方事故统计分析，三处大规模塌方均是发生在掌子面后方已初支段。综合运用理论分析、数值模拟等技术手段以工程结构可靠度理论和风险评估理论知识为基础，考虑围岩劣化的基础上对岳家沟隧道衬砌结构的安全风险等级进行评估。主要内容如下：（1）在查阅和参

5、考大量已有试验资料和文献研究成果的基础上，通过对地质强度指标GSI定量化研究，采用Hoek-Brown准则预测岩体力学参数，准确预测岳家沟隧道各级围岩的力学参数，为后续隧道建模和失效概率分析提供必要的基础数据。（2）考虑隧道在开挖过程中因岩体扰动、卸荷及其不良地质等综合作用下的围岩劣化行为，建立有限元模型，分别研究典型断面在围岩劣化前后两种状态下其衬砌结构作用荷载及变形的发展变化规律；运用ANSYSPDS模块对两种状态下衬砌结构的内力统计特征进行分析，并结合所建立的极限状态方程，运用MALAB计算程序，获

6、取了不同状态下衬砌结构的失效概率。（3）在风险评估阶段，将衬砌结构失效概率作为评价指标之一，建立衬砌结构安全风险等级可拓评价物元模型。同时，引入传统的风险矩阵法，分别将风险矩阵法和可拓判别法运用到岳家沟隧道工程实际中，对其衬砌结构安全风险等级进行评定，所得结果基本一致，对比验证了所建可拓评价物元模型的正确性。关键词：衬砌结构围岩等级失效概率可拓判别法风险等级IABSTRACTDuringtheconstructionofmountaintunnel,theinstabilityofsurroundingr

7、ockandsupportstructureisthemostcommonengineeringdisaster.Oncethetunnelinstabilityoccurs,itwillcausehugeloss,especiallyfortunnelcollapsewhichhasbeensupported.Atthistime,thetunnelfacehasbeenadvancedforadistance,andthecollapsewillcauseseriousconsequencesthat

8、theconstructorsandmachinerysealedinthetunnel.Thiskindofcollapseismoredangerousthantunnelface,therefore,thesafetyevaluationofinitialsupportofsurroundingrockandsupportedstructureattherearofthetunnelfacehasbeenamajorte