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隧道施工塌方风险评估与控制措施

王华牢 李宁 王皓

王华牢, 李宁, 王皓. 隧道施工塌方风险评估与控制措施[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 34-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.006
引用本文: 王华牢, 李宁, 王皓. 隧道施工塌方风险评估与控制措施[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 34-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.006
WANG Hua-lao, LI Ning, WANG Hao. Risk assessment and control measures of collapse for tunnel construction[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 34-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.006
Citation: WANG Hua-lao, LI Ning, WANG Hao. Risk assessment and control measures of collapse for tunnel construction[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 34-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.006

隧道施工塌方风险评估与控制措施

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.006
基金项目: 

国家自然科学基金项目 50879068

详细信息
    作者简介:

    王华牢(1961-), 男, 陕西蒲城人, 交通运输部公路科学研究院教授级高级工程师, 工学博士, 从事公路隧道工程研究

  • 中图分类号: U451.4

Risk assessment and control measures of collapse for tunnel construction

More Information
    Author Bio:

    WANG Hua-lao(1961-), male, senior engineer, PhD, +86-10-82024238, hl.wang@rioh.cn

  • 摘要: 为在施工前预防隧道塌方, 优化隧道设计, 以卧龙岗隧道施工塌方风险为研究对象, 对隧道初期支护进行了安全性分析, 明晰了诱发隧道塌方的风险因素, 结合隧道工程地质情况辨识了风险源, 采用层次分析法对风险源进行了重要性排序, 通过专家调查法对塌方风险发生的概率等级和风险损失等级进行了调查统计, 并运用风险矩阵法确定了塌方风险等级。分析结果表明: 初期支护及时封闭、临时支撑拆除时机、二次衬砌紧跟与爆破震动是塌方发生重要诱因, 卧龙岗隧道塌方风险等级为Ⅲ级, 风险等级较高。

     

  • 图  1  初期支护不同工况

    Figure  1.  Different conditions of primary shoring

    图  2  塌方风险评估流程

    Figure  2.  Process of collapse risk assessment

    图  3  塌方风险源辨识

    Figure  3.  Identification of collapse risk sources

    图  4  塌方风险概率等级

    Figure  4.  Probability grades of collapse risk

    图  5  塌方风险损失等级

    Figure  5.  Loss grades of collapse risk

    表  1  荷载分担比例

    Table  1.   Sharing proportions of loads

    工况 荷载分担
    1 初期支护闭合, 无临时支撑, 荷载分担比例分别为30%、100%
    2 初期支护未闭合, 开挖两导洞, 荷载分担比例分别为15%、30%
    3 初期支护未闭合, 拆掉临时支撑, 荷载分担比例为30%
    4 初期支护闭合, 未拆掉临时支撑, 临时支撑间添加水平支撑, 荷载分担比例为30%
    5 初期支护未封闭, 拆掉临时支撑, 荷载分担比例为30%
    6 初期支护封闭后, 拆掉临时支撑, 荷载分担比例为30%
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    表  2  衬砌材料参数

    Table  2.   Material parameters of tunnel lining

    名称 弹性模量E/kPa 重度γ/(kN·m-3) 面积A/m2 惯性矩I/m4
    衬砌 2.3×107 22 0.28 0.001 83
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    表  3  模型材料力学参数

    Table  3.   Mechanical parameters of model material

    围岩级别 变形模量/(kPa) 重度/(kN·m-3) 泊松比 计算摩擦角/(°)
    Ⅴ级 1.5×106 18 0.4 42
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    表  4  计算结果对比

    Table  4.   Comparison of numerical results

    工况 荷载分担比例/% 弯矩/(kN·m) 轴力/kN 安全系数
    1 30 110.7 1 130.3 2.28
    100 353.7 3 664.9 0.72
    2 15 119.8 492.1 1.21
    30 227.3 949.2 0.64
    3 30 201.2 1 051.4 0.85
    4 30 113.0 1 115.3 2.22
    5 未拆撑 30 241.7 969.0 0.59
    已拆撑 30 201.0 1 052.5 0.86
    6 未拆撑 30 107.9 1 122.6 2.35
    已拆撑 30 98.4 1 141.3 2.59
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    表  5  塌方风险判断矩阵

    Table  5.   Judgment matrix of collapse risk

    塌方 爆破震动过大 超前支护不及时 初期支护未及时封闭 监控量测不及时 浅埋、偏压 二衬未紧跟 临时支撑一次拆除时机
    爆破震动过大 1.00 0.33 0.14 3.00 0.17 0.33 0.20
    超前支护不到位 3.00 1.00 0.25 4.00 0.33 3.00 0.33
    初期支护未及时封闭 7.00 4.00 1.00 7.00 3.00 5.00 4.00
    监控量测不及时 0.33 0.25 0.14 1.00 0.14 0.33 0.25
    浅埋、偏压 6.00 3.00 0.33 7.00 1.00 5.00 3.00
    二衬未紧跟 3.00 0.33 0.20 3.00 0.20 1.00 0.33
    临时支撑一次拆除时机 5.00 3.00 0.25 4.00 0.33 3.00 1.00
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    表  6  一致性检验

    Table  6.   Consistency check

    塌方 Wi (AW)i (AW)i/(nWi)
    爆破震动过大 0.04 0.31 1.11
    超前支护不到位 0.10 0.77 1.10
    初期支护未及时封闭 0.37 2.94 1.14
    监控量测不及时 0.03 0.22 1.05
    浅埋、偏压 0.24 1.92 1.14
    二衬未紧跟 0.07 0.49 1.00
    临时支撑一次拆除时机 0.15 1.16 1.10
    λmax 7.64
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  • 收稿日期:  2010-03-04
  • 刊出日期:  2010-08-25

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