基于大样本的强透水砂层盾构施工风险与控制研究

基于大量强透水砂层盾构施工工程事故现场调研及资料分析,建立大样本数据库并构建强透水砂层盾构施工风险事故树,以分析风险源及各自权重;基于模糊综合评价法探究强透水砂层盾构施工风险评估方法,推导出各风险因素对风险发生概率和损失的评价矩阵,从机理控制层面提出风险控制措施,并以广州某强透水砂层盾构工程实施验证。研究表明,施工风险主要为管片破裂、隧道上浮、渣土喷涌及地表塌陷等,风险发生概率与相应损失程度均可划分为5个等级。可通过加强管片拼装质量、改善上覆土层工程特性、渣土改良及装置改进等风险规避策略,有效控制施工风险,并结合风险规避、保留及转移等3种策略对地表塌陷风险进行有效控制。     

风险评估在神木一号风积沙隧道中的应用研究

基于层次分析法、专家调查法和模糊评价法,对风积沙隧道塌方风险源因素进行识别,提出了工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素三大类风险源。分析了各类风险源下具体风险因素的权重以及评价集,结合神木一号风积沙隧道的具体特点,对其塌方风险进行了评价。研究表明:影响风积沙隧道塌方风险的主要因素是施工设计因素,而施工设计因素中,超前支护类型这一二级风险因素又是风积沙隧道塌方与否的决定性条件。     

高海拔寒冷地区雁口山隧道安全风险评估技术研究

随着我国公路隧道的快速发展,为增强公路隧道建设安全风险意识,避免施工和运营阶段不必要的重大损失和社会负面影响,对工程进行全方面的风险评估就显得十分重要。该文以雁口山隧道为例,介绍了设计阶段的风险评估方法、风险识别及风险评价。研究认为:在采取合理的风险控制措施后,可以大大降低隧道工程建设风险,隧道总体风险水平可接受。     

基于全寿命的工程建设项目风险模型研究

本研究考虑工程项目全过程的风险相关性,将工程阶段划分为6阶段链式目标,构建基于全寿命周期的工程风险识别模型,包括两个核心指标:事故风险评价和事故损失评价。将工程风险视为前后阶段可传递的链式过程,构建工程全寿命风险评价模型。通过条件概率计算方法,建立全寿命期阶段工作能力的实现概率模型,以及项目健康指标的计算模型及其相关参数的选取方法。对比风险损失程度分级评价方法,提出工程事故鉴识的综合损失评价方法。考虑事故损失在事故链中的传递,建立事故直接损失的定量评价和间接损失的半定量评价方法,构建综合评估矩阵,并提出不同的损失组合下损失评价原则,设计了工程全寿命鉴识事故风险损失综合评价程序。     

基于AHP的轨道交通施工风险模糊综合评价方法——以福州轨道交通1号线为例

以福州轨道交通1号线为研究对象,在地形、地貌和水文地质等资料的基础上,结合车站基坑、隧道等工程规划情况,识别了可能对工程造成影响的风险因素,构建了轨道交通工程的风险指标体系,利用层次分析法计算了指标权重,应用模糊综合评价法结合风险评估矩阵,依据工程风险分级规范制定了风险等级和接受准则,构建了轨道交通的风险评价模型。评价结果指出了福州轨道交通1号线的主要施工风险因素和风险集中的地理区域,可为工程的风险管理和风险监控提供参考。     

盾构隧道健康监测数据的模糊层次分析综合评价方法

盾构隧道自动化健康监测与传统人工巡检记录的数据结构不同,导致传统的评价模型无法正确对盾构隧道的健康状态做出评价。针对盾构隧道健康监测的典型传感器布置形式,提出了一类专用的模糊层次分析综合评价模型:新建了健康监测数据的6层指标评价体系;分别建立了对应的分层模糊因子集、评价集、权重集与隶属函数;构建了形式简洁的模糊综合算子,实现了对单类监测因子、单个监测管片、单个监测环以及隧道全线健康状态的分级模糊综合评价。以南京长江隧道左线为例,运用所提出的模型,对运营期内该隧道的健康状态进行了分级评价,通过对各级综合评价值的分析,确定出隧道健康状态的控制因子位于江心监测断面拱底迎水面位置,影响控制因子的主要因素则包括地质条件与管片布置形式。本模型易于集成,有望实现盾构隧道健康状态的快速定量评价及对隧道运营维护的智能化管理。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。     

基于PRA方法的上软下硬地层隧道施工风险评估研究

针对目前遇到上软下硬地层隧道施工期间安全风险研究中存在的问题,综合考虑上部软弱地层拱部开挖安全风险、下部较硬地层采用爆破施工安全风险,以及其相互影响、风险事件发生概率不一致等因素,采用PRA方法进行了上软下硬地层隧道施工安全风险评估。并以金台铁路五峰山隧道工程建设为依托,基于PRA理论对上软下硬隧道洞身开挖进行风险辨识、分析及评价。案例分析结果表明,PRA方法可实现对隧道施工过程中风险进行有效评估,研究可作为同类工程项目风险管理重要的参考依据。     

软土地区地表结构对盾构隧道地震响应影响的风险分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了软土地区地表结构-土-隧道相互作用的非线性有限元模型,地表结构采用置于刚性筏板基础的单自由度体系模拟。考虑地表结构的有无,不同的土体模型及地震荷载,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,研究了地表结构对盾构隧道周围土体以及衬砌地震响应的影响。研究表明,地表结构的存在会增大隧道周围土体地震响应,从而引起隧道结构变形以及动态内力的显著增加,同时发现采用弹塑性分析下的隧道地震响应大于采用黏弹性分析。因此,地表结构作用是影响盾构隧道响应的重要因素,综合分析地表结构-土-隧道作用下的结构动态响应有助于更合理的预测地震荷载下盾构隧道结构安全风险。     

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。     

隧道火灾安全的“FAD”综合评价模型及其工程应用

正确的隧道火灾的安全评估是有效地进行隧道火灾的预测、控制和防火设计的基础。隧道火灾发生的原因十分的复杂。由此,基于对影响隧道火灾的各个因素及因素之间的关系全面分析的基础上,建立了隧道火灾危险性的评价指标体系,为隧道使用过程中的安全管理以及隧道火灾危险评价提供了切实可行的参考依据。将模糊数学、层次比较分析法、德尔菲专家法相结合,建立了隧道火灾安全的“FAD”综合评价模型。结合上海市外环隧道实例,将该模型在隧道火灾的安全评估中加以应用,验证了该模型的准确性,为隧道的“性能化”防火设计提供可靠的依据,可使隧道火灾的防治对策、安全管理更加科学、合理和有效。     

地铁车站基坑工程建设风险识别与预控

为满足城市交通需求,近几年城市地下轨道工程建设发展迅猛。由于地下工程施工受到地质条件及周围环境的影响,施工风险比地面工程要复杂得多,为避免施工事故发生导致巨大损失,对施工进行风险分析和制定预控措施是非常有必要的。结合南京地铁2号线一期工程车站基坑工程,对地铁车站基坑工程的建设施工风险进行了识别。在风险识别的基础上,运用风险指数法对风险进行了分析评估,确定了风险发生的概率以及影响的大小。结合工程建设实践经验、专家分析以及相关理论,提出地铁车站基坑工程施工中一些典型风险和基坑范围内管线安全风险的预控措施。     

考虑施工时序的隧道工作面坍塌风险分析方法与验证∗

岩石隧道钻爆法开挖过程中存在多工序交叉作业,且频繁遭遇复杂的地质环境,导致工作面坍塌事故时有发生。为分析隧道施工中工作面坍塌风险,结合 T‐S（Takagi‐Sugeno）模糊事故树与贝叶斯网络,提出了一种考虑岩石隧道施工基本事件时序性的工作面坍塌风险分析方法。广泛调研了 46 起钻爆法岩石隧道工作面坍塌事故,筛选辨识出影响工作面稳定性的 30 项致险因子与孕险环境作为基本事件,基于统计数据量化计算各基本事件的发生概率模糊子集与各节点间条件概率,构建了隧道工作面坍塌 T‐S 模糊事故树并映射为贝叶斯网络,运用贝叶斯网络的双向推理功能,计算得到各基本事件的后验概率与重要度,筛选出部分对隧道工作面坍塌影响较大的关键基本事件。随后结合隧道施工过程中各基本事件发生的时序性,通过在贝叶斯网络中逐次更新对应事件的风险状态, 得到工作面坍塌风险发生概率的时序性变化。以油坊坪隧道坍塌事故为工程实例,讨论了隧道建设中考虑施工时序的工作面坍塌风险分析的可行性与挑战,给出了岩石隧道不同施工阶段的风险管控方案与重点,为岩石隧道施工安全风险分析与管控提供了新的理论基础与技术手段。     

浅埋富含水砂层盾构下穿敏感性建筑水平冻结+短钢箱接收技术∗

盾构始发与接收是盾构法隧道施工的关键风险点,以常州地铁1号线一期工程博爱路站-常州火车站区间下行线盾构接收工程为例,隧道下穿常州火车站站厅,隧道顶部距地下大厅结构底板仅3.75 m,受地面条件限制采用水平冻结加固方式。通过对冻结温度场、卸压孔压力及车站底板隆起进行跟踪监测与分析,结果表明:受地下水影响温度下降缓慢,车站底板因冻胀隆起较大,最大隆起处位于隧道端头中心线处约为46 mm,且底板隆起值与测点温度的变化密切相关;为防止温度低引起冻胀过大造成上部结构破坏,采取在冻结壁外围适度卸水进行卸压措施;在冻结壁交圈但厚度尚未完全达到冻结设计要求情况下,提出加装短钢箱装置进行盾构接收。实践表明,适度卸压水平冻结+加装短钢箱接收方式密封止水效果良好,安全可靠,可为今后类似工程提供可行技术。     

自然灾害软风险区划图模式研究

如何表达风险值估计不准,是深层次风险区划研究的问题.将模糊风险研究引向自然灾害风险区划领域,探讨了风险值估计不准条件下自然灾害风险区划的图型模式.给出了一种带有“层次“结构的“多值的“的自然灾害风险区划图图型模式.这是应用软计算的思想和方法得到的一种自然灾害风险区划图,我们称之为自然灾害软风险区划图.自然灾害软风险区划图不仅提供了表达风险值估计不准这一信息,而且提供了风险信息的可靠性,为改进自然灾害风险区划提供一种新的思路.     

盾构隧道的开挖模拟及地震反应数值分析

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。     

古土壤地层盾构施工引起的地表沉降分析

针对西安地铁上覆含有古土壤的黄土地层中盾构施工引起的地表沉降,在分析其产生机理、盾构施工数值模拟过程、基于经验公式的Peck地表沉降计算方法的基础上,探讨了基于注浆效果、支护压力以及偏心超挖的等代层厚度计算方法;具体分析了盾构施工数值模拟过程中的等代层弹性模量和掌子面支护压力比与Peck地表沉降计算公式中最大沉降量和沉降槽宽度之间的关系。研究结果表明,在含有古土壤的黄土地层中进行盾构施工数值模拟时,等代层模量的取值在5～10MPa范围之内,当等代层模量小于5 MPa时,隧道围岩将产生较大的塑性变形;掌子面支护压力比取值在0.5～1.0范围之内,当掌子面支护压力比小于0.5时,掌子面附近土体将产生较大的塑性变形,当掌子面支护压力比大于1时,地表将产生隆起变形。     

火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。     

内集-外集模型的一个简便算法

用现代计算数学的升降序排列工具,提出了内集-外集模型的一个简便算法,避免了复杂的组合运算,彻底解决了内集-外集模型计算难的问题,为该模型广泛应用于自然灾害模糊风险评价提供了方便.     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。