隧道病害调查分析及衬砌结构的风险分析与控制研究

作     者：唐亮 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金贤玉

授予年度：2008年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：隧道衬砌 病害 风险分析 故障树 可靠性 风险控制 

摘      要：隧道衬砌结构的风险分析和可靠性研究是十分重要而又迫切需要解决的问题,其目的就是要解决隧道衬砌结构系统的风险评估和可靠性预测问题,本课题的研究具有较大的经济效益和社会效益,不但对提高我国隧道的设计水平和工程建设有重要的意义,而且有重要的学术价值。本文进行的工作和取得的成果如下: 1.将我国常见的隧道病害分为水害、衬砌结构病害、衬砌腐蚀、有害气体危害、冻害、道床病害、地震灾害、火灾等几类,并且详细分析了各类病害的成因。然后在此基础上分析了影响隧道衬砌结构耐久性的主要因素及其影响规律。 2.分析了隧道衬砌结构的主要破坏类型以及影响衬砌结构的风险因素,提出了衬砌结构风险的评价与接受准则。在故障树理论的基础上,建立了运营期隧道衬砌结构的故障树风险分析模型,并且根据各基本事件的逻辑关系进行了故障树的计算,根据基本事件的不同特点和概率计算方法将其分为四类分别加以考虑,从而可以通过基本事件的概率来计算顶事件的概率。同时文中讨论了风险因素重要度的评估方法。 3.为了量化评估衬砌结构的风险,对于条件事件,提出了基于可靠度理论的衬砌结构失效概率计算理论方法,给出了利用ANSYS有限元软件中PDS技术对其发生概率进行量化数值计算的流程。并且结合具体的隧道工程,采用蒙特卡罗-有限元法进行了衬砌结构失效概率的分析,根据分析结果对衬砌结构的可靠性做出了分析。 4.根据盾构法隧道衬砌结构的组成和受力特点,分析了其破坏的基本类型和主要风险因素,并且采用故障树理论,在已有研究的基础上完善了衬砌结构建设期风险估计的系统模型,建立了衬砌结构系统运营期风险估计的模型。结合某跨江隧道的具体工程实际,对隧道衬砌结构建设期和运营期的风险进行了评估。同时通过风险因素重要度的分析,研究了各风险因素对衬砌结构系统的影响程度的大小。 5.根据衬砌结构建设期和运营期的风险因素的重要度分析,主要从隧道衬砌老化的预防和整治、衬砌裂损的预防和整治、隧道震害的预防和整治、隧道水害的预防和整治四个方面研究了隧道衬砌结构的风险控制措施。并且结合金丽温高速公路隧道介绍了复合式衬砌防、排水系统。同时指出,选择防护方法时,应根据工程特点、防护要求、和社会经济条件进行对比选择。 本论文得到高等学校博士学科点专项科研基金项目“现代混凝土结构早期开裂敏感性与微裂缝演化规律对服役性能影响研究(批准号:20070335087)和国家高科技研究发展计划(863计划)“综合环境下大型土木工程基础设施耐久性试验技术(项目编号:2006AA042415)的资助。