山岭隧道冒顶塌方风险判别与控制研究

作     者：张雪伟 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段宝福;潘明亮

授予年度：2020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：山岭隧道 冒顶塌方风险 风险评估 超前地质预报 超前注浆小导管 

摘      要：山岭隧道工程普遍存在施工环境恶劣、灾害隐患较多的情况,在施工过程中极易遇到诸如突水突泥、冒顶塌方等风险灾害,增大了施工的难度。针对这一情况,在隧道开挖之前选择风险判别及控制措施是非常有必要的。本文以桃山二号山岭隧道为依托,首先借助模糊层次分析法对含有断层段地质进行风险评估,然后以评估结果为指导,分别使用TGP206预测围岩灾害情况并设置相应的风险控制方案,最后结合实际开挖工况,验证风险评估和控制措施的可行性,以此来探讨风险评估对于隧道开挖的重要价值。根据这一完整的过程,本文主要研究的成果有:（1）针对桃山二号隧道的不良地质特点,选取冒顶塌方、突水和突泥三种风险因素作为风险评估的3个一级指标,以及相应的14个二级指标,利用模糊层次分析法建立山岭隧道施工风险评估模型。（2）结合地质条件,将含断层段地质划分了 9个里程段,利用已建立的施工风险评估模型对9个里程段的风险等级进行判别,所得结果为:施工里程段中低风险里程占比12%,中风险里程占比55%和高风险里程占比33%。（3）以风险评估的结果为指导,使用TGP206对各风险里程段的掌子面前方围岩情况进行分析,探测出前期判别的高风险段中具体灾害所在里程,并预测灾害类型为冒顶塌方风险。（4）针对前期TGP206所预报的灾害情况,确定风险控制方案为超前注浆小导管,并以风险控制方案相关参数作为条件,借助有限元软件Midas/GTS NX建立山岭隧道开挖模型,通过数值模拟的方式分析了风险控制方案对隧道开挖的支护效果。（5）将风险评估与实际工况进行对比,发现在风险评估所判别的高风险段中,出现了 TGP206预测的无风险里程段发生了坍塌事故的情况,从而说明了超前地质预报系统存在局限性,只有以风险评估结论作为指导才能得出更可靠的灾害预报结果。（6）结合灾害里程和数值模拟结果与现场情况基本吻合,说明有限元软件可以进行风险控制措施的可行性验证,从而实现评估方法的优化,并进一步说明隧道开挖之前进行风险评估工作来分析并规避灾害隐患是非常有必要的。