公路隧道围岩分级及失稳风险评估与系统开发

作     者：姜雯 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王迎超

授予年度：2023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：公路隧道 围岩分级 围岩失稳 风险评估 系统开发 

摘      要：围岩掉块、塌方在公路隧道建设过程中频繁发生,造成重大经济损失和人员伤亡。提高围岩分级的准确率,及时获取隧道围岩失稳风险前兆并进行科学合理评估,降低围岩掉块、塌方等灾害发生概率是我国公路隧道建设亟待解决的难题。因此,勘察期和施工期两阶段的围岩精准分级对于保障公路隧道安全建设意义重大,构建可靠的、有效的围岩失稳风险评估模型对于降低施工过程中的风险同样具有重要的理论意义和工程价值。本文分别对29种围岩分级方法和40例失稳风险评估案例进行统计与分析,分别确定了围岩分级和失稳风险评估的指标体系。首先,构建适用于两工程阶段的围岩分级体系;然后,基于公路隧道工程建设特性,建立互为补充的两个新的围岩失稳风险评估模型;最后,通过自主编制程序,实现准确、快速和便捷围岩分级与失稳风险评估。取得主要研究成果如下:(1)分析获得围岩分级的主控影响因素,构建包含岩体完整性、岩石强度、结构面状态、地下水、地应力和结构面与洞轴线关系的评价指标体系和分级标准。建立了经典围岩分级方法之间的定量关系式,通过融合多种经典围岩分级方法,实现了勘察期的围岩质量的多维度评价。(2)考虑工程因素对围岩分级的影响,引入开挖跨度和开挖工法2个工程因素指标,改进现有规范的[BQ]法围岩分级公式,完善了施工期的围岩分级方法,使围岩分级更具动态性、针对性。(3)在近百起围岩失稳工程案例的基础上,构建了适用于公路隧道失稳风险评估的贝叶斯网络模型,实现了公路隧道的失稳概率预测与失稳规模预测,解决了因工程数据组数不足致使无法借助评估模型实现精准、快速评估的难题。将贝叶斯网络模型应用在北固山隧道工程,证明了模型的准确性和可靠性。(4)基于XGBoost算法,在充分发挥工程数据价值的基础上,实现了公路隧道围岩失稳风险的快速精准评估。所建模型经大华山隧道工程的实例验证,评估结果与现场实际情况保持了较好的一致性,成功预警了围岩失稳灾害的发生,保障了隧道安全建设。(5)基于Visual Basic,自主开发了“公路隧道围岩分级及失稳风险评估系统(RCIAS)。该系统兼具工程适用性和使用友好性特征,实现了公路隧道建设过程中的准确、快速围岩分级与失稳风险评估。该论文有图50幅,表73个,参考文献171篇。