內容簡介
《隧道穩定性評價與塌方預警》《隧道穩定性評價與塌方預警》主要闡述了公路隧道的穩定性評價和塌方預警的研究方法和研究成果。從流變試驗、動態反演理論、時空效應、監控量測數據的統計分析等角度重點探討了兩車道公路隧道穩定性的評價方法和指標，並基於安全評價方法和圍岩變形監測建立了隧道塌方預警體系。
《隧道穩定性評價與塌方預警》可供隧道工程施工、設計和監測技術人員使用，亦可作為高等院校相關專業的研究生輔導教材和教師的教學參考用書。
前言
至2008年底，我國公路隧道總數已達5426座，共319萬延米，相繼建成了全長5.4 千米的雁門關隧道，全長7千米的雪峰山隧道，全長18千米、長度位居世界第二的陝西秦嶺終南山隧道。隨著我國公路隧道新奧法施工技術的日益成熟，穿越複雜地質條件隧道的相關設計理論和修築工藝取得了一定的成果，但大量工程實踐表明，公路隧道的動態施工和管理水平遠不能滿足要求，監測數據的反饋滯後於隧道施工，而且技術人員對於監測數據所反映的信息也不敏感，隧道受力和變形已經出現異常卻未及時採取處置措施，致使出現較多隧道工程事故。
針對隧道的安全問題，本書主要研究了隧道穩定性評價方法和塌方預警方法。先從流變試驗解決隧道圍岩的本構模型和流變性態問題，據此採用黏彈性反分析方法確定隧道圍岩參數並實現隧道變形的動態反饋和預測，再結合監控量測、時空效應分析形成隧道穩定性評價的一整套方法，確立穩定性評價量化指標。隧道塌方預警則是綜合模糊評價方法和監測數據分析，建立了隧道事前預警、事中預警的塌方動態預警系統。本書在第2章首先介紹了不同圍岩級別凝灰熔岩、花崗岩和板岩的流變特性試驗，通過流變試驗結果分析和模型辨識，掌握圍岩的變形特性和力學參數，獲得不同級別圍岩的流變規律、流變模型及流變參數。第3章基於流變試驗模型，結合黏彈性位移反分析著重探討了圍岩流變參數和動態反饋預測等問題。第4章分析和統計了大量隧道監測數據，初步確定不同級別、不同施工方法的圍岩變形和穩定規律，其中重點研究了圍岩變形隨時間與空間的發展和穩定規律，研究建立了隧道穩定性評價標準。第5章採用安全評價和監測報警的方法，建立隧道塌方動態預警體系，對施工前可能發生的隧道塌方事故進行風險源預測，對施工中有隧道塌方風險的斷面實施動態跟蹤。
插圖目錄
前言
第1章 緒論
1.1 公路隧道施工常見安全事故調查和存在的主要問題
1.1.1 公路隧道施工常見安全事故調查和分析
1.1.2 公路隧道施工存在的主要問題
1.2 國內外研究現狀
1.2.1 隧道圍岩變形的時空效應
1.2.2 隧道變形穩定性評價方法
1.2.3 公路隧道穩定性評價指標
1.2.4 公路隧道塌方預警方法
1.2.5 公路隧道安全預警指標
1.3 研究內容及解決的關鍵問題
第2章 隧道圍岩流變特性的試驗研究
2.1 概述
2.2 岩石的流變試驗
2.2.1 圍岩分級
2.2.2 流變試驗的岩樣概況
2.2.3 流變試驗設備
2.2.4 流變試驗實施步驟
2.2.5 岩石流變試驗載入方案
2.3 Ⅱ級圍岩
2.3.1 凝灰熔岩
2.3.2 花崗岩
2.4 Ⅲ級圍岩
2.4.1 凝灰熔岩
2.4.2 板岩
2.5 Ⅳ級圍岩
2.5.1 凝灰熔岩
2.5.2 板岩
2.6 V級圍岩
2.6.1 凝灰熔岩
2.6.2 板岩
2.7 岩石流變特性分析
第3章 結合施工
———結合施工過程的黏彈性動態增量反演分析
3.1 隧道施工監控量測
3.1.1 位移量測信息
3.1.2 壓力量測信息
3.1.3 應變數測信息
3.2 黏彈性動態增量反演分析方法
3.2.1 黏彈性位移反分析的模型及本構方程
3.2.2 黏彈性體的有限元解析
3.2.3 施工過程的模擬
3.2.4 反分析中的最佳化方法
3.2.5 黏彈性位移反分析軟體
3.3 改進的自適應遺傳算法
3.3.1 自適應遺傳算法的改進
3.3.2 算法驗證及參數敏感性分析
3.3.3 工程套用
3.4 結合隧道施工過程的反演分析
3.4.1 凝灰熔岩隧道的增量反演分析
3.4.2 花崗岩隧道的增量反演分析
3.4.3 板岩隧道的增量反演分析
3.5 基於監控量測數據的動態預測分析方法
3.6 隧道二襯結構的合理施作時間
第4章 隧道穩定性評價方法與評價指標
4.1 隧道圍岩變形影響因素分析
4.1.1 隧道圍岩變形影響因素
4.1.2 基於正交試驗的影響因素分析
4.2 圍岩變形與圍岩級別的關係
4.2.1 隧道圍岩變形穩定判斷依據
4.2.2 隧道圍岩變形監測數據統計
4.2.3 拱頂下沉與圍岩級別的關係
4.2.4 周邊收斂位移與圍岩級別的關係
4.3 不同級別圍岩隧道開挖空間效應分析
4.3.1 基於隧道施工監測數據的空間效應分析
4.3.2 隧道施工過程三維空間模擬計算
4.4 不同級別圍岩隧道施工時間效應分析
4.4.1 基於隧道施工監測數據的時間效應分析
4.4.2 不同級別圍岩變形時間效應計算
4.5 公路隧道圍岩壓力的特性分析
4.5.1 豎向圍岩壓力分布特性
4.5.2 側向壓力的分布特性
4.5.3 實測二襯壓力分析
4.6 公路隧道施工圍岩變形穩定性評價標準
4.6.1 公路隧道圍岩穩定性評價指標的確定
4.6.2 公路隧道圍岩穩定性評價體系
第5章 公路隧道塌方預警體系
5.1 公路隧道塌方事故統計分析
5.1.1 公路隧道塌方安全事故
5.1.2 公路隧道塌方分類統計
5.1.3 公路隧道塌方的影響因素統計分析
5.2 公路隧道塌方安全評價方法與指標
5.2.1 公路隧道塌方安全評價方法
5.2.2 公路隧道塌方安全評價關鍵指標體系
5.3 公路隧道塌方安全預警體系
5.3.1 安全評價指標體系量化
5.3.2 塌方安全預警體系
5.4 基於監控量測的公路隧道塌方變形預警
5.4.1 隧道變形監測曲線分析
5.4.2 隧道塌方變形數據統計分析
5.4.3 隧道塌方變形預警標準
5.5 公路隧道塌方動態預警體系
主要參考文獻
精彩書摘
山嶺隧道強調動態施工，即掌握隧道圍岩地質條件、隧道施工對圍岩影響的動態變化過程。監控量測是動態施工的基礎，通過監測、地質超前預報等手段及時跟蹤圍岩的變化信息，因此隧道動態施工受到監控量測技術和質量的限制。。目前監控量測數據反饋給隧道施工和設計的及時性和有效性也有待於提高，監控量測數據的反饋往往滯後於隧道施工，而隧道施工不參照監測結果盲目的趕工期；對於監測數據異常情況的處理，常因應變能力不強致使隧道安全狀況進一步惡化。最近一些隧道工程利用通信、計算機、網路等技術，將隧道設計、施工和量測信息集成在一個管理系統中，全面掌控隧道施工過程中的動態變化信息，實現了真正的“動態施工”管理。然而這種類似的動態施工管理體系未得到普遍的套用。
解決隧道工程施工安全問題的方法還要從大量工程實踐中摸索和探求。結合實際工程，從動態施工的角度出發，掌握隧道施工全過程圍岩變形和受力情況、研究隧道穩定性評價方法和評價指標對隧道現場施工具有指導意義。長期以來，隧道圍岩穩定性評價及其指標的研究一直是地下工程研究者關注的重要課題，伴隨著高速公路隧道的發展，對複雜地層條件下圍岩變形穩定性評價及其指標的研究也成為一個新的課題。據統計，隧道工程開挖過程中由於圍岩變形過大或者失穩引起的事故發生率一般占總事故發生率的50%還多。實踐也證明，許多公路隧道發生塌方、大變形等安全事故，其根本原因是圍岩的穩定性不滿足要求，從而迫使施工中斷，並投入巨大的人力、物力來處理，既拖延工期又造成經濟損失。隧道施工過程中塌方事故枚不勝舉，造成施工困難、機械損毀以至人員傷亡，後果十分嚴重。而有關塌方機理需要開展進一步的研究，隧道施工中對塌方事故的預警和防治都比較困難。因此，對高速公路隧道的圍岩變形受力特徵、穩定性評價及塌方預警的研究，是一項非常緊迫、重要，並帶有學科前沿性質的工作。
