1、淺析隧道工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原理和方法研究論文關(guān)鍵詞:隨道工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法論文摘要:隧道工程由于不確定性因素多，套用地面構(gòu)造的設(shè)計(jì)理念和模型設(shè)計(jì)隧道具有很大局限性，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法就是在此背景下開(kāi)展起來(lái)的一種隧道工程設(shè)計(jì)方法。介紹了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在公路隧道中的主要應(yīng)用，分析動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原理及主要設(shè)計(jì)方法。引言目前，公路或公路隧道的設(shè)訓(xùn)方法有多種，其中常用的大體上分兩種方法。一種是力學(xué)分析設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)地面建筑工程的力學(xué)分析方法，確定構(gòu)造、荷載和材料的三要素，工程師首先計(jì)算荷載，然后選擇構(gòu)造類型和材料，最后通過(guò)力學(xué)計(jì)算確定構(gòu)造幾何尺寸工程建立通常按地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)、施工的程叫衣次進(jìn)展這種方法是用荷載一構(gòu)造模型

2、作力學(xué)讓算，并常用于襯砌構(gòu)造設(shè)計(jì)。另一種是工程類比法或稱經(jīng)歷酬七法，即首先對(duì)工程圍巖進(jìn)展分類，然后根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展斷這種酬土方法常用于錨噴支護(hù)。但是由于隧道工程施工時(shí)水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，不確定性因素很多，使得套用地面構(gòu)造的設(shè)計(jì)理念和模型設(shè)計(jì)隧道構(gòu)造物具有很大局限性，而由工程類比法確定其酬參封寸又有一定的盲目性。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法就是在此背景下開(kāi)展起來(lái)的一種隧道工程設(shè)引方法。1動(dòng)態(tài)側(cè)十在公路隧道中的應(yīng)用調(diào)整支護(hù)設(shè)釗參數(shù)和施工方法，確定合理的支護(hù)時(shí)勻u是目傲訟路隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。1.1確定二次支護(hù)隧道二次支護(hù)日引的選擇如前面所述。對(duì)于一般軟弱圍巖仰拱灌注時(shí)間可在圍巖穩(wěn)定以后，二次支護(hù)之前進(jìn)展:

3、而對(duì)于極差的圍巖及塑性流變地層，當(dāng)位移量和位移速度很大時(shí)，仰拱灌注應(yīng)盡早進(jìn)展。當(dāng)圍巖變形量不大，而圍巖壓力與噴層應(yīng)力很大時(shí)，那么應(yīng)適當(dāng)延遲封底時(shí)間，以進(jìn)步支護(hù)的柔性。1.2調(diào)整錨噴支護(hù)參數(shù)當(dāng)圍巖位移速率或位移量超過(guò)允許值時(shí)，一般應(yīng)增加錨桿數(shù)量、減刁卡豺干間距。錨桿長(zhǎng)度應(yīng)大于測(cè)淚得的松動(dòng)區(qū)范圍，并留有一定富裕量。如量測(cè)顯示錨桿后段的拉應(yīng)變很小和出現(xiàn)壓應(yīng)變時(shí)，可適當(dāng)減刁錨桿的長(zhǎng)度。當(dāng)錨桿軸向力大于錨桿屈服度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮改變錨桿材料，采用高強(qiáng)鋼材。增加錨桿數(shù)量或直徑也可獲得降低錨桿應(yīng)力的效果。初期噴層厚度一般按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，當(dāng)初期噴層厚度較小，噴層應(yīng)力大或圍巖掃扮大，噴層出現(xiàn)明顯裂損時(shí)，座查當(dāng)加厚初期

4、噴層厚度。假設(shè)噴層厚度已較大時(shí)，可增加錨桿數(shù)量，調(diào)整錨桿參數(shù)或施工方法，改變仰拱封底時(shí)間以減、初期噴層受力狀況。當(dāng)測(cè)得的噴層內(nèi)的叻較大，而達(dá)不到規(guī)起平安度時(shí)，必須增加最后噴層的厚度或改變二次支護(hù)的時(shí)間。對(duì)于其它形式的支婦氣受訓(xùn)參數(shù)，也應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)的根底上作出利拉的調(diào)整。1.3調(diào)整施工方案當(dāng)測(cè)得的位移速率或位移量超過(guò)允許值時(shí)，除加強(qiáng)支護(hù)外還應(yīng)調(diào)整施工方法，如縮短臺(tái)階層數(shù)，提育招貓噴支護(hù)的時(shí)間和仰拱封底時(shí)間。如這種方案仍未能使變形速度降至允許值之下，那么應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)展加固，如采用先支護(hù)穩(wěn)定頂部圍巖，用噴身打昆凝土及錨桿等穩(wěn)定掌子面。2動(dòng)態(tài)訓(xùn)十的基勿二原理與主要內(nèi)容動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法的原理主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和

5、監(jiān)控量測(cè)獲得關(guān)于圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)系統(tǒng)口二作狀態(tài)的各類信息，然后對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)展必、要的力學(xué)計(jì)算和理論分析，按照一定的圍巖穩(wěn)定判別準(zhǔn)那么，來(lái)評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)系統(tǒng)功能的經(jīng)濟(jì)性與平安性，借以修改和確定支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、支護(hù)時(shí)機(jī)和旅門(mén)策，到達(dá)優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和施工的目的。通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中掌子面的地質(zhì)素描，來(lái)重新斷定圍巖.級(jí)別，或者校核預(yù)設(shè)計(jì)圍巖的級(jí)別，必要時(shí)應(yīng)對(duì)支護(hù)系統(tǒng)和施工方法、施工組織進(jìn)展相應(yīng)的調(diào)整通過(guò)在開(kāi)挖過(guò)程中的量狽(來(lái)監(jiān)控圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)并把量測(cè)信息和分析結(jié)果反響到設(shè)計(jì)中，從而進(jìn)一步修改和完善預(yù)設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)等，并指導(dǎo)后續(xù)施工。這樣就使得設(shè)訓(xùn)和施工更符合或接近工程實(shí)際，也可以適應(yīng)復(fù)雜

6、多變的地質(zhì)條件和各種不同白饑敝工環(huán)境。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法并不排斥以往的各種力學(xué)計(jì)算、模型試驗(yàn)及經(jīng)歷類比等設(shè)計(jì)方法，而是最大限度地把它們包容在自己的決策支持系統(tǒng)中去，充分發(fā)揮各種方法特有的長(zhǎng)處。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是將監(jiān)測(cè)技術(shù)、力學(xué)計(jì)算、數(shù)值分析和經(jīng)歷評(píng)估等融為一體的隧道工程鑿十方法。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)、量測(cè)數(shù)據(jù)處理及信息反愧修改或調(diào)整十參數(shù)和施工方法三個(gè)方面。現(xiàn)場(chǎng)量鋇!包括選擇量測(cè)工程、量測(cè)手段、量測(cè)方法及測(cè)點(diǎn)布置等內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理包括分襯鬧院處理目的、處理工程和處理方法以及測(cè)試數(shù)據(jù)的表達(dá)形式;量測(cè)數(shù)據(jù)反響一般有定性反響驗(yàn)反響內(nèi)定量反響(論反響)。定性反響是根據(jù)人們工程理論經(jīng)歷及上的推理所擁導(dǎo)的一

7、些準(zhǔn)那么，直接通過(guò)量測(cè)數(shù)據(jù)與這些準(zhǔn)那么的比較而反響于設(shè)計(jì)與施工。定量反響那么是以測(cè)討得的數(shù)據(jù)作為計(jì)算參數(shù)，通過(guò)力學(xué)計(jì)算進(jìn)展反潰定量反響也有兩種形式尸種是直接以測(cè)試數(shù)據(jù)作為計(jì)算參數(shù)進(jìn)展反錫壯剎陣另一種是根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)反算出一般計(jì)算方法中的計(jì)算參數(shù)，然后再按一般計(jì)算方法進(jìn)展反響計(jì)算，即所謂反分析法。修改或調(diào)整側(cè)參數(shù)和施工方法是根據(jù)施工中水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果、量測(cè)信息反響結(jié)果以及工程其它信息的分析，提出支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)修正，施工方法的調(diào)整，并形成新的設(shè)計(jì)成果。3動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要方法3.1模糊數(shù)學(xué)方法由于隧道工程本身具有的復(fù)雜性、隨機(jī)性和模糊性，加之某些方面理論研究的不完善，模型和對(duì)象之間有時(shí)是不準(zhǔn)確和不確定

8、的，有些情況下應(yīng)用模糊模型更符合工程實(shí)際。近年來(lái)，模糊在巖土及隧道工程巖體;彬及、圍巖穩(wěn)定性分類、方案優(yōu)選和評(píng)判等也得到了廣勿左用。模糊理論主要包括模糊模型識(shí)別、模糊聚類分析、模糊決策、模糊綜合評(píng)判、模糊控制等。模糊模型是指模型中，模型是模糊的，即標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)中的模型是模糊的。模糊聚類分析就是用模糊數(shù)學(xué)方法研究和處理所給癥織寸象的分類。它建立起了樣本對(duì)于類別的不確定性的描繪，更能客觀地反映現(xiàn)實(shí)世界。模糊綜合評(píng)判就是用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的對(duì)象做出一個(gè)總體評(píng)價(jià)。模糊決策理論就是通妞比寸備選方案和評(píng)價(jià)指標(biāo)之間構(gòu)造模糊評(píng)價(jià)他陣，來(lái)進(jìn)展方案優(yōu)選的方法。模糊決策方法正成為決策領(lǐng)域中一荊良實(shí)用的工具。

9、3.2.2程類比法工程類比法通常有直接比照法和間接類比法兩種。在進(jìn)展工程類比側(cè)相寸，主要考慮工程條件和工程地質(zhì)條件兩個(gè)方面。前者包括工程類型、工程規(guī)模、工程形狀與尺寸及施工方法等方面因素;而后者主要包括工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、巖體強(qiáng)度和巖體完好性、地下水影響程度和地應(yīng)力條件等因素。直接類比法一般是將新建工程的工程條件和工程地質(zhì)條件兩方面因素，與上述條件根本一樣的已建工程進(jìn)展比照，由此確定支護(hù)參數(shù)及襯砌構(gòu)造參數(shù)，并對(duì)工程施工方案等進(jìn)展相應(yīng)調(diào)整。間接類比法一般是根據(jù)現(xiàn)行的團(tuán)十標(biāo)準(zhǔn)，按上述兩種類比方法都是從定性的角度，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用工程類比法。3.3灰色系統(tǒng)理論法灰色系統(tǒng)理論是研究系統(tǒng)分析、建模、預(yù)測(cè)、決策和控制的理論。灰色預(yù)測(cè)就是利用灰色過(guò)程中所顯示現(xiàn)象既是隨機(jī)的、雜亂無(wú)章的，也是有序的、有界的這一潛在規(guī)律，建立灰色模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展分析預(yù)測(cè)。灰色預(yù)測(cè)通常是指對(duì)在一定方位內(nèi)變化的、與時(shí)間有關(guān)的灰色過(guò)程的預(yù)測(cè)。灰色決策理論，是指從某一事件或工程的又創(chuàng)液中，挑選出一個(gè)或多個(gè)效果最正確的又撰域方案來(lái)應(yīng)對(duì)目的事件