隧道風(fēng)險管理及設(shè)計施工技術(shù)講座學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1隧道隧道(sudo)風(fēng)險管理及設(shè)計施工技術(shù)講風(fēng)險管理及設(shè)計施工技術(shù)講座座第一頁，共173頁。第2頁/共173頁第二頁，共173頁。第3頁/共173頁第三頁，共173頁。道列于表1。第4頁/共173頁第四頁，共173頁。表1 中國特長鐵路(til)隧道表序號隧道名稱長度（m）線別建設(shè)時期1太行山隧道27892石太客專在建2烏鞘嶺隧道20050蘭武線20063秦嶺線隧道18456西康200054秦嶺線隧道18456西康2003125大瑤山隧道14294衡廣復(fù)線1987126野三關(guān)隧道13845宜萬線在建7北天山隧道13573精河霍爾果斯在建8呂梁山隧道13365太原中衛(wèi)規(guī)劃9大別山隧道13

2、251武漢合肥規(guī)劃10霞浦隧道13124溫州福州線規(guī)劃11長梁山隧道12782朔黃2000312東秦嶺隧道12268西合線2003313堡鎮(zhèn)隧道11588宜萬線在建14南梁隧道11451石太客專在建15通海隧道11115玉溪蒙自鐵路規(guī)劃16圓梁山隧道11068 渝懷20041217金寨隧道10682武漢合肥規(guī)劃18大巴山隧道10655襄渝線規(guī)劃19齊岳山隧道10469宜萬線在建20大瑤山一號10080武廣客專在建第5頁/共173頁第五頁，共173頁。第6頁/共173頁第六頁，共173頁。第7頁/共173頁第七頁，共173頁。第8頁/共173頁第八頁，共173頁。法修建隧道的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展上。第

3、9頁/共173頁第九頁，共173頁。第10頁/共173頁第十頁，共173頁。第11頁/共173頁第十一頁，共173頁。第12頁/共173頁第十二頁，共173頁。第13頁/共173頁第十三頁，共173頁。 安全(nqun)性能 承載性能 其他安全(nqun)性能 使用性能 有關(guān)使用性的性能 有關(guān)功能性的性能 對第三者影響的性能 美觀景觀 耐久性能 與安全(nqun)性有關(guān)的 與使用性有關(guān)的 與對第三者影響有關(guān)的 與美觀景觀有關(guān)的 圖3 結(jié)構(gòu)物的性能第14頁/共173頁第十四頁，共173頁。 也就是說，結(jié)構(gòu)物不僅要滿足安全、使用的要求，也要同時滿足美觀景觀、對第三者影響及耐久性的要求。而耐久性要求

4、與安全、使用、美觀景觀等要求有著(yu zhe)直接和間接的關(guān)系。第15頁/共173頁第十五頁，共173頁。 對隧道結(jié)構(gòu)物來說，我們一再強調(diào)它與一般工程結(jié)構(gòu)物在性質(zhì)(xngzh)上有很大的不同。 首先它是一個隱蔽性極強的工程。隱蔽性同時伴隨巨大的風(fēng)險性；因此它也是一個風(fēng)險性極強的工程； 它的力學(xué)狀態(tài)是不確定的，而且受到施工方法的極大影響。 特別是隧道結(jié)構(gòu)的可維修性極差。因此對隧道結(jié)構(gòu)物的設(shè)計特別是在耐久性、可靠性及可維修性方面提出了不同的要求。第16頁/共173頁第十六頁，共173頁。 結(jié)構(gòu)物是作為社會資本來修建的，也是具有(jyu)企業(yè)財產(chǎn)或個人財產(chǎn)的性格。因此，種類，規(guī)模，重要度，使用期間

5、不同的結(jié)構(gòu)物，因耐久性產(chǎn)生的社會影響也是不同的。 結(jié)構(gòu)物的耐用期間一般分為13級，分別為100年，65年和30年。通常的構(gòu)件混凝土結(jié)構(gòu)物，一般取65年，要求耐久性高的結(jié)構(gòu)物，可取1.5倍的100年。要求耐久性高的結(jié)構(gòu)物有如下的例子。第17頁/共173頁第十七頁，共173頁。根據(jù)社會條件，要求高耐久性的結(jié)構(gòu)物有： 有紀(jì)念意義的結(jié)構(gòu)物 收藏重要物品的結(jié)構(gòu)物 劣化，損毀對人命可能有重大危險的結(jié)構(gòu)物等。 根據(jù)經(jīng)濟條件，要求高耐久性的結(jié)構(gòu)物有： 劣化，損毀時如修理，更換在經(jīng)濟上有重大損失的結(jié)構(gòu)物 延長結(jié)構(gòu)物的法定耐用年數(shù)，在經(jīng)濟上有利的結(jié)構(gòu)物等。 應(yīng)該說隧道結(jié)構(gòu)是屬于要求耐久性高的結(jié)構(gòu)物之一，因此(yn

6、c)隧道結(jié)構(gòu)物通常條件下，都是按100年的耐用期間進行設(shè)計的。第18頁/共173頁第十八頁，共173頁。 圖4 耐用期間(qjin)和使用期間(qjin)的基本概念第19頁/共173頁第十九頁，共173頁。 根據(jù)結(jié)構(gòu)(jigu)物的種類設(shè)定設(shè)計耐用期間的大致標(biāo)準(zhǔn)見表2。 表2 設(shè)計耐用期間的大致標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)物的種類設(shè)計耐用期間要求高耐久性的結(jié)構(gòu)物100年一般的結(jié)構(gòu)物65年耐用年數(shù)短的結(jié)構(gòu)物30年第20頁/共173頁第二十頁，共173頁。 我國鐵路混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限一般可按表3進行(jnxng)分級。表3 設(shè)計使用年限級別工程類別設(shè)計使用年限I重要結(jié)構(gòu)物100年II一般結(jié)構(gòu)物60（50）年II

7、I可更換或可加固的易損構(gòu)件30年第21頁/共173頁第二十一頁，共173頁。 設(shè)計耐用期間(qjin)也要根據(jù)維修管理的水平設(shè)定。此維修管理水平視是否進行定期檢查，必要時是否進行補修、補強等而定。如以補修、補強為前提時，與使用期間(qjin)比較，設(shè)計耐用期間(qjin)可設(shè)定短一些。 例如，日本在“建筑工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”（1997年）規(guī)定，視結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件的計劃使用期間(qjin)，如表3所示，同時根據(jù)耐久性的要求規(guī)定了混凝土最低的設(shè)計基準(zhǔn)強度（表4）。表3的設(shè)計基準(zhǔn)強度是根據(jù)保護層厚度40mm、鋼筋腐蝕概率3%的條件規(guī)定的。第22頁/共173頁第二十二頁，共173頁。 表3 耐用期

8、間(qjin)與維修管理水平耐用期間劃分設(shè)計基準(zhǔn)年限結(jié)構(gòu)狀態(tài)1級100年不產(chǎn)生承載性能的降低2級65年不產(chǎn)生使用性的降低3級30年不產(chǎn)生設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的劣化第23頁/共173頁第二十三頁，共173頁。 表4 混凝土的耐久設(shè)計基準(zhǔn)(jzhn)強度 （JASS 5，1997年）計劃使用期間耐久設(shè)計基準(zhǔn)強度 （N/mm2）一般（預(yù)定不需要大規(guī)模補修的期間為30年、使用限界期間為65年）18標(biāo)準(zhǔn)（預(yù)定不需要大規(guī)模補修期間為65年，使用限界期間為100年）24長期（預(yù)定不需要大規(guī)模補修期間為100年）30第24頁/共173頁第二十四頁，共173頁。 工程結(jié)構(gòu)一般都是可維修的，只不過有的易于維修，有的難于(

9、nny)維修而已。隧道是屬于難于(nny)維修的一類。它的可維修性是比較差的。因此，在隧道結(jié)構(gòu)物中建立“少維修”的概念是非常重要的。 結(jié)構(gòu)物的壽命與維修管理(gunl)的關(guān)系示意于圖5。第25頁/共173頁第二十五頁，共173頁。 圖5 結(jié)構(gòu)物壽命(shumng)與維修管理的關(guān)系概念第26頁/共173頁第二十六頁，共173頁。因此，在設(shè)計中必須把這種概念考慮進去。這種設(shè)計概念，就是結(jié)構(gòu)物在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，受到劣化外力作用（環(huán)境條件的變化等），而把劣化狀態(tài)控制在容許水準(zhǔn)以內(nèi)為目標(biāo)。同時，根據(jù)經(jīng)濟性，來設(shè)定材料規(guī)格、設(shè)計基準(zhǔn)和施工工藝，并決定(judng)相應(yīng)的維修管理基準(zhǔn)。這種設(shè)計概念就是耐久性設(shè)

10、計的基本概念。從本質(zhì)上說，耐久性設(shè)計就是考慮環(huán)境影響和維修管理水平的設(shè)計。第27頁/共173頁第二十七頁，共173頁。 在耐久性設(shè)計中，劣化外力是作為荷載考慮的。 所謂劣化，就是材料初期具有的質(zhì)量或性能(xngnng)，因物理的或化學(xué)的因素，即環(huán)境的因素，隨時間而逐漸降低的現(xiàn)象。 混凝土的劣化現(xiàn)象，一般有：混凝土的炭化、強度降低、物理的或化學(xué)的表面劣化、混凝土中的鋼材或PC鋼材的腐蝕、開裂、漏水、大撓度等。最近，堿性骨料反應(yīng)和酸性雨引起的劣化現(xiàn)象也成為問題。第28頁/共173頁第二十八頁，共173頁。 這些(zhxi)劣化現(xiàn)象可以用劣化外力表示：活荷載、地震、風(fēng)、氣溫、濕度、日射、炭化、凍融、

11、鹽害等等。這些(zhxi)都是造成混凝土結(jié)構(gòu)劣化的原因。也就是說，結(jié)構(gòu)物的性能，決不單純的決定與于過去概念上的荷載，在有些情況下環(huán)境條件的影響可能是主要的。第29頁/共173頁第二十九頁，共173頁。 一般結(jié)構(gòu)物的劣化狀態(tài)(zhungti)可以按表5分為6級。我們指少維修的概念是指結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)4級以上的劣化狀態(tài)(zhungti)。 表5 結(jié)構(gòu)的劣化度劣化度劣化狀態(tài)1234 45 56 6影響美觀的水平可能放置程度的輕微水平需局部補修的水平一部分構(gòu)件產(chǎn)生不能放置影響安全性的劣化一部分構(gòu)件產(chǎn)生不能放置影響安全性的劣化, ,需中等需中等程度補修更換的水平程度補修更換的水平多數(shù)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的大范圍部分需

12、補修更換的水平多數(shù)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的大范圍部分需補修更換的水平結(jié)構(gòu)上處于危險狀態(tài)結(jié)構(gòu)上處于危險狀態(tài), ,禁止使用的狀態(tài)禁止使用的狀態(tài)第30頁/共173頁第三十頁，共173頁。1、明確混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別與環(huán)境 作用等級。 在“鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定中，對使用環(huán)境一般分為碳化銹蝕環(huán)境，凍融作用環(huán)境，氯鹽銹蝕環(huán)境、環(huán)境水腐蝕環(huán)境和風(fēng)蝕(fngsh)環(huán)境。不同類別環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的作用等級劃分見表6。第31頁/共173頁第三十一頁，共173頁。表6 環(huán)境(hunjng)作用等級分類表作用等級環(huán)境類別作用程度碳化環(huán)境氯鹽銹蝕環(huán)境環(huán)境水腐蝕環(huán)境凍融破壞環(huán)境磨蝕環(huán)境1T1/可忽略2T2L2S2D2

13、M2輕微3T3L3S3D3M3中度4/L4S4D4M4嚴重5/ S5D5/非常嚴重 注：對于素混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)，當(dāng)環(huán)境中無腐蝕作用時，按T1考慮。第32頁/共173頁第三十二頁，共173頁。級別工程類別設(shè)計使用年限I重要結(jié)構(gòu)物100年II一般結(jié)構(gòu)物60（50）年III可更換或可加固的易損構(gòu)件30年第33頁/共173頁第三十三頁，共173頁。設(shè)計與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造(guzo)措施。 提出混凝土原材料品質(zhì)要求、配合比的主要參數(shù)及耐久性的具體指標(biāo)。 例如氯離子侵蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的耐久性指標(biāo)應(yīng)符合表8的要求，抗氯離子侵入性指標(biāo)應(yīng)符合表9的要求等

14、。第34頁/共173頁第三十四頁，共173頁。使用年限級別（100年）（60年）作用等級L2L3L4L2L3L4電量指標(biāo)（56d齡期），庫侖10001500第35頁/共173頁第三十五頁，共173頁。表表10混凝土最低強度混凝土最低強度(qingd)等級、最大水膠比和膠凝材料最低用量限值等級、最大水膠比和膠凝材料最低用量限值設(shè)計使用年限級別環(huán)境作用等級（100年）（60年）（30年）L2C35，0.50，320C30， 0.55， 290C30， 0.60， 260L3C40，0.45， 350C35， 0.50， 320C35， 0.50， 320L4C45，0.36， 410C40， 0.

15、40， 380C40， 0.40， 380第36頁/共173頁第三十六頁，共173頁。第37頁/共173頁第三十七頁，共173頁。1通常的隧道結(jié)構(gòu)(jigu)物的支護結(jié)構(gòu)(jigu)是由初期支護和二次襯砌構(gòu)成的。因此，其耐久性要求不僅要體現(xiàn)在二次襯砌上，也要體現(xiàn)在初期支護上。這與一般混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)物是截然不同的，因為在一般條件下，二次襯砌是不承載的。 因此，在設(shè)計施工中，牢固樹立“保護圍巖、愛護圍巖”的觀點和理念，有效地控制對遺留圍巖的損傷和松弛，大力提高初期支護的技術(shù)水平，是提高整個隧道結(jié)構(gòu)(jigu)物耐久性的關(guān)鍵之一。第38頁/共173頁第三十八頁，共173頁。2初期支護是由圍巖

16、(wi yn)、噴混凝土、錨桿及鋼架等構(gòu)成的。因此作為初期支護的這些構(gòu)件的耐久性，就決定了整個初期支護的耐久性。 在初期支護中，噴混凝土的耐久性是至關(guān)重要的。目前在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)δＶ炷聊途眯缘难芯浚恢痹诶^續(xù)，而忽視了對噴混凝土耐久性的研究。因此加強對噴混凝土耐久性的研究也是刻不容緩的。 第39頁/共173頁第三十九頁，共173頁。 噴混凝土應(yīng)從提高其密實性、防水性、抗變形及腐蝕的能力(nngl)等幾方面進行研究。例如適當(dāng)提高噴混凝土的強度等級、在噴混凝土中摻入混合材等。在客運專線鐵路隧道的修建中，由于開挖斷面的增加（最大的開挖斷面達170m2 ），因此要求在噴混凝土中摻入纖維，就是一例。

17、同時要求注意對原材料的選擇。第40頁/共173頁第四十頁，共173頁。3隧道施工技術(shù)及水平，是左右隧道耐久性的關(guān)鍵。設(shè)計僅僅給出來結(jié)構(gòu)物及其構(gòu)件的耐久性指標(biāo)，施工才是確保結(jié)構(gòu)物及其構(gòu)件耐久性的關(guān)鍵。因此，在施工全過程中，必須建立一個能夠確保施工質(zhì)量的管理體制，明確(mngqu)對圍巖、噴混凝土、錨桿、鋼架以及二次襯砌的施工工藝及質(zhì)量控制措施等。這一點是異常重要的。例如日本在.耐久性核查中采用了耐久性指數(shù)的方法。把結(jié)構(gòu)的耐久性指數(shù)水準(zhǔn)設(shè)定100和0兩個水準(zhǔn)。第41頁/共173頁第四十一頁，共173頁。 耐久性指數(shù)T按下式確定。 T =50T(I.J) 此時，T(I.J)由表7給出。表7中的項目和

18、數(shù)值是暫定的，需今后不斷地加以(jiy)充實。耐久性指數(shù)(zhsh)T第42頁/共173頁第四十二頁，共173頁。 表7 耐久性指數(shù)(zhsh)T IJ耐 久 性 設(shè) 計 項 目 T (I.J)1混凝土材料1對水泥的考慮 1002 細骨料的吸水率 A (%) 3(3-A)3粗骨料的吸水率 A (%) 5(1-A)4粗骨料的粒徑3-35膨脹材料的合理應(yīng)用206減低收縮材料的應(yīng)用 107防銹劑的使用5第43頁/共173頁第四十三頁，共173頁。2混凝土及加固材料1 流動性:塌落度B (cm) (B -10)2材料抗離析性25-253 堅硬性:水灰比B (%) (55-B )4單位用水量B (kg)

19、 (160-B )5不是加氣混凝土的情況-156氯化物含量：全離子重B 5-0.5(10B )7制造廠的管理狀態(tài) 10-108 涂樹脂鋼筋的應(yīng)用 30第44頁/共173頁第四十四頁，共173頁。3 設(shè)計開裂1 溫度開裂指數(shù) C 10(1-1/C )2彎曲開裂指數(shù) C 10(1-2C )4鋼筋.形狀.圖面1 保護層D (cm)30( D -2)302鋼筋間隔D =最小水平間隔/粗骨料最大徑3(D -2)103D =最小垂直間隔/粗骨料最大徑2(D -2)0.31非?？赡?0.030.30.1可能30.0030.030.01偶然20.00030.0030.001不可能110 1101F,1SI10

20、 1SI,11,SI101F,1SI10 1SI,130.3-3 0.03-0.3 0.003-0.03 10 1-10 0.1-1 0.01-0.1 246-24 2-6 0.5-2 30 3-300.3-3 0.03-0.30.03第108頁/共173頁第一百零八頁，共173頁。 對于那些對政治，經(jīng)濟或者環(huán)境比較敏感的工程以及公眾意愿對工程的發(fā)展?fàn)顩r會有重要影響的工程，信譽損失應(yīng)該被視為相關(guān)的后果類別而被評價。然而(rn r)，人們建議把信譽損失視為業(yè)主的損失的一部分。 信譽損失和下面這樣的事件關(guān)系密切：這些事件所引起的后果在上面所剛剛討論的后果類型里面。信譽損失尤其會在對第三方或環(huán)境引起

21、不良后果的情況下發(fā)生，對第三方或環(huán)境引起不良后果這種行為往往在政治議事日程上會排在前列。所有對于危險的認識（這種認識將導(dǎo)致不良的壓力）都可能對這個工程的公眾信譽或者政治信譽產(chǎn)生重要影響。第109頁/共173頁第一百零九頁，共173頁。 表8 所示的是一種用于確定風(fēng)險嚴重水平的表格。這個表格符合工程(gngchng)實踐，但是，需要著重指出的是：必須根據(jù)每一個特定的工程(gngchng)并考慮到這個具體工程(gngchng)相應(yīng)的風(fēng)險處理策略來確定風(fēng)險分類系統(tǒng)。 表8 風(fēng)險分析(fnx)表格（樣本）頻率 后果災(zāi)難性的很嚴重的 嚴重的值得考慮的 不重要的非 常 可 能 發(fā)生很可能發(fā)生偶爾發(fā)生 不

22、太 可 能 發(fā)生幾 乎 不 可 能的 不可接受不可接受不可接受不想要的 不想要的不可接受不可接受不想要的不想要的 可接受的 不可接受不想要的不可接受可接受的可接受的 不想要的不想要的不可接受可接受的可忽略的 不想要的可接受的可接受的可忽略的可忽略的 第110頁/共173頁第一百一十頁，共173頁。 對每一種風(fēng)險所采取的解決方案主要取決于相關(guān)的風(fēng)險類型是否是不可接受的，不想要的，可接受的，可忽略的。不同的風(fēng)險類型采取的解決方案如下： 不可接受的：風(fēng)險嚴重程度應(yīng)當(dāng)被減低(jind)到不想要的程度而不必考慮減低(jind)風(fēng)險所需要耗費的成本。 不想要的：減輕風(fēng)險程度所采取的措施應(yīng)當(dāng)被確定。并且，只

23、要采取這些措施所耗費的成本與降低后的風(fēng)險嚴重程度不是比例失調(diào)，那么就應(yīng)當(dāng)采用這些措施。 可接受的：危險事故在工程施工期間應(yīng)當(dāng)是可控制的。并且不必一定要采取減輕事故嚴重程度的措施。 可忽略的：對于這種風(fēng)險，不必做進一步的考慮。 對所采取措施的描述應(yīng)當(dāng)包括設(shè)計機構(gòu)的設(shè)計水平，正是設(shè)計機構(gòu)設(shè)計了降低風(fēng)險嚴重程度所應(yīng)當(dāng)采取的措施。第111頁/共173頁第一百一十一頁，共173頁。人們認為(rnwi)事故表格分析法由于太粗略了,因此不能進行可信賴的事故定量分析。然而，這是一種可行的方法來量化已經(jīng)確定的風(fēng)險。對于每一種危害，它的風(fēng)險可以通過用字母F代表頻率，C代表后果來被簡單的量化。這種危害的風(fēng)險就可以用

24、F*C來估計，而工程的總體風(fēng)險就可以用所有危害的綜合來估計。這種簡單的方法對于每一種風(fēng)險都會提供一個單一的風(fēng)險值，這個數(shù)值代表著對這種風(fēng)險的最好估計。這種簡單方法的不足之處在于它不能描述每一種風(fēng)險估計的不確定性。第112頁/共173頁第一百一十二頁，共173頁。 對不確定性的描述可以通過下面的方法來獲得：把每一種后果考慮成一個隨機變量并且賦給每一個變量一種分布形態(tài)(xngti)，以此來代替那個單一的數(shù)值。分布形態(tài)(xngti)可以用指派最可能值最小值最大值的方法來獲得。這種方法也可以用來估計風(fēng)險發(fā)生頻率，但是這樣做的恰當(dāng)性仍然處在爭論當(dāng)中，因此，為了避免這種爭論，對頻率變化結(jié)果進行敏感性檢驗看

25、起來會更恰當(dāng)一些。根據(jù)這些最可能值最小值最大值，就可以假定一種三角形分布或者其他的分布形式。通過蒙特卡羅（Monte Carlo）積分法將各個變量之間的相互關(guān)系考慮在內(nèi)就可以得到總體風(fēng)險。第113頁/共173頁第一百一十三頁，共173頁。 一個隧道施工工程在計劃和不同階段的風(fēng)險(fngxin)判斷需要采取不同的方式。用于解決這類問題的風(fēng)險(fngxin)分析方式是鑒定風(fēng)險(fngxin)、量化風(fēng)險(fngxin)、形象化原因和效果以及結(jié)果的（一連串）說明。在來復(fù)線量化方法中通常采用的方法有： 1故障樹分析 2結(jié)果樹分析 3決策樹分析 4多種風(fēng)險(fngxin)分析 5. 蒙特卡洛模擬第114頁

26、/共173頁第一百一十四頁，共173頁。 故障樹分析可以用于那些會產(chǎn)生消極結(jié)果的單獨或復(fù)合的聯(lián)系。無論有無對事件可能性的量化都可以利用故障樹分析。使用這種方法，可以組織許多有相互影響結(jié)果的復(fù)雜問題。 結(jié)果樹分析通過可能的結(jié)果去確定最終的形式，以便從一個最初的結(jié)果來描述發(fā)展，這可以通過結(jié)果樹分析來實施。對不同結(jié)果的可能性評估給出了一個定量的分析。 決策樹分析是在可利用的基礎(chǔ)上分析得出最佳的決定。在地下工程施工中的許多決定包含了一個很大的不確定性，用列出的結(jié)構(gòu)模式進行決策樹分析。這很可能形成一個更好的用于決定的基礎(chǔ)。 多種風(fēng)險分析這種用于費用和時間計算的方法是計算隨機變化作用的近似方法。當(dāng)存在很大

27、的不確定性時，多種風(fēng)險分析很有用。這種方法是基于計算機，用于費用計算。 在地下工程中我們所遇到的評估類型通常都是包括幾種隨機變量的綜合體，即使我們能夠確定一個解析表達式，但對于這類問題的解析解法還是非常復(fù)雜的。通過模擬技術(shù)的運用，我們可以用計算機計算出一個近似的解，例如蒙特卡洛模擬，這種方法 被廣泛(gungfn)的應(yīng)用于不同的工程分支中。第115頁/共173頁第一百一十五頁，共173頁。第116頁/共173頁第一百一十六頁，共173頁。 在這種背景下，我們?nèi)绾伟l(fā)展我們的隧道設(shè)計施工技術(shù)，是一個值得(zh d)研究和探討的問題。從國內(nèi)外隧道技術(shù)的發(fā)展看，隧道施工技術(shù)主要是圍繞以下三個方面發(fā)展的

28、。 1提高隧道的工程質(zhì)量； 2降低隧道的工程造價； 3重視和保護環(huán)境。第117頁/共173頁第一百一十七頁，共173頁。 地下(dxi)結(jié)構(gòu)物竣工后，我們只能看到外觀的面貌，而其內(nèi)部及結(jié)構(gòu)物背后的狀態(tài)是隱蔽的。嚴格意義上說，隧道是一個典型的隱蔽工程。因此，我們所謂的工程質(zhì)量，就是說，要把隱蔽的工程做到實處，不留后患。第118頁/共173頁第一百一十八頁，共173頁。 如何提高和保證工程質(zhì)量，重點要發(fā)展“愛護圍巖”的技術(shù)，即： 不損傷或少損傷遺留圍巖的固有支護能力的技術(shù)，這可以通過采用機械開挖技術(shù)和控制爆破技術(shù)予以解決。 或是通過各種手段和方法，如支護技術(shù)、加固或預(yù)加固技術(shù)以及各種輔助施工技術(shù)等

29、增強(zngqing)圍巖的自支護能力的技術(shù)。 這些技術(shù)形成了隧道施工的核心技術(shù)。第119頁/共173頁第一百一十九頁，共173頁。 另外，就是要切實做到“內(nèi)實外美”，關(guān)鍵是內(nèi)實。而內(nèi)實的關(guān)鍵就是要最到“四密實(貼)”，即混凝土密實、噴混凝土密實、噴混凝土與圍巖密實（貼）、二次襯砌與初期支護密實（貼）。這牽涉到混凝土、噴混凝土、回填、支護接觸(jich)等技術(shù)。第120頁/共173頁第一百二十頁，共173頁。 最后就是要建立施工期間的質(zhì)量監(jiān)控體制。目前(mqin)，除了施工單位自行檢查外，主要是由施工監(jiān)理按常規(guī)的方法進行的，大都是“馬后炮”的方法。即使出現(xiàn)問題也難于處理。因為施工監(jiān)理缺乏在施工

30、過程中檢測施工質(zhì)量的有效的監(jiān)控手段和方法，使得許多工程的質(zhì)量得不到有效的控制，這也是目前(mqin)的一個不可否認的實際情況。在施工過程中，缺少有效的施工質(zhì)量的檢測，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，是我們當(dāng)前存在的一個重要問題。因此，要加強施工階段質(zhì)量控制，就必須要有有效的施工階段質(zhì)量檢測的方法。 因此，開發(fā)和引進一些檢測方法和設(shè)備是十分必要的。第121頁/共173頁第一百二十一頁，共173頁。 針對隧道施工中存在的問題，施工階段的檢查，不是指在施工完成后，而是在施工過程中的檢查。例如，目前評定混凝土襯砌強度的方法，是常規(guī)的留取試件而在28天后進行強度測試的方法。這種方法的弊病，就是不能及時(jsh)發(fā)現(xiàn)混

31、凝土強度的問題，也就不可能及時(jsh)地改進混凝土強度中的問題。，而對噴混凝土，重要的是要掌握初期強度（如24小時強度）指標(biāo)。因此，必須強調(diào)施工過程中的“及時(jsh)檢查、及時(jsh)發(fā)現(xiàn)、及時(jsh)改進”的“三及時(jsh)”的原則。只有這樣才能把混凝土質(zhì)量及其離散性控制在要求的水準(zhǔn)之內(nèi)。這也是一些國家在質(zhì)量控制上所采用的基本方法。第122頁/共173頁第一百二十二頁，共173頁。針對隧道施工中存在的問題，施工階段的檢測技術(shù)上應(yīng)該重點解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。隧道表面狀態(tài)檢測方法，包括襯砌開裂和變形的檢測；混凝土及噴混凝土強度的檢測方法襯砌厚度及背后空洞(kngdng)狀態(tài)的檢測方

32、法錨桿灌漿密實度的檢測方法第123頁/共173頁第一百二十三頁，共173頁。 例如，圖5是利用能夠檢測0.1C溫度差的紅外線攝象機，檢測襯砌的溫度差，判斷襯砌剝離狀態(tài)和開裂(ki li)狀態(tài)。比錘擊檢查精度高，對深度10cm左右的剝離可以判斷出來。 圖5 紅外線相機(xingj)的測定結(jié)果例第124頁/共173頁第一百二十四頁，共173頁。 圖6 隧道凈空(jn kn)位移量測 圖6是采用數(shù)碼相機進行隧道位移量測的概貌(gimo)，對長度7m的對象物從100m處進行攝影時，誤差在23mm以內(nèi)。第125頁/共173頁第一百二十五頁，共173頁。 圖7系日本開發(fā)的以氣壓(qy)射釘槍原理為基礎(chǔ)的強

33、度測試系統(tǒng)APP Tester。檢測過程為在恒定空氣壓(qy)力下將經(jīng)過特殊標(biāo)定的射釘打入檢測的對混凝土之內(nèi)，由其射入深度標(biāo)定公式推算其強度。整個系統(tǒng)由射釘槍、空壓計、空壓管、空壓機、數(shù)顯深度游標(biāo)卡尺等組成。 圖7 射釘槍法第126頁/共173頁第一百二十六頁，共173頁。 射釘槍是該檢測系統(tǒng)的主要組成部分之一，用于凝土強度檢測。射釘是經(jīng)過特殊標(biāo)定的合金鋼釘，其形狀尺寸和機械性能離散性很小，根據(jù)(gnj)檢測強度范圍的不同，射釘分為射釘A和射釘B兩種。射釘A：1030MPa，射釘B：1OMPa以下。下圖是混凝土強度與射釘貫入深度的關(guān)系。第127頁/共173頁第一百二十七頁，共173頁。 襯砌內(nèi)

34、部和背后狀態(tài)是隱蔽的，從表面上是看不出來的。因此，開發(fā)出許多具有實用價值的檢測方法。其中最常用的方法有打擊聲法。就是用打擊襯砌表面，通過打擊襯砌時的聲音，在有空洞與無空洞時，有剝離時與無剝離時的聲音的不同來判定有無空洞或剝離的方法。這本來(bnli)是一個古老而傳統(tǒng)的方法，是一種憑感覺的方法能夠在大范圍進行簡便的檢查。但最近幾年由于電子技術(shù)的發(fā)展，打擊聲法獲得了很大的發(fā)展。對厚度比較薄的場合，檢知剝離是一個有效的方法。以下是打擊聲方法的一個例子（圖9、照片1）。第128頁/共173頁第一百二十八頁，共173頁。 圖10 打擊聲檢測背后剝離(bl)的狀態(tài)第129頁/共173頁第一百二十九頁，共1

35、73頁。目前(mqin)正在開發(fā)自動打擊聲檢查系統(tǒng)，已經(jīng)開始實用化了。下圖是自動打擊聲檢查系統(tǒng)的模式圖。第130頁/共173頁第一百三十頁，共173頁。 采用能夠檢出加振力的脈沖錘，根據(jù)錘擊聲的不同，獲得客觀判斷的結(jié)果。脈沖錘和麥克風(fēng)一體化的打擊聲檢測裝置，可設(shè)置在臺車上的走行鋼軌上，能夠沿隧道縱向12m，圓周方向2.5m的范圍內(nèi)移動。一次可檢查(jinch)約30m2的面積，可瞬時解析打擊聲，自動判斷變異地點。鋼軌能夠伸縮、傾斜，可檢查(jinch)任意形狀的隧道。60m2面積，按50cm間隔打擊，共240個點的測定時間約40分鐘。第131頁/共173頁第一百三十一頁，共173頁。 地下結(jié)構(gòu)

36、，如果僅僅從初期投資的土木工程造價上看，是比較昂貴的。但如綜合考慮其投資效果（初期投資、工程的社會效益等）或從可持續(xù)發(fā)展的觀點出發(fā)，是比較有發(fā)展前景的。 但不管怎么說，土木工程的造價是很可觀的。因此，目前許多國家都非常注意如何降低土木工程，當(dāng)然也包括地下工程的造價問題。例如日本在比較了與美國在一些工程領(lǐng)域中的工程費后明確指出：平均來說，日本的工程費約比美國高出2845。因此，日本建設(shè)(jinsh)省提出削減工程費的指示，并提出從設(shè)計階段開始就采取 第132頁/共173頁第一百三十二頁，共173頁。 以地下工程為例，在盾構(gòu)隧道中，減薄襯砌、縮小斷面可降低工程費約30，在山嶺隧道中，縮小斷面也取得

37、較好的效果，例如新干線隧道，凈空內(nèi)半徑從4.80m減小到4.75m；東名高速公路隧道將建筑限界的寬度縮小1.5m使開挖(ki w)斷面積從230m2減小到195m2， 使工程費減小1516；而降低工程費最顯著的是東京都的12號線小斷面地鐵，降低工程費達30以上。又如在山嶺隧道中，如能控制好隧道斷面的超欠挖，就可把隧道工程費降低3%5等等。 因此，要從根本上解決降低土木工程的工程費問題，要有經(jīng)濟觀念，特別是地下工程，這一問題尤為突出。 降低造價必需有可靠的技術(shù)保證，否則就是一句空話。第133頁/共173頁第一百三十三頁，共173頁。 1、縮小結(jié)構(gòu)物斷面； 2、結(jié)構(gòu)物形狀單純化； 3、構(gòu)件預(yù)制化；

38、 4、材料(cilio)規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化； 5、施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等第134頁/共173頁第一百三十四頁，共173頁。 以山嶺隧道中盾構(gòu)隧道為例，在確保必要的功能前提下盡量減小結(jié)構(gòu)物的斷面尺寸。例如，日本在盾構(gòu)隧道中為減小一次襯砌的厚度，采用了高強的薄管片。此外，為減小二次襯砌厚度，采用噴23 mm樹脂的方法，使外徑從3.8 m，變?yōu)?.4 m，減小0.4 m。這樣，開挖土方量減少2 5，工期(gngq)縮短4 0%。在某一共同溝工程中，將二次襯砌省去，節(jié)省造價9.9。當(dāng)然省略二次襯砌是有條件的。第135頁/共173頁第一百三十五頁，共173頁。 在山嶺隧道中日本鐵道公團，在北陸新干線的隧道工程中，

39、將拱部內(nèi)半徑從4.8 m改為4.7 5 m，減小5 c m。在舞子隧道的通風(fēng)橫洞(斷而積8 0 m2)中，在一次襯砌(1 5 c m)上，增噴5 c m的高強噴混凝土，而取消了厚3 5 c m的二次襯砌。 在帶有仰拱的隧道中，適當(dāng)加大仰拱頂曲率，就可以減少(jinsho)仰拱上面的混凝土填充量，也會降低造價。 由此可見，縮小斷面尺寸主要與采用新技術(shù)、新工藝有關(guān)。如采用高強的噴混凝土和混凝土、噴射樹脂等，其次在滿足凈空的條件下，盡可能地縮小隧道內(nèi)輪廓尺寸，最終減薄二次襯砌或取消二次襯砌。第136頁/共173頁第一百三十六頁，共173頁。 從實際出發(fā)，除地下鐵道車站外，隧道的斷面形狀是比較單純的。

40、形狀單純化，可使鋼筋和模板(mbn)的架設(shè)簡單，與之配套的材料也可以標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化，如采用鋼筋骨架和定尺鋼筋等。 隧道的拱部最好采用單心圓，在公路隧道中，整個上部也最好采用單心圓。 對鋼筋混凝土襯砌的鋼筋，采用頂制的鋼筋骨架方式，也可以取得良好效果。 例如，四車道公路隧道，是采用四車道的大斷面隧道，或是采用聯(lián)拱型四車道斷面，就需要進一步研究，從形狀單純化角度看，顯然采用形狀單純的4車道斷面是合理的，同時也簡化了施工程序。實踐表明，目前采用聯(lián)拱隧道的成本是比較高的。 地下鐵道車站形式的標(biāo)準(zhǔn)化，也是各國追求的目標(biāo)，在滿足功能要求的前提下盡量縮小車站的規(guī)模也是車站 設(shè)計的主流趨勢，這也是“降造”所要

41、求的。第137頁/共173頁第一百三十七頁，共173頁。 例如，在地下鐵道中，在增加列車運行密度的前提下，減少列車編組長度，就可以縮短車站和站臺的長度。采用寬度小的車輛，也可以減少凈空尺寸，從而減少坑道的開挖量。 目前，我國在地下鐵道區(qū)間隧道中，采用的盾構(gòu)管片的厚度是35cm，如果證明采用30cm是可行的，也可以降低工程造價，這些措施(cush)都是行之有效的。第138頁/共173頁第一百三十八頁，共173頁。 結(jié)構(gòu)形狀單純化與構(gòu)件預(yù)制化是有聯(lián)系的。構(gòu)件預(yù)制化，使制造簡單，質(zhì)量可靠(kko)，安裝方便，且便于采用新材料。因此，能夠預(yù)制構(gòu)件都要預(yù)制，是一個降低造價的基本途經(jīng)。 已經(jīng)實現(xiàn)預(yù)制化的構(gòu)

42、件，盡可能地向大型、長尺寸方向發(fā)展。如日本的瓦斯管道的管片寬度從0.2 m改為1.2 m，使架設(shè)時間大為縮短。 在鐵路隧道中，構(gòu)件預(yù)制化是一個方向，特別是在單線鐵路隧道，更有發(fā)展前景。秦嶺隧道仰拱采用預(yù)制仰拱獲得了成功。在鐵路隧道中研究二次襯砌的構(gòu)件預(yù)制化問題是有重要意義的。第139頁/共173頁第一百三十九頁，共173頁。第140頁/共173頁第一百四十頁，共173頁。 隧道襯砌、明洞等結(jié)構(gòu)物的預(yù)制化，是提高結(jié)構(gòu)物質(zhì)量、降低造價的基本措施。也是許多國家正在研究的課題。下面介紹兩個示例。 仰拱（圖12）：為了降低成本和提高修筑仰拱的速度，在某公路隧道中采用預(yù)制構(gòu)件修筑仰拱。首先開挖隧道底部后，

43、灌注坍落度為0的混凝土。而后在其上鋪設(shè)預(yù)制的帶突起的混凝土板，用震搗器搗固，使其與混凝土成為(chngwi)一體。隧道是雙車道的，施工長度約6m，一塊板的大小約寬3m，長 1.5m。施工后車輛可以立即通行?？梢宰咝袧M載土砂的總重量達39tf的卡車。仰拱的下沉量只有3mm。因為不需要設(shè)置和拆除模板，比現(xiàn)場灌注混凝土降低成本10%15。隧道開挖后能夠立即施工仰拱，從而能夠控制底部的變形。第141頁/共173頁第一百四十一頁，共173頁。 襯砌預(yù)制板（照片3）：在山嶺(shnlng)隧道的二次襯砌中，也開發(fā)出預(yù)制板兼模板的技術(shù)。預(yù)制板是鋼筋混凝土板。鋼筋從板背后伸出，現(xiàn)場灌注混凝土?xí)r使之成為一體。開

44、挖后向巖面噴射混凝土，沿內(nèi)壁架設(shè)鋼架(間距12m)，使用專門機具把預(yù)制板用螺栓連接到鋼架上。預(yù)制板上設(shè)有直徑lOcm的孔，用以灌注混凝土。此法較采用活動模板灌注混凝土方法能夠降低成本20%30，并縮短了工期。照片3 襯砌預(yù)制板兼模板技術(shù)第142頁/共173頁第一百四十二頁，共173頁。第143頁/共173頁第一百四十三頁，共173頁。第144頁/共173頁第一百四十四頁，共173頁。 材料的規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化是與結(jié)構(gòu)斷面的單純化相聯(lián)系的。將材料按照(nzho)設(shè)計規(guī)格，予以標(biāo)準(zhǔn)化，而在工廠或工地預(yù)制好，可大大減少架設(shè)的時間和材料的無理消耗。例如日本在某管路工程中，采用高流動性混凝土管片(直徑4m)

45、，在長lkm的隧道中，節(jié)省約4000萬日元。 在耐久性設(shè)計中，材料的標(biāo)準(zhǔn)化是非常重要的。第145頁/共173頁第一百四十五頁，共173頁。 隧道施工方法的標(biāo)準(zhǔn)化和模式化是提高隧道修建速度和質(zhì)量，降低工程造價的關(guān)鍵。 目前，在山嶺隧道中采用的的施工方法，越來越集中在少數(shù)幾種方法上，如超短臺階法及全斷面法，中隔壁法及眼鏡法等，因此，使這兒種方法標(biāo)準(zhǔn)化和模式化是當(dāng)務(wù)之急。應(yīng)該指出，目前施工方法混亂、工藝不標(biāo)準(zhǔn)、施工機械不配套，輔助施工方法更是“五花八門”等，是使隧道造價增加的重要原因之一。 應(yīng)該說，在堅硬巖質(zhì)圍巖中，施工技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化問題我們解決得比較好，但在軟弱破碎的圍巖中，這個問題還沒有得到有效的

46、解決。一個突出(t ch)的表現(xiàn)就是掌子面的超前支護問題。 第146頁/共173頁第一百四十六頁，共173頁。 在軟弱破碎圍巖中施工時，超前支護是必不可少的。所謂超前支護就是在開挖前先期進行(jnxng)支護，也就是我們所謂的“先支后挖”，以確保掌子面的穩(wěn)定和極力控制對地表面和近接結(jié)構(gòu)物的影響。第147頁/共173頁第一百四十七頁，共173頁。 日本在新的隧道施工指南中明確規(guī)定了超前支護的3種類型，即： 1、預(yù)襯砌方式(fngsh)； 2、水平噴射注漿方式(fngsh)； 3、長鋼管注漿方式(fngsh)。第148頁/共173頁第一百四十八頁，共173頁。(1) 預(yù)襯砌方式(2) 預(yù)襯砌方式是

47、開挖前沿掌子面的隧道外周開挖厚約的拱形槽，開挖后立即用混凝土或砂漿充填。(3) 此方式因在隧道橫斷方向形成連續(xù)的剛性大的拱形結(jié)構(gòu)，故在下列制約條件嚴格(yng)的場合采用。(4) 土砂等強度極低的場合；(5) 埋深淺，需控制地表下沉的場合；(6) 近接重要結(jié)構(gòu)物會受到開挖影響的場合第149頁/共173頁第一百四十九頁，共173頁。 圖13預(yù)襯砌方式(fngsh)；第150頁/共173頁第一百五十頁，共173頁。(2) 水平噴射注漿方式此方式是在開挖前于掌子面前方的隧道外周形成長約左右的管狀拱形結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體的形成，是與鉆孔的同時用高壓噴射攪拌硬化材（水泥砂漿）形成的?？梢孕纬梢粋€(y )沿燧道

48、橫向的拱形連續(xù)的結(jié)構(gòu)。但與預(yù)襯砌方式比，連續(xù)體差一些。第151頁/共173頁第一百五十一頁，共173頁。圖14 水平噴射(pnsh)注漿方式；第152頁/共173頁第一百五十二頁，共173頁。(3) 長鋼管注漿方式 此方式，是開挖前在掌子面前方沿隧道外周配置長的鋼管，形成拱形(n xn)結(jié)構(gòu)。為使鋼管和圍巖間形成一體，應(yīng)在其間： 充填水泥漿； 壓注水泥漿和其他壓注材。第153頁/共173頁第一百五十三頁，共173頁。圖15 長鋼管(gnggun)注漿方式第154頁/共173頁第一百五十四頁，共173頁。 在施工中，輔助施工方法常常是不可避免的，特別是礦山(kungshn)法。在設(shè)計中，輔助施工

49、方法的選擇，對控制造價是極為重要的。 此外，減少施工災(zāi)害事故的發(fā)生、采用合適的輔助工法、加強施工地質(zhì)的預(yù)測和預(yù)報、提高施工管理水平等都可在一定程度上降低工程造價，這要在實踐中去探索。第155頁/共173頁第一百五十五頁，共173頁。 重視和保護環(huán)境也有兩層含義：一是指內(nèi)部環(huán)境，即施工作業(yè)環(huán)境；一是指對外部環(huán)境，即對周邊環(huán)境的影響。重視環(huán)境是時代的要求，許多環(huán)境技術(shù)都是因時代的變遷而發(fā)展的，許多基準(zhǔn)都是因環(huán)境的要求而制定。 對周邊環(huán)境的影響主要指： 因各種原因(yunyn)引起的地表下沉； 水理條件的變化；枯水、水位降低、水質(zhì)污染等； 對周邊結(jié)構(gòu)物的影響； 對社會、生活環(huán)境的影響。 第156頁/共173頁第一百五十六頁，共173頁。 在地下施工中，對外部環(huán)境可能造成影響的場合，就要預(yù)測對外部環(huán)境影響的場所、規(guī)模、時間及現(xiàn)象等，有問題時，就要采取防止外部環(huán)境惡化、保護并對已經(jīng)惡化的外部環(huán)境進行修復(fù)等措施等。這個問題在城市修建地下工程時尤為突出(t ch)。 對外部環(huán)境有著怎