高地应力隧道施工阶段岩爆与大变形风险评估应用研究

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近几年,随着我国基础设施建设的快速发展,隧道及地下工程的规模也迅速增加,而且多数集中在地质构造复杂的西部地区,工程地质条件复杂、地应力高,隧道建设中发生与高地应力密切相关的岩爆和大变形灾害日益增多。这些灾害的发生导致重大经济损失、人员伤亡和工期延误,给工程施工带来极大困难。因此,非常有必要针对高地应力隧道开展施工风险评估研究,建立全面、有效的高地应力隧道施工风险评估指标体系、评估模型、评级标准及风险控制体系。这对今后指导高地应力隧道施工,发展我国隧道施工风险评估与管理体系起到重要作用,具有显著的工程价值和学术意义。本论文针对高地应力隧道施工的特点,对隧道施工风险因素识别、风险评估、以及风险应对等方面展开探讨,并结合专家评议分析方法和风险矩阵法的优点,采用指标体系法重点对高地应力隧道施工岩爆与大变形风险的评估进行研究。主要取得以下成果:(1)通过收集和整理大量高地应力隧道施工岩爆与大变形案例资料,分析了隧道施工岩爆与大变形发生的原因和条件,总结了岩爆与大变形三大影响因素:地质因素、设计因素、施工因素。并且筛选出了主要的风险评估指标:岩石强度、围岩完整性、地下水情况、地应力大小、断面大小、施工工法、单循环进尺、支护时机、支护质量、超前辅助措施、爆破情况、监控量测与超前地质预报等。结合已有研究成果、工程现场调查和专家咨询,统计了各因素对岩爆、大变形的影响概率,为指标打分提供有力的工程实践依据。(2)结合专家评议分析方法和风险矩阵法的优点,采用简单、可操作性强的指标体系打分法建立了高地应力隧道施工中岩爆与大变形风险评估模型。通过专业人员对各指标打分,然后根据计算分值对照风险可能性等级标准确定可能性等级;通过对10多条隧道施工风险损失的调查结果进行统计分析,从岩爆与大变形烈度的角度对人员伤亡、直接经济损失、工期延误期望值进行定量化估计,得到严重程度等级;然后综合考虑风险发生可能性及损失严重程度,采用风险矩阵法得到风险等级。将风险等级最终分为低度风险(I级)、中度风险(II级)、高度风险(III级)、极高风险(IV级)。(3)采用本文建立的风险评估方法对米仓山隧道岩爆以及米亚罗3号隧道大变形进行施工前静态风险评估与施工过程动态风险评估。根据风险评估结果并结合有关隧道风险管理的方法与规定,对高风险区段提出有效的防控措施,降低岩爆与大变形风险。为隧道施工岩爆与大变形的预防与控制提供了科学依据,验证了此套风险评估方法的有效性和实用性。
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