隧道初期支护安全性评价理论与方法研究

针对铁路及公路隧道，建立通过实测位移进行隧道初期支护安全性评价的理论和方法。具体研究内容包括：通过资料调研和实际测量获取重要基本随机变量的统计数据；进行喷混凝土变形性能随龄期增长的实验，提出喷混凝土强度、刚度参数的时程曲线；考虑喷混凝土早期收缩、徐变及温度对变形的影响，推导根据支护测量位移计算支护内力的公式；针对素喷混凝土和钢架(格栅钢架和型钢钢架)喷混凝土，提出在一定可靠性要求下隧道初期支护的目标位移值(拱顶下沉和水平收敛)的确定方法；编制由基本测量数据计算隧道目标位移值的计算机程序；研究结果实际应用于隧道工程的施工位移监控量测，验证并完善所提方法。本项目研究的意义在于可使隧道初期支护安全性从定值评价发展为概率评价，更充分地利用位移量测数据，增强评价的客观性，提高隧道信息化施工的技术水平。

完成了对隧道喷混凝土支护厚度、钢筋保护层厚度、钢筋力学性质、喷混凝土材料力学性质(抗压强度、抗拉强度、弹性模量)及喷混凝土力学性质随龄期变化等资料的收集，获得了基本随机变量的统计资料。完成了C20和C25两种配合比喷混凝土的性质试验。性质参数随时间的变化涉及2天、5天、7天和16天龄期，测量参数包括抗压强度、弹性模量、干缩系数和徐变系数。根据试验结果分析了早龄期喷射混凝土徐变特点，对GL2000模型进行了修正，得到了适合于喷射混凝土早龄期徐变度的预测模型。在前期素喷混凝土的基础上，建立了格栅钢架和型钢钢架喷混凝土支护的安全性评价方法。考虑的因素包括隧道内温度变化、喷混凝土的收缩、喷混凝土的徐变。推导了根据初期支护的测量位移计算支护内力的公式。讨论了喷混凝土水化热对支护安全性的影响。喷混凝土水化热对温度场有明显影响的深度为1m，影响的时间主要在喷层施做后5天，对喷层变形的影响主要在于轴向应变。采用C语言，编制了按直接Monte-Carlo法计算支护可靠指标的计算机程序。程序可考虑喷混凝土干缩、徐变和温度的影响。选择北京地铁14号线右安门外站～北京南站区间及内蒙古锡乌铁路工程扎尔斯台隧道进口，对隧道初期支护的拱顶下沉、拱脚收敛，以及隧道内空气温度和湿度进行了现场测量，获得了测量数据，对建立的位移方法进行了验证。根据本项目的研究成果已撰写科研论文11篇，其中8篇已发表(5篇EI)，1篇已接收(工程力学，EI)，2篇已完稿。