基于全生命周期建养一体化的隧道监控参数提取及结构安全评估

论文总字数：37801字

摘 要

我国交通事业蓬勃发展，交通设施里程数量庞大，隧道工程作为交通的枢纽，病害问题日益严重。针对隧道施工建设期和运营维护过程中健康监控与评估分离的现状，本文以重庆市“八一”隧道为依托，探讨了隧道在施工建设期和运营维护过程中的隧道病害特点和诱发病害的原因。

在对隧道全生命周期病害特点分析的基础上，建立了隧道建养一体化的结构健康的评估体系，结合现有规范，确定了定量化评估体系诊断指标的分级标准，依照此分级标准和工程实测数据，对诊断指标的分级构造了隶属度函数，求出单一诊断指标分级的隶属度矩阵，通过乘积标度法对各诊断层指标进行权重的确定完成对隧道全生命周期的结构健康安全定量化评估。

最终，根据评估得分与安全系数之间的关系和安全系数和隧道剩余生命之间的关系，确定了评估得分和剩余生命间的关系，实现隧道剩余生命的预测。

关键词：隧道工程，全生命，隶属度，结构健康，剩余生命

Abstract

China's transportation industry is booming, and the mileage and quantity of transportation facilities are huge. The tunnel project serves as a hub for transportation, and the disease problem is increasingly serious. According to the status quo of separation of health monitoring and assessment during tunnel construction and operation and maintenance, based on Chongqing Bayi Tunnel, It discusses the tunnel disease characteristics and induced damage during the construction period and operation and maintenance of the tunnel. the reason.

Based on the analysis of the characteristics of the whole life cycle of the tunnel, a structural health assessment system integrating tunnel construction and maintenance was established. Combined with the existing norms, the grading standards for the diagnostic indicators of the quantitative assessment system were determined, according to the classification standards and project. The measured data, hierarchically constructed the membership function for the diagnostic index, calculated the membership matrix of a single diagnostic index, and determined the weight of each diagnostic layer by the product scaling method to complete the structural health and safety quantification of the whole life cycle of the tunnel. Assessment.

Finally, based on the relationship between the assessment score and the safety factor, the relationship between the safety factor and the remaining life of the tunnel, the relationship between the assessment score and the remaining life is determined, and the remaining life of the tunnel is predicted.

Key words: tunnel engineering, whole life, degree of membership, structural health, remaining life

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2隧道病害及评估研究现状 1

1.2.1隧道病害研究现状 2

1.2.2隧道工程结构安全性评估研究现状 3

1.3研究的主要内容 3

1.4本文的技术路线 3

第二章 隧道病害及其形成原因分析 5

2.1依托工程概况 5

2.2隧道病害的形成原因 5

2.2.1断面变形 5

2.2.2衬砌裂损 6

2.2.3渗漏水 6

2.2.4衬砌材质劣化 7

2.3本章小结 8

第三章 基于建设与运营一体化的隧道结构健康安全评估模型 9

3.1隧道健康评价指标体系的建立 9

3.2单一病害评价指标的定量化基准的确定 10

3.2.2单一病害指标分级与隶属度间关系 12

3.2.3指标权重的确定 22

3.3评估过程与评价结果的判定 26

3.4本章小结 27

第四章 应用实例 28

4.1单项评价值计算 29

4.1.1大变形 29

4.1.2不均匀沉降 30

4.1.3起层剥落 30

4.1.4渗漏水 31

4.1.5结构裂缝 32

4.1.6材质劣化 32

4.2中间准则层评价值计算 34

4.2.1建设阶段评估 34

4.2.2运营阶段评估 34

4.3健康状况 34

4.4隧道剩余生命 35

结论与展望 37

1 结论 37

2 展望 37

致 谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

随同我国经济和社会的飞速发展，人们对交通出行、运输能力的要求也越来越高，近年来，公路、铁路及城市内部的轨道交通建设都在蓬勃建设运营中。由国家统计局于2016年3月发布的报告统计：“截止2015年末，全国铁路运营里程达到12万公里、高速铁路里程达到1.9万公里、公路通车里程达到457万公里、高速公路里程达到12万公里。铁路已经基本在达到50万人口的城市间构成了快速客运网”。到2018年4月份为止，我国已经开通地铁的城市已经有35个之多。只有交通运输能力的提高才能带来经济的发展，一个国家或者地区的交通运输能力是可以彰显该地区的经济发展水平和现代建设水平的。

高速公路、铁路、轨道交通以及城市道路的节点工程便是隧道工程。隧道工程通过其自身的特点可以重塑路线线型、缩短行程而减少行车时间、提高运营效益以及美化地上空间、提高行车安全性等。除此之外，还有一些海底隧道可以实现桥梁做不到的大跨径跨越海峡。因而，隧道工程在铁路、公路、轨道交通和城市道路交通中都占有极大的比重。由我国交通运输部公布的《2017年交通运输行业发展统计公报》显示:“截止2017年年末，全国公路隧道共有16229处、里程达1528.51万米，其中特长隧道902处、里程401.32万米，长隧道3841处、里程659.93万米”。我国自行修建的早期隧道可以追溯到1909年的居庸关隧道，这些隧道历经不同的年代，隧道的施工工艺也经历了翻天覆地的变化。由于设计水平不同，施工工艺的更新，材料质量和类型的变化以及地质变迁等原因，大部分在运营的隧道都已有一定程度的病害。根据我国学者的研究^[1][2][3]显示，“当前隧道工程存在很多病害，主要包括：渗漏水、渗沙、结构衬砌腐蚀裂损裂缝、隧道模板坍塌、基坑坍塌、仰拱变形损坏”。尽管这些种类的病害发生在隧道的不同部位，但是这些病害的最终后果都是影响路面导致无法正常通车，影响行人行车安全。同时我们需要注意的是，隧道病害不会独自出现，独自作用，病害之间会相互影响，加剧病害的程度，最后的结果就是严重影响隧道的结构安全。综上所述，隧道工程在其整个全生命周期的过程通常会受到多种因素、病害的影响。结构安全性的损伤历史必然将对隧道在后续的继续使用过程中产生影响，影响到隧道的安全以及对剩余寿命产生影响。

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