吳波，吳兵兵

(1.東華理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

地鐵建設(shè)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程，具有造價(jià)高昂、建設(shè)周期長(zhǎng)、施工難度高、施工人員作業(yè)環(huán)境惡劣和工程問(wèn)題復(fù)雜的顯著特點(diǎn)。綜合表現(xiàn)為施工可靠性受諸多潛在風(fēng)險(xiǎn)因素影響較大，一旦發(fā)生事故，將會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的損失。因此，對(duì)地鐵施工可靠性進(jìn)行量化評(píng)價(jià)具有重要意義。當(dāng)前對(duì)地鐵施工安全量化相關(guān)方面的研究主要有，錢(qián)七虎院士[1]結(jié)合經(jīng)典的工程事故管理理論提出重點(diǎn)研究地下工程全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)管理理論和基于可靠性的風(fēng)險(xiǎn)量化方法，為地下工程風(fēng)險(xiǎn)管理理論體系的構(gòu)建指明了方向。孫鈞院士[2]指出隧道及地下工程建設(shè)涉及諸多不確定性因素，不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)存在于地下工程全壽命周期。從設(shè)計(jì)階段、施工階段到運(yùn)營(yíng)階段，應(yīng)結(jié)合各階段特點(diǎn)，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理理論與實(shí)踐研究，建立科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)管理理論體系，使風(fēng)險(xiǎn)管理在實(shí)際工程應(yīng)用中規(guī)范化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化。在量化評(píng)價(jià)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)方面，張毅軍等[3]將改進(jìn)的TOPSIS方法運(yùn)用到地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)分析及評(píng)估模型求解中，改善了傳統(tǒng)權(quán)重法存在的誤差問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)衡量因子相乘的稀釋效應(yīng)問(wèn)題，求得的結(jié)果更接近工程實(shí)際。郝風(fēng)田等[4]基于可靠度理論建立了地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)控制模型，對(duì)于施工過(guò)程的安全優(yōu)化有一定意義。劉保國(guó)等[5]采用故障樹(shù)分析法對(duì)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了敏感性分析，確定了不同風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的影響程度。閆文周、趙文等[6-7]研究了地鐵施工多風(fēng)險(xiǎn)因素相互作用，并建立相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。應(yīng)國(guó)柱、張飛燕等[8-9]基于概率分布的疊加模型、層次分析法、熵權(quán)法和模糊綜合評(píng)價(jià)模型，評(píng)估地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)，是能夠同時(shí)考慮主客觀因素的定量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。應(yīng)當(dāng)指出當(dāng)前研究存在一些不足和空白，評(píng)價(jià)結(jié)果就指導(dǎo)施工而言不夠直觀；未見(jiàn)量化評(píng)價(jià)地鐵隧道施工可靠性的相關(guān)研究。

本文依托南昌地鐵3號(hào)線地鐵車站出入口通道暗挖工程，建立三維數(shù)值分析模型比較論證上下臺(tái)階法和交叉中隔壁法(CRD法)施工安全性?；谝陨险撟C基礎(chǔ)，提出一種量化評(píng)價(jià)隧道施工可靠性的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)巖土體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行隨機(jī)組合，代入建立的數(shù)值模型中，使用有限元強(qiáng)度折減法多次計(jì)算得到一組安全系數(shù)，之后運(yùn)用可靠度理論計(jì)算通道暗挖施工的可靠度。計(jì)算方法概念明確且結(jié)果直觀，保持有限元模擬復(fù)雜問(wèn)題優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)考慮了巖土體力學(xué)參數(shù)的變異性，評(píng)價(jià)結(jié)果合理可靠。

1 地鐵車站淺埋暗挖通道施工可靠性分析模型的確定

1.1 地鐵車站淺埋暗挖通道施工極限狀態(tài)方程

在進(jìn)行通道施工可靠性分析之前，首先要確定通道施工安全極限狀態(tài)。地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程[10]中給出的地鐵車站隧道暗挖的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)：地表沉降值為3 cm，拱頂沉降值為4 cm，以此作為通道施工安全極限狀態(tài)。淺埋暗挖通道施工可靠性的主要影響因素為暗挖工法、圍巖土體強(qiáng)度，暗挖工法確定之后，考慮到土體力學(xué)參數(shù)的變異性，土體本構(gòu)關(guān)系采用經(jīng)典的Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則描述，基于概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，土體強(qiáng)度指標(biāo)c、φ和相應(yīng)的安全系數(shù)Fs均為服從特定概率分布的隨機(jī)變量。

地鐵車站淺埋暗挖通道施工極限狀態(tài)方程定義為Y，當(dāng)Y>0時(shí)處于可靠狀態(tài)，當(dāng)Y=0時(shí)處于臨界狀態(tài)，當(dāng)Y<0時(shí)處于失效狀態(tài)，如公式(1)所示:

Y=Fs(m,c,φ)-1

(1)

式中，m表示通道暗挖工法；c為土體黏聚力(kPa)；φ為土體內(nèi)摩擦角(°)；1為通道極限狀態(tài)安全系數(shù);Fs(·)為安全系數(shù)函數(shù)，由數(shù)值模擬建立映射關(guān)系。

1.2 有限元強(qiáng)度折減法基本原理

強(qiáng)度折減法中的強(qiáng)度折減系數(shù)，即在外荷載保持不變的情況下，土體能承受的最大剪應(yīng)力與外荷載對(duì)土體所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。強(qiáng)度折減法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析中，對(duì)影響土體穩(wěn)定性最大的黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ進(jìn)行折減[11]。折減后的抗剪強(qiáng)度參數(shù)可分別表示為：

cm=c/Fr

(2)

φm=arctan(tanφ/Fr)

(3)

式中，c(kPa)和φ(°)為土體所能夠提供的抗剪強(qiáng)度；cm(kPa)和φm(°)是土體極限狀態(tài)實(shí)際發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度；Fr為強(qiáng)度折減系數(shù)。

有限元強(qiáng)度折減法用于通道暗挖可靠性分析時(shí)，與進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析有所不同的是安全系數(shù)Fs的確定。邊坡穩(wěn)定性分析在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中設(shè)定不同的強(qiáng)度折減系數(shù)Fr，邊坡達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)即為穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。通道暗挖可靠性分析則以通道開(kāi)挖完成后拱頂沉降和地表沉降達(dá)到地鐵工程監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程給出的安全規(guī)范限值作為確定安全系數(shù)的極限狀態(tài)，在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中通過(guò)在相應(yīng)的分析步后對(duì)圍巖土體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行折減，之后考察此分析步中拱頂沉降發(fā)生突變時(shí)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度折減系數(shù)Fr，將此時(shí)的力學(xué)參數(shù)代入原數(shù)值模型中進(jìn)行通道開(kāi)挖全過(guò)程模擬，若通道處于極限狀態(tài)，則此時(shí)的強(qiáng)度折減系數(shù)Fr即為安全系數(shù)Fs。

1.3 點(diǎn)估計(jì)法基本原理

目前，計(jì)算可靠度指標(biāo)β的實(shí)用方法有：點(diǎn)估計(jì)法、一次二階矩法、漸進(jìn)積分法、隨機(jī)響應(yīng)面法和Monte-Carlo法等[12]。一次二階矩法需用泰勒展開(kāi)式將分布函數(shù)展開(kāi)，且對(duì)取值點(diǎn)附近的局部性質(zhì)考慮不足，計(jì)算產(chǎn)生的誤差較大；漸進(jìn)積分法需對(duì)基本變量概率密度函數(shù)進(jìn)行復(fù)雜的求導(dǎo)計(jì)算，工作量較大；隨機(jī)響應(yīng)面法需用到線性無(wú)關(guān)原則及概率配點(diǎn)法，計(jì)算過(guò)程繁瑣；Monte-Carlo法需進(jìn)行大量的隨機(jī)采樣，工作量較大[13]。Rosenbleuth1975年提出點(diǎn)估計(jì)法，求出隨機(jī)變量的均值和方差，即可確定狀態(tài)函數(shù)的均值和方差，進(jìn)而計(jì)算出相應(yīng)的可靠度指標(biāo)和失效概率。經(jīng)有關(guān)專家學(xué)者驗(yàn)證點(diǎn)估計(jì)法的計(jì)算結(jié)果與其他常用的方法較為吻合，是一種實(shí)用簡(jiǎn)便的可靠度計(jì)算方法。

對(duì)點(diǎn)估計(jì)法在通道施工可靠性分析中的應(yīng)用介紹如下，點(diǎn)估計(jì)法不必考慮分布函數(shù)的變化形態(tài)，直接取隨機(jī)變量的均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)構(gòu)建基本取值點(diǎn)，土體本構(gòu)關(guān)系采用Mohr-Coulomb模型，表達(dá)式為：

τ=c+σtanφ

(4)

式中，c為土體黏聚力(kPa);φ為土體內(nèi)摩擦角(°);τ為土體滑移面上的切應(yīng)力(kPa)；σ為土體滑移面上的正應(yīng)力(kPa)。

因此，c、φ值為影響通道施工可靠性的主要因素，構(gòu)建相應(yīng)的基本取值點(diǎn)為：

(5)

式中，μc為土體黏聚力平均值(kPa);μφ為土體內(nèi)摩擦角平均值(°);σc為土體黏聚力標(biāo)準(zhǔn)差(kPa);σφ為土體內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)差(°)。

當(dāng)通道圍巖為單一土層，進(jìn)行通道施工可靠性分析時(shí)，運(yùn)用有限元軟件建立數(shù)值分析模型，對(duì)施工方法m與土體黏聚力c、土體內(nèi)摩擦角φ的每一組合采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，確定相應(yīng)的安全系數(shù)Fs，如式(6)：

(6)

由公式(7)～(10)計(jì)算安全系數(shù)Fs的平均值μF、標(biāo)準(zhǔn)差σF、可靠度指標(biāo)β、失效概率Pf，之后對(duì)通道施工可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

(7)

(8)

β=(μF-1)/σF

(9)

Pf=1-Φ(β)

(10)

式中，Φ(x)表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，可查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表取值。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

南昌地鐵3號(hào)線鄧埠站1號(hào)出入口通道采用暗挖法施工，通道斷面形式為直墻拱頂，通道主體結(jié)構(gòu)覆土厚度約4.2 m。通道開(kāi)挖寬度為9.8 m，開(kāi)挖高度為5.9 m，開(kāi)挖長(zhǎng)度為23 m。通道施工范圍內(nèi)主要以軟弱土層為主，基底為砂土層。原地面至通道拱頂范圍內(nèi)依次為回填土和粉質(zhì)黏土，拱頂至通道結(jié)構(gòu)底板頂面范圍內(nèi)為粉質(zhì)黏土，通道結(jié)構(gòu)底板以下為砂土。暗挖通道結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)不存在地下水，地下水位埋深位于結(jié)構(gòu)底板以下約6 m。施工期間不考慮降水問(wèn)題，僅采取施工場(chǎng)地地面排水措施。圖1所示為暗挖通道范圍地層分布圖。

圖1 暗挖通道范圍地層分布圖(單位：m)Fig.1 Stratigraphic distribution map of the range of underground tunnel(unit: m)

2.2 模型參數(shù)選取

土體力學(xué)參數(shù)的選取對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果合理性有很大的影響，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料土工試驗(yàn)報(bào)告和工程設(shè)計(jì)資料確定模型參數(shù)如表1所示。初期支護(hù)與二次襯砌的力學(xué)參數(shù)均根據(jù)工程設(shè)計(jì)值，與工程實(shí)際保持一致。土體本構(gòu)關(guān)系采用摩爾-庫(kù)侖模型模擬，初期支護(hù)及二次襯砌采用彈性模型模擬。

表1 模型參數(shù)

2.3 數(shù)值分析模型建立與計(jì)算

根據(jù)圣維南原理，通道開(kāi)挖方向即縱向與實(shí)際尺寸一致，通道埋深與實(shí)際尺寸一致，通道左右和下方土體尺寸分別取通道開(kāi)挖寬度和開(kāi)挖高度的3倍。采用ABAQUS軟件對(duì)通道暗挖施工進(jìn)行數(shù)值模擬，首先建立橫向、縱向和豎向尺寸為68 m×23 m×27 m的土體模型，之后創(chuàng)建初期支護(hù)和二次襯砌部件，在裝配模塊中將土體、初期支護(hù)和二次襯砌裝配成一個(gè)整體，構(gòu)建真實(shí)的幾何及物理關(guān)系。創(chuàng)建相應(yīng)分析步，在接觸模塊中采用單元的激活和抑制功能模擬真實(shí)開(kāi)挖工序。在初始分析步中設(shè)置模型邊界條件，對(duì)整個(gè)模型施加重力載荷，對(duì)模型前后、左右及底部施加法向位移約束。劃分網(wǎng)格，提交作業(yè)計(jì)算。圖2所示為計(jì)算模型示意圖。

圖2 計(jì)算模型示意圖(單位：m)Fig.2 Schematic diagram of calculation model(unit: m)

實(shí)際工程地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)由通道中軸線正上方向左右兩側(cè)布置，總共布置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圖2中標(biāo)出。

計(jì)算工況分別為上下臺(tái)階法施工與交叉中隔壁法施工，上下臺(tái)階法施工將整個(gè)開(kāi)挖斷面分為上、下兩部分，開(kāi)挖步距為2 m，上臺(tái)階開(kāi)挖后立即施作初期支護(hù)和臨時(shí)仰拱封閉成環(huán)，開(kāi)挖下臺(tái)階時(shí)移除上部臨時(shí)仰拱，整個(gè)通道開(kāi)挖完成且初期支護(hù)施作完成之后進(jìn)行二次襯砌施工，工序示意圖如圖3(a)所示。交叉中隔壁法施工將整個(gè)斷面分為4部分開(kāi)挖，依次為左上導(dǎo)洞、左下導(dǎo)洞、右上導(dǎo)洞和右下導(dǎo)洞；開(kāi)挖步距為左上導(dǎo)洞與左下導(dǎo)洞保持4 m的安全施工距離，左下導(dǎo)洞與右上導(dǎo)洞保持4 m的安全施工距離，右下導(dǎo)洞與右上導(dǎo)洞保持4 m的安全施工距離。導(dǎo)洞開(kāi)挖進(jìn)尺2 m，每循環(huán)進(jìn)尺后立即施作初期支護(hù)封閉成環(huán)，按照施工步距循環(huán)進(jìn)尺開(kāi)挖，直至整個(gè)通道開(kāi)挖完成，拆除中隔壁，施作二次襯砌。工序示意圖如圖3(b)所示。數(shù)值計(jì)算完全模擬實(shí)際施工工序。

圖3 工序示意圖Fig.3 Schematic diagram of working procedure

3 結(jié)果與分析

3.1 通道施工數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1.1 上下臺(tái)階法施工分析

上下臺(tái)階法施工數(shù)值模擬結(jié)果顯示通道最大拱頂沉降值為7.5 cm，如圖4所示；通道最大地表沉降值為5.2 cm，如圖5所示；與規(guī)范控制值相比較顯然無(wú)法滿足要求。拱頂沉降規(guī)律與地表沉降一致，表現(xiàn)出通道正上方地表沉降最大，距通道正上方越遠(yuǎn)，受開(kāi)挖影響越小，地表沉降值呈逐漸減小趨勢(shì)。距離中軸線15 m左右，地表沉降值可忽略不計(jì)。

圖4 上下臺(tái)階法沉降云圖(單位：m)Fig.4 Settlement cloud map of up-down step method (unit: m)

圖5 上下臺(tái)階法地表沉降曲線Fig.5 Surface settlement curve of up-down step method

圍巖為軟弱土層時(shí)，不應(yīng)采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖隧道。城市地鐵隧道施工對(duì)地表沉降控制極為嚴(yán)格，由此應(yīng)采用其他暗挖工法，確保施工安全及地表沉降得到有力控制，交叉中隔壁法即為一種有效的施工方法。

3.1.2 交叉中隔壁法施工分析

交叉中隔壁法施工數(shù)值模擬結(jié)果顯示最大拱頂沉降值為3.2 cm，如圖6所示；最大地表沉降值為1.6 cm，如圖7所示；均在規(guī)范控制值以內(nèi)。最大拱頂沉降位于導(dǎo)洞3正上方拱頂處，最大地表沉降位于通道中軸線正上方偏右。地表沉降和拱頂沉降相較上下臺(tái)階法開(kāi)挖引起的沉降規(guī)律有一定差異。因此不同的施工方法對(duì)于地層的擾動(dòng)不一樣，但其整體地層沉降規(guī)律是相近的。交叉中隔壁法與上下臺(tái)階法地表沉降曲線對(duì)比如圖8所示，相較于上下臺(tái)階法施工，地表沉降得到有力控制。針對(duì)軟弱地層隧道暗挖施工應(yīng)采用短開(kāi)挖快封閉的施工方法，能夠最大限度地保證施工安全。

圖6 CRD法沉降云圖(單位：m)Fig.6 Settlement cloud map of CRD method(unit: m)

圖7 CRD法地表沉降曲線Fig.7 Surface settlement curve of CRD method

圖8 地表沉降曲線對(duì)比圖Fig.8 Surface settlement curve comparison

3.2 通道施工可靠性分析

3.2.1 無(wú)風(fēng)險(xiǎn)因素作用下通道交叉中隔壁法施工可靠性分析

上下臺(tái)階法開(kāi)挖無(wú)法滿足安全施工和控制地表沉降的要求，因此采用交叉中隔壁法進(jìn)行通道施工，并計(jì)算交叉中隔壁法施工可靠度，定量評(píng)價(jià)交叉中隔壁法施工的可靠性。鑒于土體力學(xué)參數(shù)存在一定的變異性，精確確定力學(xué)參數(shù)難以實(shí)現(xiàn)，而力學(xué)參數(shù)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果有著很大的影響。通過(guò)對(duì)工程地勘資料土工試驗(yàn)報(bào)告中給出的圍巖力學(xué)參數(shù)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行組合，在一定程度上能夠降低土體力學(xué)參數(shù)變異性的影響，使數(shù)值模擬結(jié)果更加接近實(shí)際。通道圍巖為粉質(zhì)黏土層，土工試驗(yàn)報(bào)告顯示其黏聚力平均值μc=37.7 kPa，內(nèi)摩擦角平均值μφ=18.85°，黏聚力標(biāo)準(zhǔn)差σc=2.13 kPa，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)差σφ=3.22°。根據(jù)公式(5)構(gòu)建力學(xué)參數(shù)取值為：

將黏聚力c與內(nèi)摩擦角φ進(jìn)行組合，其余力學(xué)參數(shù)保持不變。分別代入數(shù)值模型，采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算得到一組安全系數(shù)為：

此時(shí)，按照公式(7)～公式(10)，安全系數(shù)均值μF=1.358，標(biāo)準(zhǔn)差σF=0.122，可靠度指標(biāo)β=2.93，失效概率Pf=1-Φ(2.93)=0.17%，計(jì)算結(jié)果表明，通道是穩(wěn)定的，與3.1.2節(jié)的分析結(jié)果一致。拱頂沉降和地表沉降均在規(guī)范值以內(nèi)，不會(huì)有安全事故的發(fā)生。

3.2.2 風(fēng)險(xiǎn)因素作用下通道交叉中隔壁法施工可靠性分析

將黏聚力c與內(nèi)摩擦角φ進(jìn)行組合，其余力學(xué)參數(shù)根據(jù)表2取值，分別代入數(shù)值模型，采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算得到一組安全系數(shù)為：

表2 風(fēng)險(xiǎn)因素作用下的模型參數(shù)

按照公式(7)～公式(10)，安全系數(shù)均值μF=0.838，標(biāo)準(zhǔn)差σF=0.059，可靠度指標(biāo)β=-2.75，失效概率Pf=1-Φ(-2.75)=99.7%，計(jì)算結(jié)果表明，通道大概率無(wú)法滿足安全施工和沉降控制要求。由圖9和圖10也可以看出，必須在強(qiáng)降雨滲入導(dǎo)致土體強(qiáng)度降低時(shí)對(duì)通道上方土體進(jìn)行加固。

圖9 風(fēng)險(xiǎn)因素作用下CRD法沉降云圖(單位：m)Fig.9 Settlement cloud map of CRD method under the action of risk factors(unit: m)

圖10 風(fēng)險(xiǎn)因素作用下CRD法地表沉降曲線Fig.10 Surface settlement curve CRD method under the action of risk factors

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

通道暗挖工程以數(shù)值模擬結(jié)果作為重要參考并經(jīng)專家論證，采用交叉中隔壁法施工。圖11為通道暗挖工程施工完成后基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所繪制的地表沉降曲線。由圖11可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果中對(duì)應(yīng)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地表沉降規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的地表沉降規(guī)律一致?？紤]到巖土體力學(xué)參數(shù)的變異性、實(shí)際工程施工的復(fù)雜性和施工時(shí)空效應(yīng)等因素影響，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果差異不可避免。差異在合理值范圍內(nèi)，表明數(shù)值模擬結(jié)果是可靠的。通道暗挖工程采用交叉中隔壁法施工，保證施工安全的同時(shí)能夠有效控制地層沉降，交叉中隔壁法施工分析及無(wú)風(fēng)險(xiǎn)因素作用下通道交叉中隔壁法施工可靠性分析所得結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況一致。

圖11 數(shù)值模擬與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)地表沉降曲線對(duì)比圖Fig.11 Surface settlement curve comparison between numerical simulation and measured data

4 結(jié)論

1)軟弱圍巖條件下，上下臺(tái)階法無(wú)法滿足施工安全需要和地層沉降控制要求。通道暗挖采用交叉中隔壁法可確保施工安全和有效控制地層沉降，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的地層沉降規(guī)律一致，并且拱頂沉降及地表沉降均在規(guī)范限值以內(nèi)。通道暗挖施工重點(diǎn)加固通道開(kāi)挖面正上方土體可有效控制地層沉降，通道開(kāi)挖完成拆除臨時(shí)支護(hù)時(shí)須遵循分段拆除原則，確保施工安全。

2)針對(duì)無(wú)風(fēng)險(xiǎn)因素作用和風(fēng)險(xiǎn)因素最不利組合作用兩種情形下通道交叉中隔壁法施工，提出一種基于安全系數(shù)的施工可靠性定量評(píng)價(jià)方法。采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算相應(yīng)安全系數(shù)，之后采用點(diǎn)估計(jì)法計(jì)算施工可靠度，可正確評(píng)價(jià)通道暗挖工程實(shí)際施工的安全狀態(tài)。

3)通道暗挖施工中極端天氣風(fēng)險(xiǎn)必須加以關(guān)注，文中探討的強(qiáng)降雨入滲引起通道上覆土體力學(xué)參數(shù)降低，顯著影響施工可靠性，使得拱頂沉降值超過(guò)規(guī)范限值。值得注意的是通道施工在受降雨入滲作用下，圍巖位移特征點(diǎn)有顯著的變化，是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，通過(guò)及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和采取相應(yīng)技術(shù)措施可預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，保證施工安全。