蘭州地鐵盾構(gòu)隧道隨機(jī)力學(xué)特征研究.pdf

1、通常，對隧道穩(wěn)定性的研究計算都建立在確定性分析基礎(chǔ)上，然而，地鐵盾構(gòu)隧道所處的工程地質(zhì)環(huán)境甚為復(fù)雜，巖土土性參數(shù)和邊界條件等因素存在著很大的隨機(jī)性、變異性，傳統(tǒng)的設(shè)計、計算方法無法反映這些不確定因素，因此采用以概率與數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可靠度理論對盾構(gòu)隧道進(jìn)行可靠性、靈敏度分析具有重要的意義。
　　為了解蘭州地鐵盾構(gòu)隧道施工期間結(jié)構(gòu)的可靠度，確定影響隧道結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素，本文基于隨機(jī)有限元工程結(jié)構(gòu)可靠度理論及計算方法，以蘭州地

2、鐵盾構(gòu)隧道為依托，考慮了材料性能參數(shù)、隧道埋深、結(jié)構(gòu)尺寸、荷載等因素的不確定性，在參考相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，確定了各隨機(jī)變量的概率統(tǒng)計特征，運(yùn)用ANSYS有限元軟件建立了三維隨機(jī)有限元模型，在確定性分析的基礎(chǔ)上，建立了極限狀態(tài)方程，采用蒙特卡羅拉丁超立方抽樣法，對蘭州地鐵盾構(gòu)隧道施工過程中管片襯砌的最大應(yīng)力、最大變形，沿隧道軸向地表沉降最大值、隆起最大值，掘進(jìn)面上方地表沉降最大值、隆起最大值的可靠度、靈敏度進(jìn)行了定量計算。通過對計算結(jié)果

3、的分析得到了以下結(jié)論：
　　(1)隨機(jī)變量直方圖擬合曲線均比較光滑，符合預(yù)設(shè)的概率分布特征，抽樣數(shù)據(jù)各個子序列均有數(shù)據(jù)且無較大間隙，表明本次可靠度計算循環(huán)次數(shù)足夠，抽樣有效。
　　(2)通過對盾構(gòu)隧道可靠度進(jìn)行計算分析，得到本段盾構(gòu)隧道施工過程中管片襯砌最大應(yīng)力的可靠度為95％，管片襯砌最大變形小于3.7mm的可靠度為96.29%，失效概率為3.71%，地表隆沉的可靠度均為95%，地表隆沉值均在允許值的范圍之內(nèi)。因此，本段盾

4、構(gòu)隧道施工期間整體安全可靠。
　　(3)通過盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)可靠性靈敏度分析，將隨機(jī)輸入變量對各結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度進(jìn)行排序，從而確定影響各結(jié)構(gòu)響應(yīng)可靠度的主要隨機(jī)變量，針對可控因素，合理確定提高結(jié)構(gòu)可靠度的措施。
　　(4)通過對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)可靠性靈敏度計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，圍巖、管片等材料參數(shù)比結(jié)構(gòu)尺寸等因素對隧道結(jié)構(gòu)可靠度的影響要顯著，隧道埋深對地表隆起的最大值有較大影響，施工荷載的不確定性對隧道結(jié)構(gòu)可靠度的影響不大。