中國公路隧道技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展——更加安全、快捷、環(huán)保、節(jié)約_ppt

1、中國公路隧道技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 更加安全、快捷、環(huán)保、節(jié)約xx（研究員、工學(xué)博士）劈山開道，破壞環(huán)境，邊坡失穩(wěn)漸成歷史逢山穿隧，保護環(huán)境，減少征地已成共識遇水架橋未必定義水下隧道多種選擇咱們共同討論我國公路隧道建設(shè)基本情況2 環(huán)保型隧道建設(shè)技術(shù)研究與實踐3 隧道監(jiān)控量測及圍巖分級技術(shù)創(chuàng)新11、我國公路隧道建設(shè)基本情況 二十多年來，中國公路建設(shè)蓬勃發(fā)展。截至2007年底，我國公路及隧道建設(shè)規(guī)模如下表所示：1 我國公路隧道建設(shè)基本情況總里程同比增長公路358.37萬公里 3.67%等級公路 253.54萬公里 11.06%高速公路 5.39萬公里 18.06%隧道2555.5公里38.75%4673

2、座23.36%隧道同比公路同比公路，向大山延伸環(huán)保，正深入人心用地，將更加節(jié)約表明:我國大陸特長公路隧道No.隧道名長度(m)位置車道通風(fēng)方式1秦嶺終南山隧道 18020陝西223豎井分段縱向式 2大坪里隧道 12290甘肅222豎井分段縱向式 3包家山隧道11500陝西223斜井分段縱向式4寶塔山隧道10391山西2x2豎斜井送排式縱向通風(fēng)5泥巴山隧道9985四川2x2斜井+豎井分段縱向式6麻崖子隧道9000甘肅2x2斜豎井送排+射流風(fēng)機縱向7龍?zhí)端淼?700湖北22立坑送排+射流風(fēng)機縱向式8米溪梁隧道7923 陜西22左(右)洞單井送排式通風(fēng)9括蒼山隧道7930浙江22縱向式+半橫流式(排

3、煙)10方斗山隧道7581 重慶222座斜井送排式縱向通風(fēng)1 我國公路山嶺隧道建設(shè)情況No.隧道名長度(m)位置車道通風(fēng)方式1廈門海底隧道(鉆爆)5960福建32豎井送排+射流風(fēng)機縱向式2上海長江隧道(盾構(gòu)）8955上海32橫向式3武漢長江隧道(盾構(gòu))3630湖北22橫向式4上中路隧道（盾構(gòu)）2800上海22橫向式（雙層雙向 ）5復(fù)興東路隧道 盾構(gòu)）2785上海32橫向式（雙層雙向 ）6南京玄武湖隧道(盾構(gòu))2660南京327大連路隧道(盾構(gòu))2566上海22橫向式8外環(huán)越江隧道(沉管)2882上海42縱向式9珠江隧道(沉管)1238廣東3+3縱向式（道路、鐵道并用）10寧波常洪隧道(沉管)1

4、053浙江21縱向式我國主要水下公路隧道1 我國公路隧道建設(shè)基本情況No.隧道名長度(m)位置車道數(shù)x隧道洞數(shù)1白鶴嘴隧道1240重慶4x22龍頭山隧道1020廣東423萬石山隧道1170福建 最寬處25.89m的地下立交4大閣山隧道496貴州415金州隧道521遼寧416雅寶隧道260廣東427金雞山隧道200福建42(連拱)8羅漢山隧道300福建42(連拱)9魁岐隧道1596.1福建最寬處27. 42 m的地下立交我國大跨徑公路隧道1 我國公路隧道建設(shè)基本情況公路隧道標準斷面1 我國公路隧道建設(shè)基本情況2車道 A=65m2高寬比=0.673車道 A=96m2高寬比=0.54 4車道 A=1

5、36m2高寬比=0.48連拱隧道小凈距隧道1 我國公路隧道建設(shè)基本情況3車道隧道（深圳大梅沙）連拱隧道(南峰)小凈距隧道（福建聯(lián)南）雙洞8車道隧道（深圳雅寶）秦嶺北口1 我國公路隧道建設(shè)基本情況 秦嶺終南山隧道位于國家高速公路網(wǎng)包-茂線陜西境內(nèi)，是世界建設(shè)規(guī)模最大的高速公路隧道(長218.02km)，最大埋深超過1700m。于2007年1月試通車為通風(fēng)與防災(zāi)，采取豎井送排式縱向通風(fēng)方式，設(shè)置三座換風(fēng)豎井及地下機房，豎井直徑為11.5m，井深661m。通風(fēng)主要按照正常運營和火災(zāi)工況下需風(fēng)量設(shè)計。交通量按2025年交通量N=25849輛/日，2035交通量N=45000輛/日； 為了降低駕駛員長時

6、間在隧道內(nèi)行駛的疲勞，每座隧道洞內(nèi)共設(shè)三處特殊照明帶，每處特殊照明區(qū)段長150m，寬20.9m(隧道標準寬:10.5 m)，高11.9m (隧道標準高:7.6m)。1 我國公路隧道建設(shè)基本情況1 我國公路隧道建設(shè)基本情況 秦嶺，是黃河與長江兩大水系的分水嶺；終南山隧道，打通了這一天然屏障，實現(xiàn)了南北交通，其意義重大，令國人驕傲。其工程浩大、技術(shù)復(fù)雜，令國際注目。2007年10月，出席全國公路隧道學(xué)術(shù)大會的220多位隧道工作者在考察該隧道后，稱它為“人類文明的偉大作品 世界交通的重大工程”。南側(cè)業(yè) 主 單 位：陜西秦嶺終南山公路隧道有限公司主要設(shè)計單位：中鐵第一勘察設(shè)計院 重慶交通科研設(shè)計院主要

7、施工單位：中鐵一局、五局、十二局、十八局 等主要科研單位：陜西省公路局 重慶交通科研設(shè)計院 長安大學(xué) 西南交通大學(xué) 等秦嶺終南山隧道采用了當今山嶺隧道建設(shè)的最新技術(shù),是全世界工程技術(shù)人員智慧的結(jié)晶廈門翔安隧道地質(zhì)縱剖面圖1 我國公路隧道建設(shè)基本情況 廈門翔安隧道我國第一座鉆爆法開挖的六車道海底公路隧道，工程中遇到大量軟弱地層和風(fēng)化槽(囊)，采取了超前預(yù)注漿加固、CRD、雙側(cè)壁導(dǎo)坑等多種工法，目前工程進展較為順利。 隧道長 5960 m。為通風(fēng)與防災(zāi)，采取豎井送排式縱向通風(fēng)方式，在淺海區(qū)域設(shè)置二座換風(fēng)豎井。主隧道換風(fēng)豎井避難通道服務(wù)隧道排風(fēng)道排煙道1 我國公路隧道建設(shè)基本情況廈門翔安隧道主要構(gòu)成

8、示意圖1 我國公路隧道建設(shè)基本情況進口隧道由地表軟弱地層逐步進入海底主隧道服務(wù)隧道隧道進口采用CRD工法控制圍巖變形1 我國公路隧道建設(shè)基本情況1 我國公路隧道建設(shè)基本情況主隧道洞身采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖和支護業(yè)主單位：廈門路橋有限公司設(shè)計單位：中交第二公路勘察設(shè)計院 重慶交通科研設(shè)計院施工單位：中鐵隧道局、十八局、 中鐵一局、二十二局 等科研單位：北京交通大學(xué) 等 廈門萬石山地下立交隧道為目前我國第一座大型暗挖地下互通式立交，既有平面分岔結(jié)構(gòu)，又有上下交叉結(jié)構(gòu)。1 我國公路隧道建設(shè)基本情況大跨結(jié)構(gòu)段寬25.8m連拱段為不對稱結(jié)構(gòu)小凈距段中夾巖1.42m 匝道匯合處的大跨隧道的斷面 沒有采用常規(guī)

9、的喇叭口式漸變結(jié)構(gòu)，而是以一側(cè)邊墻為基準，采用單側(cè)分段擴大的結(jié)構(gòu)型式，并逐漸過渡至連拱隧道和小凈距隧道，最后過渡至正常的分離式隧道。1 我國公路隧道建設(shè)基本情況隧道立交處施工方法先開挖上行隧道至設(shè)計開挖線，施作完成初期支護，再開挖隧道下穿段，澆注下穿隧道二次襯砌，設(shè)防水板并回填后，最后澆注上行隧道邊梁及二次襯砌。1 我國公路隧道建設(shè)基本情況業(yè)主單位：廈門路橋有限公司設(shè)計單位：重慶交通科研設(shè)計院施工單位：中鐵隧道局 等 上海崇明長江隧道上海長江隧橋工程全長25.5km，為六車道高速公路，采用“南隧北橋”方案，是世界上最大的隧橋結(jié)合工程之一，南側(cè)長江隧道長28955m。長江大橋1 我國公路隧道建設(shè)

10、基本情況 上海長江盾構(gòu)隧道直徑為15m，內(nèi)徑13.7m，盾構(gòu)隧道段長7.47Km，是世界上最大直徑的盾構(gòu)隧道，也是世界上最長的水底隧道之一 。 隧道內(nèi)上部為公路，下部為軌道和避難通道。1 我國公路隧道建設(shè)基本情況1 我國公路隧道建設(shè)基本情況上海長江盾構(gòu)隧道進口1 我國公路隧道建設(shè)基本情況養(yǎng)生中的盾構(gòu)管片施工中的上海長江隧道22、環(huán)保型隧道建設(shè)技術(shù)研究與實踐前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用Advanced tunnel entrance construction method and the application蔣 樹 屏重慶交通科研設(shè)計院 常務(wù)副院長兼總工程師交通部專家委員會委員、博士、博士生導(dǎo)師

11、中國公路學(xué)會隧道工程分會理事長中國土木工程學(xué)會隧道與地下分會副理事長1 問題的提出規(guī)范：7.1.2 隧道應(yīng)遵循“早進洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定。7.1.4 洞門設(shè)計應(yīng)與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。 保證隧道洞口山體穩(wěn)定保護隧道洞口自然環(huán)境2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用7.2.1 洞口的邊坡及仰坡必須保證穩(wěn)定。有條件時，應(yīng)貼壁進洞；條件限制時，邊坡及仰坡的設(shè)計開挖最大高度可按表7.2.1控制。 表7.2.1 洞口邊、仰坡控制高度注：設(shè)計開挖高度系從路基邊緣算起。 圍巖分級IV邊、仰坡率貼壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.25L:1.

12、5高度(m)15202520251518201518普通施工法、坑口付土被最小23程度確保。日本道路公團隧道設(shè)計要領(lǐng)： 2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用兩洞間的土埂被挖切“土埂”部壁2 采用傳統(tǒng)施工方法的設(shè)計與施工2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用20m以上采用傳統(tǒng)施工方法的設(shè)計與施工實 例2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用兩洞間的土埂被挖切2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用普通施工法、坑口付土被最小23程度確保。傳統(tǒng)拉槽2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用噴射混凝土m實際工程情況2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用保留兩洞間的土埂 3 采用 “前置式洞口工法

13、”的設(shè)計與施工2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用前置式洞口工法原理圖2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用右洞施工槽開挖前置式洞口工法原理右洞施工槽噴錨支護右洞前置支護鋼拱架架立右洞前置支護砼澆注右洞回填左洞施工槽開挖左洞施工槽噴錨支護左洞前置支護鋼拱架架立左洞前置支護砼澆注左洞回填左洞前置支護內(nèi)開挖右洞襯砌左洞襯砌力學(xué)模型建立及有限元網(wǎng)格劃分 橫向范圍（X方向）：分別以左、右隧道中心軸線向左、右延伸42m，總的水平計算范圍為122m； 隧道縱向范圍（Y方向）：以面向隧道洞內(nèi)方向為正向，自前置式支護起點向洞內(nèi)延伸70m； 豎向（Z方向）：上取至原地面線頂部，按地表標高資料布線，向下取至隧道中心水平軸以下4

14、0m。 地表土層厚約2.3m，以下為強風(fēng)化灰?guī)r厚約5.5m，再以下為弱風(fēng)化灰?guī)r。前置式洞口支護結(jié)構(gòu)為鋼拱架澆注混凝土厚度30cm，施工槽側(cè)面、正面（1015cm）及洞內(nèi)支護結(jié)構(gòu)（20cm）為噴錨支護。 4 洞口巖體力學(xué)狀態(tài)三維數(shù)值模擬與比較分析2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用荷載：自重。單元劃分：巖土采用三角錐四節(jié)點實體單元模擬、錨桿采用植入式桁架單元、工字鋼采用梁單元、噴射混凝土采用板單元分別進行模擬，巖土體采用彈塑性分析，選用D-P模型，屈服面采用摩爾-庫侖等面積圓。邊界條件：計算模型的左、右邊界只有橫向約束（X方向），隧道前后邊界只縱向約束（Y方向），上部為自由面，下部只有豎直方向約束（Z

15、方向）。傳統(tǒng)工法洞口模型共劃分154740個單元，前置式洞口工法模型共劃分160349個單元。 2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用彈性模量E泊松比厚度容重粘結(jié)力c內(nèi)摩擦角土層10MPa0.352.3m1700KG/m310KPa19.86強風(fēng)化灰?guī)r0.5GPa0.35.5m2200KG/m350KPa30弱風(fēng)化灰?guī)r5GPa0.252500KG/m31.2MPa38錨桿彈性模量E長度半徑r210GPa3.5m11mm洞內(nèi)噴射砼彈性模量E泊松比厚度20GPa0.1670.3m鋼拱架噴射砼折算彈性模量E泊松比厚度35.6GPa0.1670.3m邊仰坡噴砼彈性模量E泊松比厚度20GPa0.1670.15m

16、2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用傳統(tǒng)施工方法的模型“前置式洞口工法”的模型2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用傳統(tǒng)施工方法的位移 Y方向位移比較“前置式洞口工法”的位移2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用采用不同工法進行洞口開挖施工引起的位移值施工方法Y方向位移（DY mm）Z方向位移（DZ mm）DY6mm的單元占有率（%）DZ3mm的單元占有率（%）傳統(tǒng)工法-8.70.18-3.62.325.4 %3.7%前置式洞口工法單洞開挖-7.70-3.51.75.6%0.8%前置式洞口工法雙洞開挖-7.80-3.51.99%0.8%2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用 應(yīng)力場的比較 傳統(tǒng)工法仰坡面處出現(xiàn)的拉應(yīng)力區(qū)域，

17、在前置式洞口工法保留的中間土埂的支撐作用下，顯然已經(jīng)消失了，因此在施工過程中為防止仰坡失穩(wěn)，前置式洞口工法所需要的支護參數(shù)也遠小于傳統(tǒng)工法。施工方法最大拉應(yīng)力（KPa）最大壓應(yīng)力（KPa）拉應(yīng)力 10KPa 的單元占有率（%）傳統(tǒng)工法481.63.7%前置式洞口工法371.30.20.3%2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用5 前置式洞口工法的施工過程三維數(shù)值模擬 主要包括洞口段27個施工步驟： 第1步，進行自重應(yīng)力場計算； 第2步，左隧道施工槽開挖； 第3步，左隧道邊仰坡錨噴支護； 第4步，左隧道前置支護施工； 第5步，左隧道洞口回填； 第6步，左隧道前置支護內(nèi)開挖； 第711步，右隧道洞口施工（

18、同左隧道第26步）； 第1219步，左隧道暗洞內(nèi)開挖、支護，共施工暗洞8m ； 第2027步，右隧道施工（同左隧道第1219步施工） 。 2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用 前置式洞口工法施工過程有限元，共分202391個單元。2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用 位移場 拱頂沉降（豎向位移DZ） 從計算結(jié)果中可以看出，拱頂沉降值不大，暗洞拱頂最大值不超過6mm，前置支護最外端拱頂最大值1.94cm。拱頂位置沉降量最大，而拱頂兩側(cè)沉降量相對較小。前置支護最外端拱頂沉降約2cm，自前置支護施作完成時就已發(fā)生，說明該沉降主要由結(jié)構(gòu)自重引起，受暗洞施工影響很??；前置支護與暗洞交界處拱頂沉降值不超過6mm，遠小

19、于外端拱頂沉降，說明洞口暗洞段豎向荷載很小，水平荷載對前置支護結(jié)構(gòu)的約束作用明顯，因此前置支護結(jié)構(gòu)施作后應(yīng)盡快進行回填。2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用拱頂沉降位移分布及其隨施工過程變化2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用 縱向（Y方向）位移 前置支護施工槽開挖仰坡頂面處縱向位移最大約9mm，洞口前置支護施工槽兩側(cè)處及兩洞之間縱向位移均不超過5mm，說明前置支護結(jié)構(gòu)及兩洞間土體對洞口山體起到了非常明顯的支撐作用。前置支護最外端拱頂縱向位移隨施工過程逐步減小，但位移量變化不大，說明仰坡面山體的縱向下推力很小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用 巖體應(yīng)力場 隧道明、暗洞交界處（Y=-8m）斷面應(yīng)

20、力隨施工過程變化情況模擬結(jié)果表明，洞口前置式支護回填后未進行支護內(nèi)開挖時，在支護拱腰部位回填土體較大范圍內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，且最大拉應(yīng)力值超過10KPa；自前置支護內(nèi)土體開挖后，最大拉應(yīng)力值降至10KPa以內(nèi)，直至暗洞施工支護4m，拱腰部回填土拉應(yīng)力值及拉應(yīng)力區(qū)域均逐步減小為0；進入暗洞4m后，后續(xù)施工對該斷面的應(yīng)力及位移幾乎沒有影響。同時，在前置支護拱部回填土邊緣始終處于010KPa的拉應(yīng)力狀態(tài)，其余部位均處于壓應(yīng)力狀態(tài)（圖ai ）。2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用第4步，左隧道前置支護施工第5步，左隧道前置支護回填第6步，左隧道前置支護內(nèi)開挖第12步，左隧道暗洞開挖2m第13步，左隧道暗洞支護2

21、m第14步，左隧道暗洞開挖4m第15步，左隧道暗洞支護4m第16步，左隧道暗洞開挖6m第18步，左隧道暗洞開挖8m 前置支護與暗洞支護應(yīng)力 前置支護最外端拱頂內(nèi)側(cè)出現(xiàn)最大拉應(yīng)力約3.0MPa，其余大部分拱部位置拉應(yīng)力值在1.42.2MPa之間；壓應(yīng)力最大值為4.8MPa，出現(xiàn)在起拱線部位內(nèi)側(cè)；待前置支護回填后，最大支護拉、壓應(yīng)力均有所降低，分別為2.7MPa和4.3MPa；此后的暗洞施工對支護應(yīng)力影響很小，其最大拉、壓應(yīng)力分別穩(wěn)定在2.7MPa和4.4MPa。2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用前置式支護施工后前支護應(yīng)力分布圖回填后支護應(yīng)力分布圖暗洞開挖支護2m時支護應(yīng)力分布圖暗洞開挖支護8m時支護

22、應(yīng)力分布圖6 隧道洞口穩(wěn)定監(jiān)控量測 在老山1號隧道出口前置洞口施工中，在洞口邊仰坡開挖時及前置支護施工時埋設(shè)測樁、應(yīng)力計、鋼筋計、錨桿軸力計、多點位移計等傳感器，通過監(jiān)測兩側(cè)邊坡及仰坡相對變形，錨桿軸力，混凝土內(nèi)應(yīng)力和型鋼拱軸力，了解邊坡的穩(wěn)定性和前置支護的安全性。 測點布置形式如下圖。 量測點布置情況現(xiàn)場計測前置坑口安定性調(diào)（1號出口） 。計測結(jié)果次通。地中変位0.8mm以下軸力10KN基礎(chǔ)內(nèi)力1MPa以下工沈下量10mm以下內(nèi)空変位2mm以下鋼內(nèi)力60KN 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比監(jiān)測項目監(jiān)測值數(shù)值模擬值拱頂沉降（mm）106周邊收斂（mm）41混凝土內(nèi)部應(yīng)力（MPa）-0.8-1.

23、3鋼支撐內(nèi)力（KN）60支護基底應(yīng)力（MPa）0.10.55錨桿軸力（KN）8.58邊坡圍巖內(nèi)部位移（mm）0.80.82現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比列表7.設(shè)計2 前置式洞口工法的開發(fā)與應(yīng)用8 前置式洞口工法的實施效果2060cm完成完成噴射混凝土m實際工程情況完成 減少邊仰坡開挖面積2362m2，減少洞口土石方工程數(shù)量6480m3，少砍伐老山樹木1575棵 ，原生灌木7086株。 首次開發(fā)了公路隧道前置式洞口工法，并對傳統(tǒng)施工方法與前置式洞口工法進行了數(shù)值模擬分析，通過對兩種施工方法所產(chǎn)生的位移場、應(yīng)力場與穩(wěn)定性等的綜合比較，為前置式洞口工法在環(huán)保及洞口仰坡穩(wěn)定方面的優(yōu)越性提供了理論依據(jù)

24、。 通過前置式洞口工法施工過程三維數(shù)值模擬與現(xiàn)場量測，提出了前置式洞口工法的合理施工步序、施工關(guān)鍵點及工程措施，并在依托工程中實施，獲得成功。9 歸納與創(chuàng)新33、隧道監(jiān)控量測及圍巖分級技術(shù)創(chuàng)新隧道圍巖坍塌具有隨機性 模糊性 不可預(yù)見性隧道開挖 圍巖松動 圍巖坍塌 加固處治怎樣預(yù)測，合理開挖，防止坍塌？現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)經(jīng)驗判斷隧道圍巖穩(wěn)定分析及處治的技術(shù)路線隧道支護、襯砌設(shè)計隧 道 開 挖 施 工圍巖支護變形監(jiān)測 內(nèi)空收斂量 拱頂下沉量 錨 桿 軸 力 錨桿拉拔力 襯 砌 應(yīng) 力 地表下沉量 鋼支撐應(yīng)力 非確定性反分析基于擴張卡爾曼濾波器 與有限元法耦合算法 （-FEM）的反分析最終初

25、始應(yīng)力參數(shù)的 預(yù)測方法隧道圍巖塑性區(qū)估計 歷時變化 預(yù)測圍巖體坍塌 修正開挖方案修正支護結(jié)構(gòu)參數(shù)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)2.量測方法與工具問題2345671現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)監(jiān)測的項目、頻率選擇項目、采集數(shù)據(jù)頻率現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)A型量測斷面測點位置 （選測項目）現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)隧道邊墻部收斂量測圍巖內(nèi)部位移的量測現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)圍巖與噴射混凝土間接觸壓力壓力盒、應(yīng)力計、鋼支撐應(yīng)力計、埋設(shè)錨桿軸力計埋設(shè)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集課題組科研人員在施工現(xiàn)場現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).量測數(shù)據(jù)管理 監(jiān)控量測過程中，采集到大量數(shù)據(jù)，需要對這些數(shù)據(jù)進行管

26、理和分析。平臺 基于VB和VC語言進行開發(fā)。特點 能夠方便地輸入現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)以及時掌子面距離等工程情況數(shù)據(jù)。能查詢、添加、修改、刪除數(shù)據(jù)，能生成應(yīng)力、變形的時間、空間效應(yīng)曲線，幫助圍巖分析?，F(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理界面現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).量測結(jié)果的分析問題現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)LK77+

27、866斷面圍巖變形圖現(xiàn)場量測與量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)隧道開挖.反分析數(shù)值計算問題 隧道地層中存在大量的不確定性地質(zhì)信息： 材料性質(zhì)的不確定性 本構(gòu)模型的不確定性總體思路思想基礎(chǔ) 圍巖變形是必然的，但變形多少則是隨機的； 圍巖變形過程是一種隨機過程； 圍巖初始應(yīng)力和材料彈模等參數(shù)（發(fā)射信號）與圍巖變形觀測量（接受信號）之間關(guān)系是一個隨機系統(tǒng)。捕獲圍巖非確定性動態(tài)過程，就能揭示地下工程開挖中圍巖體動態(tài)的真實?；臼址?現(xiàn)代最優(yōu)控制估計理論之一的卡爾曼濾波器，具有修正-預(yù)測，吐故納新，不斷產(chǎn)生待估參數(shù)濾波新息之功能；有限元分析具有迭代計算功能，并能反映整個圍巖場域問題。采用卡爾曼濾波器與有限元分析相結(jié)合，

28、建立擴張卡爾曼濾波器有限元法設(shè)計模型可以解決非確定性動態(tài)問題。非確定性反分析卡爾曼濾波器 卡爾曼濾波器是現(xiàn)代控制理論的重要內(nèi)容。 濾波的類型 Wiener恒定時序列、無限時間觀測 Kalman，Bucy采用狀態(tài)空間法、正交投影理論， 提出新的濾波算法、有限時間觀測 卡爾曼濾波器的理論基礎(chǔ) 馬爾科夫型隨機過程 馬爾科夫-高斯聯(lián)合概率分布 貝葉斯最優(yōu)估計非確定性反分析 卡爾曼濾波器的類型 連續(xù)時間濾波器 離散時間濾波器 卡爾曼濾波器的特點 修正推優(yōu)預(yù)測 卡爾曼濾波器的應(yīng)用 宇宙工程、 控制工程、 通訊工程、 土木工程、 .理論曲線實際飛行曲線非確定性反分析圍 巖 初 期 位 移 量 測 結(jié) 果非

29、確 定 性 反 演 計 算臨時初始應(yīng)力及材料彈性模量預(yù) 測 計 算 分 析圍巖最終初始應(yīng)力及材料彈性模量正 演 計 算最終位移狀態(tài)最大剪應(yīng)變分布圍巖穩(wěn)定分析、坍塌預(yù)測工程預(yù)防措施(支護形式與開挖步驟等)非確定性反分析初始條件：1.輸入T0 時刻的觀測位移量 Z j 2.確定性反分析計算(考慮初始應(yīng)變0作用) 3.設(shè)定初始估計誤差協(xié)方差 P0 (t0)、觀測次數(shù)KAI濾波次ITT=1序貫數(shù)J=1F E M 計算狀態(tài)量的向量函數(shù) 影響系數(shù)法計算觀測矩陣計算卡爾曼濾波增益矩陣計算增益預(yù)測殘差、圍巖狀態(tài)新息量計算估計誤差協(xié)方差矩陣J IRTF E M 順 解 析 隧道圍巖全域(u、max)ITT 及 塑性區(qū)估計輸入序貫數(shù)J=J+1的觀測分量ITT KAI結(jié) 束輸入濾波次ITT+1的觀測量 z(ITT+1)設(shè)計觀測噪音協(xié)方差矩陣 RITT(jj)U-D協(xié)方差分解算法非確定性反分析開挖后 第 2 天第 4 天第 5 天第 10 天第 15 天第 20 天第 25 天第 30 天第 35 天第 4