城市化起步较早的发达国家较早便开始了地下交通基础设施建设,积累了丰富的工程经验,并在此基础上较早开始研究隧道施工的安全风险管理。自20世纪70年代以来,风险管理学科发展迅速,层次分析法、敏感性分析法、模糊综合评价法等方法在建筑工程领域得到了广泛应用,在工程项目风险的评价上发挥了积极作用,日益成为工程管理领域不可或缺的一部分。
Sousa和Einstein基于贝叶斯网络,提出了一种系统评估和管理隧道施工相关风险的方法,建立了综合地质预测—施工决策模型,并将其应用到葡萄牙地铁工程的施工中。
Einstein等将风险分析和决策应用于斜坡设计和隧道掘进等岩土工程应用领域,并针对阿德勒铁路隧道提出了隧道风险分析的方法。
Hyun等讨论了盾构隧道掘进方法在施工期间发生不良事件的潜在风险,采用故障树分析和层次分析法进行风险分析,同时考虑风险的概率和影响,系统地评估整体风险水平。
陈亮等建立了盾构隧道施工风险数据库,系统归类总结了盾构施工中常见的风险事故、风险源及相应的控制措施,开发风险管理软件,让数据库服务于风险识别、风险评估和决策的各个环节。
侯艳娟等在隧道开挖对建筑物影响研究的基础上,对影响区域范围内的建筑物进行分类整理,并引入了模糊数学综合评判法,用模糊语言评价建筑物的风险程度。
安永林建立了考虑人员、设备和环境的隧道风险评价模型,以结构物等变形监测为基础,建立风险监测与预警体系。
赵冬安应用模糊故障树分析法,对盾构施工过程中的管片错台、开裂等问题开展分析,并采用基于贝叶斯网络的故障树分析法,分析了地铁车站基坑工程的风险。
黄洪伟系统总结了地铁项目的风险识别与评价方法,构建了项目评价的一级、二级指标,采用网络分析法构建了地铁项目的风险评价模型。
目前,有关隧道施工影响地表建筑物的研究主要分为两种。第一种是两阶段分析法,第一阶段分析隧道开挖引起地表的沉降与水平变形;第二阶段分析建筑物受地表变形的影响。这种方法计算较为简便,但忽略了建筑物与地表沉降之间的相互关系,即建筑物的存在对地表沉降本身也会造成影响。第二种是整体分析法,将隧道、土层和建筑物视作一个整体进行分析。这种分析方法更加接近实际,但计算较为复杂,适合利用有限元软件进行求解。
Mrouch等建立了隧道施工的三维有限元模型,分析考虑了隧道施工过程中既有地表建筑物的影响,认为建筑物的自重和刚度对隧道开挖的影响不可忽视。
Cording等将隧道施工对建筑物的损害分为结构性损害和表观性损害,分析隧道施工对建筑的不同损害程度。
Hergarde等采用离心模型试验方法研究了隧道施工对端承桩的影响,隧道与既有桩基础水平间距的大小将影响桩基础沉降及其承载力。
Jacobsz等通过离心模型试验研究了隧道施工引起的桩基(单桩、群桩)作用机理,给出了桩基可能受到影响的区域划分,以及在既有邻近桩基存在下的隧道施工建议。
Chiang等基于一系列饱和砂土中的离心试验,对隧道与钻孔灌注桩在沙地中的相互作用进行了深入分析,研究了不同桩长和不同隧道埋深下隧道施工与桩基的相互作用,确定了长桩和中长桩的荷载传递机理。
Morton等通过室内模型试验研究了软弱土地层中隧道开挖对邻近桩基沉降和承载力的影响,得出了有关土壤膨胀破坏和潜在桩基破坏区(取决于隧道体积损失情况)的结论。
韩雪峰等针对地铁浅埋暗挖隧道施工问题,对地表建筑物的沉降开展分析,并提出了相应的控制措施。
王晖等在分析地表不均匀沉降对建筑物地基和上部结构影响的基础上,分析了不均匀沉降种类及数值对上部结构内力与变形的影响。
上述专家学者针对既有桩基条件下隧道施工引起的地层变形做了大量研究工作,取得了相应的研究成果。以往的模型试验大多是采用预埋监测仪器的方法来对隧道开挖过程中地层的变形沉降进行监测,这在试验过程中就不可避免地对试验结果造成了一定的干扰。本书通过室内缩尺模型试验模拟,研究城市暗挖隧道分步施工条件下,不同桩基长度对地层变形的影响,将PIV技术、激光散斑技术、图像互相关处理技术相结合,实现了模型试验的全场无接触式测量,分析了不同桩基长度下,隧道开挖过程中周围土体内部的移动规律趋势。
隧道工程中最常采用的掘进工法就是钻爆法,它具有应用成熟、快捷、经济的优点。但是,爆破会产生震动效应,将对爆破点邻近环境造成一定的安全影响。尤其是遇到地表建筑分布密集、结构类型复杂的城区隧道工程,会严重影响施工进度。据此,分析爆破施工作业下建筑物振动响应规律具有重要的实际意义。从20世纪20年代起,海内外学者就开展了相关研究,具体如下所述。
ZHOU认为评价结构破坏的最好标准是选用质点的振动加速度值,其深入研究了质点振速与动态拉应力的关系后,利用衬砌材料的动态拉应力破坏准则提出了动态拉应力判据。
祝文化针对爆区附近存有厂房结构建筑物的实际工况,对厂房进行了非线性时程分析。研究结果表明:建筑物上质点建筑物的高度对质点振动强度和质点振动位移有显著的放大效应,并且质点振动强度的放大效应要比质点振动位移的放大效应强,同时给出了由高度差产生的高程放大系数。
田运生运用反应谱理论,给出了邻近爆区民房的房屋剪力和爆破水平地震力的计算公式。
高富强对四层建筑物进行了不同震动强度、主频的动力响应特性分析,得到了爆破地震波的主频和结构的固有频率相差越小,结构的振动幅值就会越大的结构。
吴德伦归纳总结了海内外爆破振动强度和安全振动速度的研究结果,建议性地给出了相关的爆破振动安全速度控制值。
陈士海等从爆破地震波三要素的角度,对一个典型的二层两跨砌体结构进行损伤和动力响应的研究,证明了结构在高阶振动模态对应的频率中存在一个危险的频率段。
罗忆归纳总结了爆破振动破坏机理的进展与研究现状,并与国外相关的控制标准进行了对比分析,列出了以前爆破振动破坏理论中的不足之处和当前爆破振动控制标准中存在的一些问题。
陈顺禄采用有限元的方法分析了爆破地震波作用下一个七层七跨带门窗结构的钢筋混凝土建筑物模型的动态响应和损坏效应问题。
刘耀民采用测定井巷爆破掘进后围岩应力重新分布形成松弛圈的松弛范围的方法来判断围岩稳定性,评价爆破效果,为支护设计提供依据。
李岚总结了隧道的普遍危害,采用数据融合的理论进行了隧道检测技术的选择方案研究,提出了数据融合模型,增强了发现和处理病害的能力。
李晓杰采用检测声波的方法测量了爆破前后岩石中声波参数的改变,不仅可由检测结果来间接地分析岩体内部结构变化程度,而且能够对爆破前后岩体的变化状态做出定量判断。
林从谋依据浅埋隧道爆破施工作业的实测数据分析了爆破地震波的振动频谱及能量分布特征,拟合出了振动强度在花岗岩中的传播衰减规律。
孙正华等在评估南京地铁二号线爆破施工作业下地表文物的振动响应时,引用南京地铁实际工程,介绍了振动监测技术、测点布置等有关问题。