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水工隧洞地质条件和施工技术复杂,设计时对地质条件的认识尚不够全面准确,隧洞本身老化以及造价、管理等原因,隧洞病害问题较为突出。如何利用无损检测所得数据来定量评估隧洞病害已成了隧洞病害诊断研究中的一个急待解决的问题,且现有研究主要针对铁路、公路隧道,在水工隧洞方面研究的很少。因此,针对我国水工隧洞中不断出现的隧洞病害问题,建立定量化的病害综合诊断方法和风险管理技术是相当重要和迫切的。
本文在大量文献研究和现场调研基础上,对水工隧洞病害综合诊断方法、衬砌结构耐久性和寿命预测,由于实际隧洞工程病害繁多,引入风险分析理论,实现水工隧洞的风险管理,构建风险管理模式和标准,为决策提供依据,促进决策者决策时信心的增强和对资金流向的有效控制。取得主要研究成果如下:
(1)提出了水工隧洞病害科学合理的调查检测程序,归纳分析了病害种类和成因,在以往关于隧道衬砌状态评估经验积累和吸收已有状态评估方法及标准优点的基础上,参照相关隧道状态技术规范,从过去简单的定性分析、单纯现象分析、经验类比为依据的评估方法过渡到建立多种手段获取定量评价指标的衬砌状态评估体系,研究隧洞病害等级判定标准,实现了从隧洞衬砌相关检测数据到衬砌状态等级评估认定。
(2)由于水工隧洞病害种类多,须对影响隧洞安全因素综合考虑,参照铁路、公路隧道的分级研究,在对水工隧洞安全分级的基础上,利用层次分析法、神经网络技术和模糊综合评价模型,建立了水工隧洞病害综合诊断的评价指标体系和评价方法,实现了水工隧洞病害诊断模糊综合评价。
(3)结合背景工程的特点,在综合分析影响隧洞衬砌结构耐久性因素及机理的基础上,深入分析了混凝土碳化和氯离子侵蚀对衬砌结构寿命的影响,
对水工隧洞衬砌结构寿命进行了理论公式预测。
(4)从风险管理的角度,构建风险分析评价模型,利用最小二乘法回归成本~效益数学拟合函数关系,实现了成本~效益的定量化分析,探讨了风险管理技术在隧洞维修管理和风险评估中的应用,并应用于隧洞工程实例。
最后,构思了隧洞病害信息化管理和病害诊断专家系统。
研究成果大大提高了水工隧洞病害诊断的技术水平,解决了目前水工隧洞病害诊断和风险管理中存在的关键技术问题,对提高隧洞的养护、维修和建设的理论和技术水平具有重要的意义,具有一定的推广应用前景。论文所建议的方法可以作为同类研究的借鉴和参考。