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2005年2月,中华人民共和国交通部正式印发《国家高速公路网规划》,在这个规划中,明确指出国家高速公路的发展规划,那就是要建设总体规模约为8.5万千米的国家高速公路网,形成“7条放射线、9纵向线、18东西横线”,国家高速公路网的初步规划采用纵横放与射线网格相结合的布局方式,形成由全国的中心城市向外放射,以及横连东西、纵贯南北的大通道,这个布局可以概括为7条由首都北京出发的放射线、9条横贯南北纵向线和18条东西横向线路组成,简称为“7918网”,高速公路网的总规模约8.5万千米,其中:主线路6.8万千米,各地区的环线以及联络线等其他路线约1.7万千米。经过几年的修建,到2008年底,我国的高速公路已有6万余千米,高速公路总里程仅次于美国,位居世界第二位。为了达到8.5万千米的目标,在未来的几年内,我们还需要修建近2.5万千米的高速公路,任务非常繁重。而我国又是一个多山的国家,为了更好的保护生态环境,高速公路在穿越山区时必须修建隧道,因此在未来的待建工程中需要修建相当多的隧道。这些隧道不仅可以缩短行车里程、提供行程速度,还可以很好的降低滚石、泥石流等自然灾害给运营带来的威胁,有效的提高行车的安全性和可靠性,具有相当好的经济和社会效益。
由于隧道围岩结构的力学性能相当复杂性,理论的分析方法很难与实际状况完全吻合,因而隧道工程较地面工程存在更多的不确定性。在隧道施工阶段的不确定性更是不能忽视,特别是隧道支护喷射混凝土施工的不确定性。但是国内外对隧道喷射混凝土施工可靠性的研究几乎尚属空白,所以将可靠性理论引入到隧道喷射混凝土施工中来,为隧道混凝土施工发展一个新的方向。通过对隧道混凝土施工可靠性模型的建立,确立隧道混凝土施工系统,综合考虑施工过程各子系统的可靠度和相关性,得出提高隧道混凝土施工可靠度的方法,提供混凝土的强度,保障施工安全,同时可以通过计算得出混凝土施工的可靠度的大小,来评价施工的质量和效果,对施工管理具有指导意义。因此,对隧道喷射混凝土施工可靠性的研究具有很强的理论价值和现实意义。
本文首先对可靠度理论的发展进行了阐述,较为详细的分析了施工可靠度国内研究现状,提出把可靠度引入到隧道喷射混凝土中来,并基于可靠度理论,对隧道喷射混凝土施工可靠度进行了分析。然后对施工可靠度进行了定义:在一定条件下和一定的时间内,保证施工建设生产能够按照预定的质量标准施工期限及安全生产的概率。那么隧道喷射混凝土施工可靠度就可以定义为:在现有的隧道施工条件下,保证隧道喷射混凝土施工能够按照预定的质量标准施工期限及安全生产的概率。系统可靠性模型是进行系统可靠性分析的基础,系统的可靠性模型包含系统的可靠性结构模型(一般用可靠性框图来表示)和可靠性数学模型。它主要从可靠度的角度出发来研究系统与部件之间的逻辑关系,而可靠性数学模型是对可靠性框图表示的逻辑关系的数学描述。系统可靠性模型可分为串联系统结构、并联系统结构、混联系统结构、表决系统结构及复杂系统结构等多种类型。
本文在借鉴国内外可靠性理论研究的主要成果的基础上,把系统可靠性理论与隧道喷射混凝土施工方面开展了研究,最后以黄沙岭隧道喷射混凝土工程施工为例,得出以下结论:
(1)基于隧道支护喷射混凝土施工的不确定性,把可靠度理论引入到隧道喷射混凝土施工中具有重要意义。
(2)提高串联系统的可靠度的途径可以从两个方面入手:一是提高各个单元的可靠度,二是尽量减少串联系统的单元个数。因此,对于隧道喷射混凝土施工系统来说,要提高该串联的可靠度,就必须提高喷射混凝土各施工过程可靠度,同时,在保证各施工过程可靠度满足要求外,还应该把重点放在采用易提高施工过程可靠度的施工措施上,尽量减少施工环节,优化施工流程。同时,对也可以改进施工流程,在串联系统中加入并联的成分,如适当增加备用机械设备,以备不时之需,在原有机械失效的情况下,不影响施工的顺利进行。因此,在隧道喷射混凝土施工过程将有关联的合并系统控制在施工过程可靠度满足要求的条件下,同时优化施工过程的可靠度框图,增加备用设备或者施工方案,将有利于系统可靠度的满足。
(3)通过黄沙岭隧道喷射混凝土的强度分布规律的统计分析,可以得出喷射混凝土的抗压强度值呈正态分布,其中左线满足X~N(28.68,3.032)的正态分布,右线满足X~N(30.09,2.562)的正态分布。
(4)在现有的施工条件下,黄沙岭隧道喷射混凝土强度的离散性左线为[22.6,35.5],右线为[24.8,34.7],离散的范围比较小,在规范的要求之内,故满足规范的要求。
(5)整座隧道喷射混凝土的施工可靠度为Ps=94.36%,喷射混凝土强度平均值为μf=29.385,喷射混凝土强度标准差为бf=2.795,喷射混凝土强度变异系数为δf=0.095,根据GBJ107-87混凝土生产质量水平的评定方法,可以看出黄沙岭隧道喷射混凝土施工质量水平优良,这说明通过可靠性的理论的运用,使得黄沙岭隧道的喷射混凝土施工具有很高的可靠性,可以很好的满足设计要求。由此可见,把可靠性理念引入到隧道喷射混凝土施工中来,可以有效提高喷射混凝土的施工质量,进而提高喷射混凝土生产管理水平,可以在今后类似的隧道工程中加以推广应用。
(6)通过对左、右线的各种指标进行比较,右线混凝土的强度质量比左线混凝土的稳定,说明右线生产管理水平要高于左线。