北京交通大学隧道地下工程房思奇
地下工程课程设计
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地下工程课程设计 | 11231042
由于到隧道上部地面有车辆荷载和人群荷载,会导致侧向压力的增大:
q超 K平均P 超 0.428 20 8.56kPa
E.
偶然荷载
在本次设计中,仅考虑比较简单的情况,偶然荷载可以不用考虑。
101.85kpa
q下 i hi K 2 1.7 16 4.3 18 0.7 (26.2 10) 6.5 (26.6 10) 0.406 90.88kpa
(3) 对于隧道侧墙底部土压力
q 侧底
h K 1.7 16 4.3 18 0.7 (26.2 10) 6.5 (26.6 10) 3.97 17
3.地层竖向水压力
q水顶 w h 10 10 6 40kPa
B. 底板永久荷载 1. 底板自重
q底 d 25 0.4 10kPa
2. 水压力(向上) :
q水底 w h 10 10 6 7.17 111.7 KPa
C. 侧墙永久荷载 地层侧向压力按主动土压力的方法计算,由于埋深在地下水位以下,需考虑 地下水的影响(水土分算)。对于隧道侧墙上部土压力,用朗肯主动土压力方 法计算。 先计算侧向压力系数:
i i 2
0.406 118.28 kpa
D. 可变荷载 1. 地面超载: 按《地铁设计规范》(GB50157—2003)10.2.1 中第三条规定:在道路下面的 潜埋暗挖隧道,地面的车辆荷载按 20KPa 的均布荷载作用于地层上,并不计动 力作用影响。人群荷载按 4KPa 均布荷载标准值计算。 即: P 超 24kPa 。 2. 底板上可变荷载: 主要为列车车辆运行的可变荷载,一般取: 3. 侧向上可变荷载
北京交通大学土木工程实验中心
北京交通大学土木工程实验中心
佚名
【期刊名称】《高等工程教育研究》
【年(卷),期】2008()4
【总页数】2页(PF0002-F0002)
【关键词】北京交通大学;土木工程;实验中心;综合性教学;国家重点学科;科研团队;工程学院;土木建筑
【正文语种】中文
【中图分类】G482;F426.67
【相关文献】
1.不要为了实验而去做实验-访北京交通大学国家电工电子实验教学示范中心主任陈后金 [J], 姜乃强;张鹏
2.重视实践平台建设培养学生创新精神—专访北京交通大学物理实验教学中心主任盛新志教授 [J], 叶纬明;张鹏
3."动车组管理信息系统总体方案"通过铁道部技术审查/"铁路应急平台总体方案"通过铁道部技术审查"北京交大-北京握奇数据安全联合实验室"揭牌仪式在北京交通大学举行/"中国软件评测中心铁路专业分中心"在北京交通大学成立 [J],
4.北京交通大学机械工程实验中心 [J],
5.北京交通大学物理实验教学中心 [J],
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隧道围岩动态变形规律及控制技术研究
隧道围岩动态变形规律及控制技术研究赵勇【摘要】基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2010(034)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】隧道工程;围岩变形;控制要点;控制技术【作者】赵勇【作者单位】北京交通大学,隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;铁道部工程设计鉴定中心,北京,100844【正文语种】中文【中图分类】U451.2隧道的结构体系是由周围地质体和人工修筑的支护构件组成的,并且周围地质体起着主导作用,这是与地面结构体系完全不同的.从工程结构的角度看,这种结构体系的形成是通过一定的施工过程或者说一定的力学过程来实现的,这个过程状态的变化如图1所示[1].可以看出,隧道施工就是一个开挖与支护的过程,施工过程就是应力释放与应力控制、利用和控制围岩动态变形的过程.图1 施工过程与围岩力学状态变化过程示意图Fig.1 Construction and surrounding rock mechanical state change process chart对于隧道围岩变形规律及控制技术的研究,国内外学者做了大量工作,并取得了丰富的研究成果[2-5].本文作者基于前人的研究,结合日本龟浦隧道围岩变形试验和郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,根据实测数据总结隧道围岩变形动态规律,并提出具体的控制措施.1 隧道围岩变形动态规律大量的数值计算和现场监测资料均表明,隧道围岩变形是在开挖工作面的前方开始,而在开挖工作面后方距离d=1.5~2.0D(洞径)处的变形才与最大径向变形基本相等,这是隧道开挖引起围岩变形的一般规律.日本龟浦隧道施工时,在隧道拱顶上方2 m 的位置设一个长50 m的水平铝管,实测的弯曲应变计算变形如图2所示.图2 龟浦隧道掌子面变形监测实例Fig.2 The heading face displacement monitoring example of GuiPu Tunnel我国郑西客运专线大断面黄土隧道开挖监测数据分析的规律也大致相同.图3为2006-11—2007-09的实测数据,其中1#~8#分别对应隧道左右导洞及主洞断面上的8个测点.各分步施工引起隧道拱顶沉降占总沉降的比例分别为:超前沉降,5%~14%;导洞开挖,35%~50%;导洞开挖至全断面封闭前,40%~50%;全断面封闭后,3%~9%.可以看出,反映在掌子面前方到后方一定范围内的拱顶下沉分布规律为:隧道开挖后在掌子面前方一定范围(2~5倍洞径)产生下沉,称之为“先行变形”;在掌子面处,产生一定量的“初始变形”,此值与地质条件关系密切,约为最终变形值的20%~30%,这个变形是开挖后瞬间发生的;在掌子面后方,随掌子面的推进,产生不断增大的变形,其特点是初期的变形速度很大,而后增长的速度逐渐减缓,并趋于稳定.其变形过程如图4所示[2].图3 大断面黄土隧道双侧壁导坑法施工拱顶沉降曲线Fig.3 Vault crown settlement curve of both-side head excavating method construction in large section loess tunnel因此,隧道开挖后隧道的变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种,且这3种变形是同时发生的.图4 隧道开挖围岩变形三维示意图Fig.4 Surrounding rock deformation during tunnel excavation three-dimensional chart2 隧道围岩变形控制要点隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面的失稳、坍塌,拱顶的失稳、坍塌,台阶法中拱脚下沉、失稳和围岩大变形等.2.1 控制掌子面失稳、坍塌1)倾斜掌子面.采用倾斜形状的掌子面开挖,配合掌子面喷混凝土封闭措施,可以抑制掌子面的变形,减少作业人员的风险,控制地表的下沉,大幅度改善进度和封闭时间,提高喷混凝土的品质和耐久性.2)掌子面锚杆.设置掌子面锚杆的目的是控制围岩开挖后的先行变形和掌子面变形,也是为全断面和半断面开挖创造条件.掌子面锚杆的长度一般在12~24 m之间,为开挖方便,通常采用玻璃纤维锚杆.采用掌子面锚杆技术的关键是长锚杆的快速施工工艺和配套施工机具.3)留核心土.在台阶法施工中,为了掌子面的稳定,经常采用弧形开挖法,即留核心土法.日本进行的一项研究表明:不留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分可达到掌子面前方1.3 m;而留核心土时,掌子面挤出量超过70 mm的部分只达到掌子面前方0.6 m 处.可见核心土对掌子面起到控制挤出的效果.2.2 控制拱顶失稳、坍塌控制拱顶失稳坍塌的技术要点是采用超前支护和加强初期支护.1)超前支护.根据构筑方法,超前支护通常分为短超前支护、中超前支护和长超前支护3种情况.①短超前支护:一般支护长度为2~5 m,通常采用超前小导管、插板法和预衬砌技术;②中超前支护:一般支护长度为5~10 m,通常采用中管棚(直径89 mm,长度10 m)或水平喷射注浆方式;③长钢管超前支护:一般采用长度在15~20 m、直径大于108 mm的长钢管,即大管棚超前支护,以有效控制拱顶失稳、坍塌.2)加强初期支护.加强初期支护通常有两种做法,其一是加大喷混凝土的厚度,加密钢架间距或缩小锚杆间距;其二是改变喷混凝土的性能,提高钢架的规格和采用抗拔力大的锚杆.实践证明,第二种方法更有利于控制拱顶下沉.采用初期高强度喷混凝土技术能减薄喷层厚度,有效加快施工进度,符合技术发展的趋势.2.3 控制拱脚下沉、失稳在台阶法施工中,控制拱脚下沉的方法通常有扩大拱脚、设置锁脚锚杆、临时仰拱封闭和设置横撑等方法.日本近期开发出了利用弯曲钻机,设置弯曲形脚部钢管桩或采用高承载力的脚部支撑钢管来控制钢架的下沉,效果较好,如图5所示.另外,也可用喷射混凝土来加固拱脚,如图6所示.图5 控制隧道拱脚下沉失稳的曲线形钢管桩工法Fig.5 Shaped form pipe pile method for controlling tunnel arch springing subsidence instability图6 控制隧道拱脚下沉失稳的拱脚喷射混凝土工法Fig.6 Shotcrete method for controlling tunnel arch springing subsidence instability2.4 控制软岩大变形通常认为初期变形速率快、变形值大、长时间无收敛趋势,且超过预计变形值的变形,可以称为“大变形”.这种围岩一般为软弱围岩,这种变形也通常被称作“软岩大变形”.控制软岩大变形的方法有:①在喷混凝土中设置伸缩缝来吸收一部分变形;②采用长锚杆(8~15 m)来控制围岩的后期变形;③采用掌子面锚杆控制围岩的先行变形等.这些方法对解决大变形问题起到一定的作用,特别是长锚杆和掌子面锚杆.日本在东海道新干线的饭山隧道(长22.2 km)的大变形地段试验,采用多重支护方法取得了成功.多重支护方法的特点是:不需要进行反复扩挖和反复支护,即没有拆除顶替已经承载的支护构件和对围岩的多次扰动的问题,留出充分的变形富裕值,先释放一部分变形进行第一次支护,然后继续释放变形.第一次支护达到极限状态后,再继续第二次支护,必要时可继续第三次支护,将变形控制在容许范围之内.多重支护的基本观点是:容许一次支护变形,以减轻作用在二次支护的土压,并在最内侧形成健全的壳体,使整个支护稳定.因此,二次支护的设置最好在围岩内应力释放到某一程度后实施.3 隧道围岩变形控制技术3.1 开挖过程控制隧道开挖后,随着时间的推移,变形也在发展.一般说,开挖过后,变形发展很快,即初期变形速度很快,而且变形值也比较大,如果能够控制住初期的变形速度,就可以控制隧道围岩的松弛.因此通常强调开挖后要迅速喷射混凝土,迅速架设钢支撑,其目的就是要求初期支护及时闭合.另外需要关注的是从开挖到初期支护全断面闭合的时间.在复杂地形、地质条件下,从开挖到全断面初期支护的闭合时间,要求越短越好.闭合距离也是越短越好.因为,初期支护全断面闭合的过程,就意味着隧道围岩变形逐渐趋于稳定的过程.而闭合距离,基本上要求在距掌子面2~3倍隧道开挖跨度之内,甚至更短一些.因此,有效控制隧道围岩变形的开挖方法,应该是首选全断面法,其次是短台阶法.总之,开挖分部越少,封闭时间越短,变形就越小.3.2 辅助工法控制以改善围岩条件为目的而采用的辅助或特殊工法称为辅助工法,如图7所示.隧道开挖中最危险的应力释放面是掌子面和一次开挖长度的无支护区间.为了控制其危险度,了解地下水分布状况和掌子面前方围岩的动态是非常重要的.图7 辅助工法概念示意图Fig.7 Assistant construction method concept chart 在隧道围岩变形及控制技术措施中,辅助工法占据重要地位.常用稳定掌子面的辅助工法有:超前锚杆、超前长钢管、掌子面喷混凝土、掌子面锚杆、脚部补强锚杆、临时仰拱等.在地下水处理中常用排水钻孔等工法.在控制地表下沉对策中有:长超前钢管、管棚等.在地下水对策中有:排水钻孔、降低地下水位、排水坑道等工法.4 隧道围岩变形控制建议隧道施工主要分为开挖和支护两大工序,变形控制是开挖和支护中的技术关键点.开挖是应力释放的过程,不同的开挖方法,应力释放的过程及程度也是不同的.支护则是应力控制的过程,不同的支护方法应力控制的过程和程度也是不同的.除开挖、支护作业外,其他作业都是辅助性的,如运输、排水、通风、量测、地质超前预报等.但这些作业也是左右开挖、支护成败的关键,不能忽视.因此,控制隧道围岩变形的关键措施主要指开挖、支护过程中控制围岩变形的措施及必要的辅助作业工法.在隧道施工过程中,开挖和支护是密切相关的,根据围岩地质情况,其关系可大致分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况.1)只挖不支,适用于坚硬、自支护能力比较高,应力释放后能够自行控制稳定的围岩,围岩级别为Ⅰ级、Ⅱ级.关键技术:减少爆破振动和少扰动的开挖技术.基本措施建议:控制开挖进尺,控制一次起爆炸药量,采用电子雷管,采用机械开挖或机械与爆破并用的开挖方法.2)先挖后支,适用于一般地质条件,围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级.关键技术:加强初期支护控制围岩的松弛、坍塌,确保开挖工作面的稳定.基本措施建议:采用全断面法或超短台阶法,提高初期支护的支护效果,控制隧道围岩变形的发展和收敛;严格控制各开挖工作面的步距,尽快闭合;提高机械化程度,缩短各单项作业的时间.3)先支后挖,适用于特殊地质、地形条件,一般用于软岩大变形、掌子面或拱脚易失稳、底部鼓起等情况,围岩级别为Ⅴ级、Ⅵ级.关键技术:加强超前预支护,确保开挖工作面稳定,控制围岩松弛、坍塌,提高围岩的自支护能力.基本措施建议:采用掌子面超前锚杆、喷混凝土封闭掌子面、倾斜掌子面或留核心土的施工方法;超前管棚、管幕、插板等超前支护;加强初期支护,采用高强度、高刚度喷混凝土技术;采用锁脚锚杆等控制拱脚下沉.只挖不支的场合主要是控制爆破振动,采取减少围岩扰动的施工方法;先挖后支的场合主要是控制掌子面后方的变形,采取加强初期支护和快速封闭的施工方法;先支后挖的场合重点是控制掌子面前方的变形和掌子面变形,采取超前预支护、掌子面支护和掌子面后方支护,及时封闭的措施和工法.5 结语1)隧道围岩变形包括掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方的变形,其中掌子面变形是隧道开挖过程围岩变形发展的重要阶段,是隧道围岩变形控制的重点.2)隧道围岩变形控制是隧道围岩稳定性控制的核心,要采取系统的控制措施.既要控制掌子面前方的先行变形,又要控制掌子面和掌子面后方的变形.3)隧道围岩变形控制的要点在于控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和失稳及围岩大变形等几种形式.4)隧道围岩变形控制重在开挖过程控制和辅助工法控制,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是控制隧道围岩变形的关键.5)隧道开挖和支护相互作用关系可分为只挖不支、先挖后支和先支后挖3种情况,且每种情况有其关键技术和建议的基本措施,在隧道施工过程中,应根据围岩条件和工程特点选定合理的工序.参考文献:[1]关宝树.隧道力学概论[M].成都:西南交通大学出版社,1993.GUAN Baoshu.Generality of Tunnel Mechanics[M].Chengdu:Southwest Jiaotong University Press,1993.(in Chinese)[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.WANG Mengshu.Technology of Shallow Tunnel Excavation[M].Hefei:Anhui Education Press,2004.(inChinese)[3]张顶立,王梦恕,高军,等.复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(2):290-296.ZHANG Dingli,WANG Mengshu,GAO Jun,et al.Research on Construction Technology of Large Span Tunnel in Complex Rock[J].Chinese Journal of Rock Mechanics andEngineering,2003,22(2):290-296.(in Chinese)[4]吕勤,张顶立,黄俊.城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践[J].中国安全科学学报,2003,13(7):29-34.LU Qin,ZHANG Dingli,HUANG Jun.Mechanism of Stratum Deformation and Its Control Practice in Tunneling Urban SubwayAt Shallow Depth[J].China Safety Science Journal,2003,13(7):29-34.(in Chinese)[5]岳广学,何平,蔡炜.隧道开挖过程中地层变形的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2007,26(增2):3793-3803.YUE Guangxue,HE Ping,CAI Wei.Statistic Analysis of Stratum Deformation During Tunnel Excavation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(S2):3793-3803.(in Chinese)。
成都讲座-关于隧道及地下工程的若干问题(第三四部分)
关于隧道及地下工程的若干问题王梦恕孔恒北京交通大学北京市市政工程总公司第三部分:盾构法隧道主要内容一、盾构施工技术的发展历史二、盾构施工技术的国内外发展现状三、盾构机的种类四、盾构施工的技术特点五、盾构机工作原理五、盾构施工的主要工序六、中国采用盾构修建地铁历史及规划八、工程案例一、盾构施工技术的发展历史1 盾构施工法的发明1818年,Brunel 从一种食船虫在船身上打洞一事受到启发,研究出了盾构工法。
历经艰辛,终在1841年使泰晤士河底隧道贯通,该隧道自1825年开工,历时17年,可充分说明新技术的成功是多么的坎坷!2 盾构施工法的发展阶段自1818年诞生发展到现在已有180多年的历史,概括而言,有四个阶段:(1)初期盾构:以Brunel盾构为代表;(2)第二代盾构:以机械式、气压式、TBM及城市盾构工法为代表;(3)第三代盾构:以闭胸式盾构为代表(泥水式、土压式);(4)第三代盾构:以安全、高速、大深度、大断面、断面多样化、异形化为特色。
二、盾构施工技术的国内外发展现状1 国外盾构施工技术现状以欧洲和日本最为发达。
美国:纽约自1900年起用气压盾构就建造了数十条水底隧道,目前基本是以盾构施工占90%以上;前苏联:莫斯科自1932年开始采用盾构法施工地铁等地下工程;德国、法国、英国、新加坡等也在广泛采用盾构法施工地下工程。
日本:自1917年在国铁羽越线折渡隧道(新泻县)的建设中首次采用盾构工法。
日本从盾构施工法正式开始用于城市隧道建设的1964年至1984年约20年间,工研制盾构机超过5000台。
目前日本已经成为世界上盾构制造技术以及施工技术的大国,占据世界上仅80%的盾构份额。
1917年——日本国铁隧道建设中首次采用盾构工法1953年——日本关门隧道采用盾构工法1957年——日本地铁采用顶盖式盾构施工,这是城市隧道首次采用盾构1960年——日本名古屋地铁采用盾构施工1962年——东京下水道采用圆形盾构。
隧道地下穿越轨道交通关键技术研究与应用
隧道地下穿越轨道交通关键技术研究与应用
隧道地下穿越轨道交通关键技术研究与应用是一项针对在城市复杂地质条件下,如何安全、高效地建设穿越或邻近既有地铁线路以及其他地下结构的隧道工程的研究。
此类技术主要包括以下几个方面:
1.精准勘察与设计技术:对拟建隧道沿线进行详细的地质勘查和测绘,采
用先进的三维地质建模技术来模拟复杂的地质构造,并在此基础上进行精细的设计,确保新隧道与既有交通设施的安全距离和稳定状态。
2.盾构施工技术:盾构法是隧道穿越的重要手段,尤其是对于长距离、大
直径的城市轨道交通隧道。
研究内容包括优化盾构机选型、刀盘设计、推进参数控制以及盾构掘进过程中的姿态调整和纠偏技术等。
3.振动与沉降控制技术:在地下穿越过程中,必须严格控制施工产生的振
动和地面沉降,以保护既有地下结构(如地铁隧道)不受损害。
这需要研发高效的减振设备和施工工艺,并利用实时监测系统监控施工动态。
4.加固与防护技术:对穿越区域的既有结构进行预加固处理,例如注浆加
固、冷冻法加固等,减少开挖引起的变形和破坏风险。
5.施工风险评估与应急预案:建立完善的施工风险评估体系,对可能出现
的风险因素进行识别和量化分析,制定相应的预防措施和紧急预案。
6.信息化施工管理:通过引入BIM(建筑信息模型)、GIS(地理信息系
统)等技术实现信息化施工管理,提高施工精度和决策效率。
这些关键技术的研究与应用对于保障城市地下空间的有效利用、确保轨道交通网络的安全运行以及促进城市的可持续发展具有重要意义。
减基法在轨道-隧道-土体系统谐响应分析中的应用
第 55 卷第 3 期2024 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.3Mar. 2024减基法在轨道−隧道−土体系统谐响应分析中的应用王森1, 2,辛涛1, 2, 3,王朋松1, 2,杨燚1, 2, 3,戴传青1, 2,滕明利1, 2(1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京,100044;2. 北京市轨道工程重点实验室,北京,100044;3. 智慧高铁系统前沿科学中心,北京,100044)摘要:为了提高轨道交通环境振动预测效率,提出基于减基法原理的轨道−隧道−土体系统谐响应分析方法,即将减基法应用到轨道−隧道−土体系统的谐响应分析中。
结合有限元方法和理论解析方法,在既有计算频率样本的基础上,实现原求解域内系统频响函数的重采样计算。
将本文方法与有限元方法和线性插值方法进行对比分析。
研究结果表明:在不同规模模型条件下,所提出方法的计算误差要明显低于线性插值方法的计算误差。
同时,相比于有限元求解方法,本文方法能够在不同线程条件下均保持较高的计算精度和效率;且随着模型规模增大,本文方法相比有限元法的加速比不断提高,最大加速比可以超过2 000。
关键词:轨道交通;环境振动;振动预测;传递函数;减基法中图分类号:U231 文献标志码:A 文章编号:1672-7207(2024)03-1231-10Application of reduced basis method in harmonic analysis oftrack −tunnel −soil systemWANG Sen 1, 2, XIN Tao 1, 2, 3, WANG Pengsong 1, 2, YANG Yi 1, 2, 3, DAI Chuanqing 1, 2, TENG Mingli 1, 2(1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;2. Beijing Key Laboratory of Track Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;3. Frontiers Science Center for Smart High-speed Railway System, Beijing 100044, China)Abstract: In order to improve the prediction efficiency of railway-induced vibration, the harmonic analysis method of the track −tunnel −soil system was proposed based on the reduced basis method. The reduced basis method was applied in the harmonic analysis of the track −tunnel −soil system. Combining the finite element method and the theoretical analytical method, the resampling calculation of the frequency response function of the system in the original solution domain was realized on the basis of the existing calculation frequency samples. Theproposed method in this paper was compared with the finite element method and linear interpolation method. The收稿日期: 2023 −05 −24; 修回日期: 2023 −07 −14基金项目(Foundation item):国家重点研发计划项目(2023YFB2604300);111引智基地项目(B20040) (Project(2023YFB2604300)supported by the National Key Research and Development Program of China; Project(B20040) supported by the 111 Project)通信作者:辛涛,博士,教授,从事轨道动力学研究;E-mail :*************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.03.033引用格式: 王森, 辛涛, 王朋松, 等. 减基法在轨道−隧道−土体系统谐响应分析中的应用[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(3): 1231−1240.Citation: WANG Sen, XIN Tao, WANG Pengsong, et al. Application of reduced basis method in harmonic analysis of track −tunnel −soil system[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(3): 1231−1240.第 55 卷中南大学学报(自然科学版)results show that in any models with different scales, the calculation errors of the proposed method are obviously lower than those of linear interpolation. Meanwhile, compared with the finite element method, the proposed method can maintain high calculation accuracy and efficiency under different threads. With the increase of model scale, the acceleration ratio of the proposed method is higher than that of the finite element method, and the maximum acceleration ratio can exceed 2 000.Key words: rail transit; environmental vibration; vibration prediction; transfer function; reduced basis method近年来,我国城市轨道交通得到了迅猛发展,截至2022年底,城市轨道交通运营里程已突破1万km。
近年来隧道方面的国家自然科学基金项目摘要
隧道方面的自然基金项目摘要1批准号50078002项目名称:隧道工程信息化设计与智能分析方法研究项目类别:面上项目申请代码:E0807项目负责人:乔春生负责人技术职:称教授依托单位:北京交通大学资助年限:01/01/2001 - 01/12/2003 资助经费17(万元) 中文摘要:以新奥法为基础的隧道工程信息化设计思想已提出了几十年,但目前我国隧道设计仍然以工程类比法为主。
这主要是由于信息化设计的各个环节严重脱节,缺乏功能齐全、使用方便、形象直观的计算与分析工具。
针对这一问题,本项目通过理论分析和试验研究,重点进行了隧道工程三维可视化快速仿真方法研究及计算机程序开发、隧道工程监控量测数据智能处理方法和隧道变形预测的智能方法研究。
对有限元求解器进行了改进,使计算速度和效率明显提升;提出了新的地下工程可视化三维建模方法和计算结果的三维可视化方法,以此为基础编写了岩土工程三维有限元可视化仿真程序;首次将以统计学习理论为基础的机器学习新方法- - 支持向量机回归算法引入隧道工程设计,在传统支持向量机一元回归算法基础上,提出了支持向量机多元回归算法和隧道位移反分析与位移预测的智能方法,解决了传统反分析方法需要事先假设围岩力学模型的难题,与人工神经元网络相比,可以较好地解决局部优化、样本数量不足等问题。
通过对浅埋单线电气化铁路隧道的应用证明,这种新的智能分析方法计算误差小,使用方便,可满足现场使用要求。
研究成果将有利于提高我国的隧道建设水平。
中文主题词:隧道工程,可视化计算,支持向量机,反分析,变性预测英文摘要:The informative design iedr of tunnel based on the New Austrilian Tunnel Method has been propsed for decades, but the tunnels of our country is generally designed based on the engineering experience and the performance of existing tunnels in similar ground at present. This is mainly because of disconnect of links for NATM and lack multiple functional, easy to use, computation and analyze tools. In order to improve the actuality mentioned above, some experiments in situ and analytical studies about visual simulation method and software can beused to tunnel engineering as well as intelligent prediction method of tunnel deformation were carried out.A fast three-dimensional finite element simulation method and a visual computing program which can be used to simulate procedures of the tunnel excavation and support was developed. The complex three-dimensional shape models can be built up easily using the program. A new intelligence method for displacement back analysis and prediction of tunnel deformation as well as the design of tunnel shotcrete-bolting support parameters based on support vector machine (SVM) was proposed. It has stronger generalization ability because the SVM theory is based on the minimization of structure risk principle. The algorithm of SVM is a convex quadratic optimization problem, therefore the solution is certainly the global optimum. Different from the classical support vector regression (SVR) algorithm which can only solve the single output variable problem, an improved SVR algorithm is proposed to resolve problemwith multiple output variable regression; the corresponding code is developed in MATLAB. The maximums of relative errors for convergences prediction of the tunnel were not greater than 6.5% and can meet the demands of tunnel engineering. It was found that the Bspline kernel function has better effectiveness compared with the RBF kernel function for prediction of tunnel convergence. Compared with BP network, the improved SVR algorithm makes great improvement in the precision of the design results, and can be employed to the similar engineering situations, the support vector machine is applicable to estimation of tunnel deformation.英文主题词:tunnel engineering;visualized scientific computing;support vector machines;displacement back analysis;deformation prediction2项目编号 50978019项目名称承载地层中隧道开挖影响分区与支护荷载分布的力学机制和计算模型研究项目类型面上项目申报学科1 (E080506) 研究性质资助金额 35.00万元开始日期 2010年1月1日完成日期 2012年12月31日项目摘要在承受附加荷载的地层中开挖隧道是城市地下空间开发过程中的一种常见情况。
从图纸上“走”下来“深埋的全隧道”为何迟难动工
EXCLUSIVE专题策划从图纸上“走”下来“深埋的全隧道”为何迟难动工文 / 本刊记者 陈楠枰以海底隧道或隧道和桥梁相结合的方式,建设公路和铁路相结合的跨越渤海的直达快捷通道,将有缺口的C 形交通变成四通八达的D 形交通,进而形成纵贯我国南北从黑龙江到海南十一省(市、自治区)的东部铁路、公路交通大动脉,这一快捷通道无论是对区域经济发展,还是对国家战略贡献,都具有重要的现实作用与深远的历史意义。
然而,从提议至今20余年,建设一条渤海海峡跨海通道,却仍是一个美好的理想,未曾变成现实。
高难度自然环境挑战下的工程难题为了突破海峡、海湾和海岛对交通的制约,建设跨海工程成为人类社会新的课题,跨海大桥、海底隧道、海底管道等前所未有的新的交通方式,逐渐展现在世人面前。
防渗和防灾等问题突出),建设周期长、耗资巨大,且建成后运营费用高,特别是运营风险较高,通风和灾害条件下的逃生疏散救援较为困难。
根据渤海海峡的气象及水文条件,大风、大雾及暴雨等恶劣天气的时间较多,不利于海上通行,若采用桥梁方式通过渤海海峡将受到很大影响,不能确保全天候运营。
以日本的经验证明,当风速达到33m/s 时,可导致列车颠覆,无法保证铁路运输畅通无阻。
中国工程院院士、防护工程专家钱七虎表示,虽然藏埋在海湾里的海底隧道一般不会在建城区,但假定修建公路隧道,即需要开通风孔、通风井,以排掉通过隧道的汽车尾气和烟尘。
如果隧道距离太长又没有自然形成的小岛,还需要修建人工岛。
“这样一来,就增加了修建隧道的成本和难度。
”然而,在北京交通大学土木建筑工程学院院长、隧道及地下工程教育部工程研究中心主任张顶立看来:“即使隧道面临着全天候照明、排水、而深,南部水道窄而浅。
根据中国科学院院士王梦恕对渤海海峡跨海通道项目的调研,他指出:“渤海湾具有水深、风大、浪高、流急、地质构造复杂、地震烈度较高、通航要求高等特点,建设条件相当复杂,线路勘测、方案确定及施工需要跨越深海、远海作业,技术难点和关键技术需要进行科研攻关。
地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准
地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准齐震明;李鹏飞【摘要】基于浅埋暗挖隧道施工引起地表沉降的时空效应和沉降机理分析,综合运用模糊聚类分析方法对北京地铁5号线和10号线24个区间隧道的1 497个地表沉降测点的数据进行统计分析,得出了地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降值的分布规律和地表沉降槽宽度参数反弯点距离、地层损失率的一般特征,给出了地表沉降槽曲线反弯点距离与等效轴向埋深的关系,提出了较为合理可行的地标沉降控制标准,并提出预警、报警、极限3级控制的管理方法.研究成果为认识地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降及地表沉降控制标准制定等具有一定的参考价值.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2010(034)003【总页数】5页(P117-121)【关键词】隧道工程;浅埋暗挖法;地表沉降;时空效应;控制标准【作者】齐震明;李鹏飞【作者单位】北京交通大学,隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044;深圳市地铁集团有限公司,广东,深圳,518033;北京交通大学,隧道及地下工程教育部工程研究中心,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】U456.3地铁等城市隧道施工影响下的地层变形规律及控制方法一直是近些年工程界研究的热点[1-5].隧道施工引起的地表沉降,受隧道地质条件、隧道跨度及埋深、开挖方法、支护时机与刚度,以及施工管理技术水平等多方因素的影响,地表沉降机制复杂,很难定量预测隧道施工引起的地表沉降及发展过程.然而,大量的工程实践及科学研究[1-5]均表明,隧道施工影响下的地表沉降是有规律可循的.本文作者基于北京地铁5号线、10号线的工程背景,以大量的现场监测数据为基础,研究了北京地区浅埋暗挖区间隧道施工引起地表沉降的一般特征,包括最大地表沉降值、地表沉降槽宽度参数和地层损失率等指标.同时对这些指标进行统计分析,提出浅埋暗挖地铁区间隧道地表沉降的建议控制标准值,使其具有安全性、经济性、合理性和可操作性.由于隧道地质条件、结构形式、开挖方法、支护时机与刚度等各有不同,对地层造成的扰动程度也不同,但隧道开挖引起的地表沉降都具有相似的特征.其发展规律随着隧道开挖面所处的位置及移动过程的改变而变化,表现出明显的时空效应.时间与空间的交互作用反映了隧道施工引起地表沉降的一般特征,如图1所示.浅埋暗挖隧道开挖后地表沉降不是瞬间达到最终值,而是随着时间推移逐渐累积的,地层沉降具有明显的时间效应.现场监测表明,暗挖隧道施工引起的地表沉降随时间的发展过程如图2所示.单个地表点的沉降过程经历3个阶段:先行沉降、施工沉降和后续沉降.先行沉降指自隧道开挖面到达测点之前所产生的沉降,是由于开挖面土压力失衡、支护力不足,以及地层地下水位降低而产生的.在隧道施工阶段,开挖造成周围地层向着隧道内移动,由于隧道支护时间、支护强度和支护刚度的滞后,以及喷射混凝土密实度不足造成地层空隙等原因,此阶段往往造成较大的地表沉降,通常在1个月左右.后续沉降是指由于地层次固结和蠕变等作用造成的残余地表沉降.1)横向地表沉降规律.浅埋暗挖隧道施工引起的横向地表沉降曲线如图3所示,学者Peck将其近似为正态分布曲线其公式为其中:Sx为横断面上与隧道轴线距离为x地面点的沉降量;V l为由于隧道开挖引起的地层损失量;S max为地面沉降量最大值,位于隧道中心线处;i为沉降槽宽度系数,取为地表沉降曲线反弯点与原点的距离;H为覆土厚度;φ为地层内摩擦角.2)纵向地表沉降规律.浅埋暗挖隧道施工引起的纵向地表沉降,根据距离开挖面位置的不同,分为微小变形区、急剧增大区、缓慢变形区和稳定变形区等4个区域,见图4.微小变形区是指开挖面前方1~1.5倍洞径的区域.该段沉降量约为总沉降量的10%~20%.主要原因是工作面的开挖,导致的前方地层应力释放及地层的失水固结.急剧增大区是指开挖面前方1倍洞径和后方3倍洞径的区域.该区域地表沉降速率加速增强,变形量急剧增大,此阶段的沉降量约占总沉降量的50%~60%.该阶段变形主要原因是随着隧道的开挖,造成边界条件发生改变,扰动覆盖土体并引起应力场重新分布.缓慢变形区是指开挖面后方3~5倍洞径的区域.该区域地表沉降速率减缓,变形量缓慢增加,沉降曲线开始收敛,此阶段的沉降量约占总沉降量的10%~15%.稳定变形区是指开挖面后方5倍洞径以外的区域.该区域地表沉降增长缓慢,地层趋于稳定状态.浅埋暗挖隧道施工引起的地表沉降伴随着隧道施工的各个阶段,由开挖地层损失沉降、地层失水固结沉降和次固结沉降3部分组成[4-5].浅埋暗挖隧道施工各阶段的地表沉降原因和机理如表1所示.地铁5号线和10号线是北京市轨道交通线网规划中两条重要干线.根据工程地质条件及周边环境特点,两条线路采用浅埋暗挖法修建的区间隧道有24个,区间断面开挖跨度从5.80 m到14.60 m不等,开挖方法涵盖了台阶法、CD法、CRD法,以及双侧壁法.施工影响范围内的地层条件比较相近,主要包括粉细砂、中粗砂、粉土、粉质黏土、黏土和卵石砂砾等地层.由于地质沉积层的“相变”十分明显,形成了具有北京特点的“砂黏土”和“黏砂土”地层.在24个浅埋暗挖法施工区间,根据能反映地表最大沉降(位于区间左右线结构中心线上方)和能反映地铁施工全过程引起的累计沉降值的两个原则(在有效测点的统计过程中剔除异常点及大断面上(含折返线及渡线等)的点),总共选取了1 497个有效地表沉降测点.1)地表沉降量分析.对1 497个测点的地表沉降值进行统计分析,其中最大沉降值为77.88 mm,最小沉降值为0.06 mm,均值为31.6 mm,其中沉降值小于30mm的点占46%,沉降值小于40mm的点占70%.如果剔除沉降值5 mm以下的点,则得到均值为33.4 mm,其中沉降值小于30 mm的点占42%,沉降值小于40 mm的点占67%.如果剔除沉降值10 mm以下的点,则得到均值为 35.6 mm,其中沉降值小于30 mm的点占39%,沉降值小于40mm的点占66%.接近一半的测点沉降值在(25 mm,45 mm)区间内.2)沉降槽宽度参数与地层损失率分析.反弯点距离i反映了隧道地表沉降槽的横向影响范围,地层损失率 V1反映了开挖对地层的扰动程度,这两个参数反映了横向地表沉降槽的一般特征.其计算公式为式中:V 1为地层损失率,%,指单位距离内沉降槽体积占隧道开挖体积的百分比;D 为隧道等效直径;V s为隧道掘进方向上单位距离的沉降槽体积(即地层损失).关于沉降槽曲线反弯点距离 i,计算公式主要有线性函数和复合幂指数函数两种形式.受周边复杂地表环境的影响,区间隧道地表沉降监测点横向范围普遍较小,难以考虑对地表沉降槽反弯点的影响,且等效轴线埋深分布范围较集中,故采用复合幂指数函数形式拟合效果并不理想.为保证分析结果的可靠性,使得规律更加明显,采用简化的线性函数式进行拟合式中:i为沉降槽反弯点距离;z t为隧道等效轴线埋深;K为沉降槽宽度系数.由于调研到的数据离散性较强,对于某条测线的单一拟合结果存在很大的不确定性,容易造成误差过大的情况.为了避免这一问题,将同一条区间隧道的全部有效测线的地表沉降数据统一进行拟合.拟合函数采用式(5),拟合参数为 i与S max.地层损失率和沉降槽宽度参数K的分析流程以及参数拟合的具体过程见文献[4],图5为部分区间隧道地表沉降横向沉降槽拟合曲线.根据测点数据绘制反弯点距离i与等效轴线埋深z t关系曲线如图6所示.可以看出,地铁区间浅埋暗挖法施工引起的地层损失率大致在0.19%~2%之间,均值为1%.地层损失率均小于2%的原因主要是由于北京地区的地质条件相对较好,且浅埋暗挖法施工技术比较成熟,施工中能够有效的控制地层变形.地铁区间浅埋暗挖法施工引起的沉降槽宽度参数K通过拟合的值为0.348,无截距拟合K值主要集中在0.43附近,由于难以考虑地层因素和施工因素,所得的数据散点比较分散,K值大致分布在0.28~0.62之间.目前,北京地铁暗挖区间隧道施工中多以30 mm作为地表沉降的控制标准,但通过1 497个地表沉降测点的现场实测,发现超出控制标准的测点数占到总测点数的54%,且集中在隧道开挖跨度大或者地面环境简单(比如郊区、空旷地带等)等区域,且“超标”的地表沉降对地面环境的影响并不大.这说明将北京地铁区间隧道地表沉降控制在30 mm以下在目前施工水平下是完全可以办到的.同时也说明有时将区间隧道地表沉降控制在30 mm以下是没有必要的,这个“控制标准”较为苛刻.严格的地表变形控制标准势必需要加强相关辅助施工措施,增大建设成本.这使得地铁区间隧道地表沉降控制标准在很多情况下并不能发挥其“控制标准”作用.因此,当前的控制标准与施工技术水平、地层稳定性要求不能很好匹配,应该对其进行适当调整.根据本文对北京地铁5号线、10号线区间隧道地表沉降的统计分析,若不考虑地面重要建筑物的环境要求,在当前的工程地质条件和水文地质条件下,北京地铁浅埋暗挖区间隧道地表沉降控制标准采用40 mm是比较合理可行的.根据浅埋暗挖隧道施工过程控制和变位分配控制原理的要求,应对区间隧道地表沉降采用3级控制:预警、报警和极限.北京地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降控制极限值取40mm.预警值取极限值的60%为24 mm.预警值之后,施工方应采取有效措施控制地表沉降.报警值取极限值的80%为 32 mm.报警之后,施工方必须进一步采取措施,加强支护参数,优化施工方案以控制地表沉降.若地表沉降超过极限值,则要立即停止施工,严重时启动紧急预案,并组织参建各方及有经验的专家讨论下一步的施工方案,必要时采用补偿、恢复抬升措施.本文首先讨论了浅埋暗挖隧道施工引起地表沉降的时空效应和沉降机理,然后通过对北京地铁5号线和10号线24个区间隧道地表沉降值的统计分析,阐述了地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的一般规律,并提出了较为合理可行的地表沉降控制标准,得出主要结论如下.1)浅埋暗挖隧道地表沉降具有明显的时空效应,应分时段、分区域的认识其发展演化过程.2)浅埋暗挖隧道地表沉降的发生机理可归结为开挖地层损失沉降、地层失水固结沉降和次固结沉降,施工中应根据沉降机理采用相应的控制技术.3)根据本文制定的地表沉降测点选取原则得到北京地铁5号线和10号线24个浅埋暗挖区间隧道1 497个地表沉降的有效监测点资料,统计数据能反映北京地铁区间隧道地表沉降的真实情况.4)地表沉降最大值为 78 mm,均值为31.6 mm,沉降值小于40 mm的测点占测点总数的70%,且沉降测点比率分布曲线在沉降值为40 mm左右时曲线存在拐点,说明沉降在40 mm左右概率密度达到峰值.5)基于统计学的方法分析了北京地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降槽宽度参数和地层损失率的一般规律,并得出了地表沉降槽曲线反弯点距离与等效轴向埋深的关系曲线.6)在地面环境要求较小时,建议将北京地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降控制标准定为40 mm,并提出预警、报警和极限3级控制标准.【相关文献】[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.WANG Mengshu.Technology of Shallow Tunnel Excavation[M].Hefei:Anhui Education Press,2004.(in Chinese)[2]姚宣德,王梦恕.地铁浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的统计分析[J].岩石力学与工程学报,2006,25(10):2030-2035.YAO Xuande,WANG Mengshu.Statistic Analysis ofGuideposts forG round Settlement Induced By Shallow Tunnel Construction[J].Chinese Journal of Rock M echanics and Engineering,2006 ,25(10):2030-2035.(in Chinese)[3]施成华.城市隧道施工地层变形时空统一预测理论及应用研究[D].长沙:中南大学,2007.SHI Chenghua.Research on Time-Space United Calcu lation Theory o f Stratum Deformation for U rban Tunnel Excavation and Its Application[D].Changsha:Central South University,2007.(in Chinese)[4]王霆,刘维宁.地铁车站浅埋暗挖法施工引起地表沉降规律研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(9):1855-1861.WANG Ting,LIUWeining.Study on G round Settlement Induced By Shallow Metro Station Constructions[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(9):1855-1861.(in Chinese)[5]关继发.北京地铁5号线暗挖区间地表沉降分析及控制[J].现代城市轨道交通,2008(4):31-33. GUAN Jifa.TheM ining IntervalSurface Settlement Analysis and Control in Beijing Subway Line 5[J].U rban Mass Transit,2008(4):31-33.(in Chinese)。
开拓地下工程 见证时代变迁——记北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心教授王永红
开拓地下工程见证时代变迁——记北京交通大学隧道及地下
工程试验研究中心教授王永红
杜月娇
【期刊名称】《科学中国人》
【年(卷),期】2016(000)010
【摘要】盛夏的北京,烈日炎炎,记者如约在北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心见到刚刚抵京的王永红教授。
说走就走,已成为他的工作常态。
王永红的语速很快,笑声爽朗,话语间透露出他对工作的激情。
他述说着我国隧道地下工程的新发展,为记者描绘出一副壮美的宏图——不远的未来,地面上只有高速公路、绿草红花和蓝天碧云,而工厂、商场等设施都被将移至地下,那时,我们的生活环境或许会发生翻天覆地的变化。
"我的专业是隧道地下工程,我责无旁贷!"他的话语,掷地有声。
【总页数】3页(P68-70)
【作者】杜月娇
【作者单位】《科学中国人》编辑部
【正文语种】中文
【中图分类】TU94
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3.开疆辟土为祖国甘于奉献为人民——记我国著名隧道及地下工程专家王梦恕院
士 [J], 陈曦
4.我国城市隧道建设的发展——记隧道及地下工程学会第七届年会 [J], 范文田
5.隧道与岩土工程研究所隧道及地下工程试验研究中心 [J],
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地下工程专题序
地下工程专题序
北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心
【期刊名称】《力学学报》
【年(卷),期】2017(049)001
【摘要】进入21世纪以来,隧道及地下工程已成为土木工程最为活跃的学科方向,其作用和地位凸显,并在交通基础设施和城市轨道交通建设中发挥了关键作用.事
实上,正是复杂长大隧道和城市地下空间开发技术的突破才使得我国高速铁路、高速公路和城市轨道交通工程的大规模快速建设成为可能.在隧道及地下工程的安全
建造和安全服役中涉及诸多力学问题,其中包括:隧道围岩变形及致灾机理、支护与围岩作用机制及评价方法和地下结构的动力响应等,本刊组织了“地下工程专题”,主要介绍以下四个方面的研究进展:(1)
【总页数】2页(P1-2)
【作者】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心
【作者单位】北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心
【正文语种】中文
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1.2014中国隧道与地下工程大会(CTUC)暨中国土木工程学会隧道及地下工程
分会第十八届年会 [J],
2.2016中国隧道与地下工程大会(CTUC)暨中国土木工程学会隧道及地下工程
分会第十九届年会征文通知(第1号) [J], 中国土木工程学会隧道及地下工程分会
3.地下工程课程在土木工程专业的培养思路及教学效果探讨——以西南交通大学地下工程课程教学为例 [J], 王峰; 胡辉
4.开拓地下工程见证时代变迁——记北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心教授王永红 [J], 杜月娇
5.2018中国隧道与地下工程大会暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第二十届年会顺利召开 [J], 中国土木工程学会隧道及地下工程分会
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岩溶隧道综合超前地质预报应用研究.
第4卷第6期地下空间与工程学报Vol. 42008年12月Chinese Journal of Underground Space and Engineering Dec. 2008岩溶隧道综合超前地质预报应用研究3林传年1,2(1. 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京100044; 2. 湖北沪蓉西高速公路建设指挥部湖北恩施445000;摘要:岩溶隧道灾害预报是隧道快速安全施工的重要技术保障, 以沪蓉西高速公路齐岳山隧道为工程背景, 通过地质调查和分析, 利用TSP 地震波探测方法, 地质雷达探测和超前水平钻探对YK326+790~YK329+810岩溶发育和岩性变化段进行了预报, 基本探明了掌子面前方岩溶发育情况和岩性变化带, 为及时制定处理预案提供了科学的依据。
关键词:综合超前地质预报; TSP ; 地质雷达; 超前钻探中图分类号:P64文献标识码:A文章编号:167320836( 0621086205R esearch on Application of L 1,2(1. School of and , B ei j ing J iaotong Universit y , B ei j ing 100044, P. R. China;2. Const of West S ection of H u 2Rong Ex p ressw ay , Enshi , H ubei 445000, P. R. ChinaAbstract :disaster forecast of karst tunnels is an important technical support to safe and fast tunnel constructions. Based on the engineering background of Qiyue Mountain Tunnel in the west section of Hu -Rong Highway , through geological survey and analysis , and using Tunnel Seismic Prediction method , ground penetrating radar , an advanced drilling geological prediction detection was done on the area of YK326+790~YK329+810, and in f ront of the tunnel face , karst development area and lithology changes belt have been essentially detected. A scientific basis of timely treatment plans are provided.K eyw ords :comprehensive advanced prediction ; TSP ; ground penetratingradar ;advanced drilling geolog 2ical prediction1引言长大隧道由于埋深大、洞线长, 往往施工前期的勘查工作十分困难, 难以查清隧道沿线的水文、地质条件, 这将直接导致施工期间隧道地质灾害的突发。
盖挖法基坑上跨既有地铁盾构隧道方案研究
盖挖法基坑上跨既有地铁盾构隧道方案研究
吴彬;付春青;彭华;马文辉;杨纬华;刘猛;刘彤
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()9
【摘要】盖挖法基坑上跨既有地铁隧道施工势必导致既有隧道变形,依托北京某深大基坑工程,采用了ANSYS软件建立三维有限元模型,模拟了盖挖法基坑施工过程,讨论了注浆加固和围护桩参数变化对既有隧道变形的影响。
研究表明:(1)注浆加固能够显著减小既有地铁隧道的变形。
(2)围护桩参数的改变对既有地铁隧道变形的影响变化较小。
【总页数】4页(P200-203)
【作者】吴彬;付春青;彭华;马文辉;杨纬华;刘猛;刘彤
【作者单位】北京市轨道交通建设管理有限公司;北京城建轨道交通建设工程有限公司;北京交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】U455.4
【相关文献】
1.上跨既有地铁盾构隧道的深基坑开挖支护技术
2.滨海软土层新建地铁盾构隧道近距离上跨既有地铁\r隧道修建技术
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地下工程测量中联系测量的一种计算方法
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裴书琦
【期刊名称】《铁道勘察》
【年(卷),期】2010(036)006
【摘要】提出了联系方向角的概念,可将地下工程测量中的支导线转化为附合导线,进而通过严密平差增强测量成果的可靠性,提高贯通测量精度.
【总页数】3页(P4-6)
【作者】裴书琦
【作者单位】大连九成测绘信息有限公司,辽宁庄河,116400
【正文语种】中文
【中图分类】TB22
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1.三角高程测量在地下轨道交通工程联系测量中的应用 [J], 宋超;熊琦智
2.联系测量在地铁工程测量中的应用 [J], 郭永毅
3.联系测量在地铁工程测量中的应用 [J], 陈燚
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北京交通大学土木工程认识实习报告----------------------隧道及地下工程姓名:房思奇学号: 10231039学院:土建专业:土木工程班级:土木1003班指导教师:贺少辉实习名称: 隧道及地下工程认识实习实习时间:2011年10月30日实习单位:北京交通大学评阅教师评阅意见评阅成绩:评阅教师:年月日一.前言地下工程,广义上来讲,是指建造在地下(岩体或土体中)的所有建筑物,但是一般把矿井和矿山巷道等地下构筑物排除,单指建造在地下的工业、交通、民用和军事建筑物;隧道,严格来说,只是地下工程的一大类,但因其在地下工程中占有绝对多的数量和特殊的重要性,往往将其与地下工程并列而称为隧道与地下工程。
隧道与地下工程因其建造于地下,不同于地面结构,由支护结构以外的岩体或土体(称作围岩)、支护结构以及支护结构(衬砌)所围成的空间组成。
由于地质条件以及周围建筑环境的多样性和复杂性,需要采用的施工方法和建造工艺也有多种,故隧道与地下工程的结构形式和施工方法多样.认识实习是土木工程教学计划中第一个实践性教学环节,所以对学生建立正确的专业思想,树立正确的专业知识学习态度有极其重要的影响作用。
实习主要有两方面:参观具有代表性的桥涵隧道和铁路,以及听老师的讲解。
建立一个专业基础,对将来的学习将会有很大帮助,因为等将来一开专业课我们都能联想起来这几次实习所见到的东西,所以我们都很高兴能有这些宝贵的实习机会。
工程地点:妙峰山及市内工程概况: 经过妙峰山的京通铁路于1972年10月开工兴建,1977年12月4日全线铺轨通车,1980年5月1日正式建成交付运营。
历经8年时间。
整个施工过程分为三个阶段:即施工准备1年半,主体工程4年,配套工程2年半。
铁路线由铁道部第三勘测设计院设计,由铁道兵部队先后调集的八、九、十一、十三、十四师和舟桥团、机械团及工程通信营担任施工,由铁道兵东北指挥部组织指挥,铁路沿线省、市动员民工配属部队施工,最高时施工人数达到20余万人。
二.实习内容2011年10月30日,这是我们实习的第三天,今天在老师的带领下我们将要去妙峰山的铁路隧道进行实习.依旧是一个多小时的车程,我们来到了北京市郊-----妙峰山,刚刚下车只见眼前一座山峰高高耸起,上面题着”妙峰山”三个大字.老师在前面带路,我们跟着老师从一个护坡爬上了铁路,老师告诉我们要注意脚下安全,这里随时会有列车经过,大家听到列车从远方驶来要及时躲开,避免事故发生.附近的铁路有两段隧道,分别是马蹄形和共性隧道。
隧道口无衬砌的马蹄形隧道口,由于地处于“反倾地层”构造,有利于边坡的稳定性所以在地铁修建以及隧道设计中并未加以防护。
然而,对于拱形的隧道口,隧道口内做了衬砌,此地层灰岩居多,节理发育,并且岩层正倾,层与层之间容易由于地震以及其他外力作用扰动下进行层间的顺层滑动,不利于边坡的稳定性,所以又做隧道口的混凝土加固以防地质灾害对铁路的破化作用,这一点在铁路的选线设计,以及隧道设计中尤为重要。
除此之外,我们在后面的实习中看到:在铁路隧道的出口,有时由于岩层的不稳定,还会有防护墙,防护墙的颜色有深色的还有浅色的。
这个其实与修筑的年代有关系。
在下层颜色较为深的地方,修筑年代较近,而在上部,修筑年代较为久远。
并且,同时也可以看出,该处的岩层很不稳定,破损严重,正因为这样,才会增加护坡,提高防护墙的高度以保证安全。
沿着铁路线一直往前走,老师还讲到了有关隧道的知识,总结如下:隧道工程的分类隧道的种类繁多,按照存在的环境(所处的地质条件),埋置的深度、修建的场所、长度和用途将隧道划分为多种类型。
1.按存在的环境(所处的地质条件)分类土质隧道:在土层中修建的隧道;石质隧道:在岩体中修建的隧道。
2.按埋置的深度分类浅埋隧道:埋置深度浅的隧道,一般指埋深(地面到隧道拱顶的距离)小于2倍坍落拱高度的隧道;深埋隧道:埋置深度大的隧道,一般指埋深(地面到隧道拱顶的距离)大于2倍坍落拱高度的隧道。
3.按修建的场所分类山岭隧道:在山体中修建的隧道;城市隧道:在城市地面以下土层或岩体中修建的隧道;水底隧道:为了跨越江河湖泊和海峡等修建的隧道。
4.按长度分类特长隧道:全长在10,000m以上的隧道;长隧道:全长 3000m以上至 10,000m的隧道;中长隧道:全长500m以上至3000m的隧道;短隧道:全长 500m及以下的隧道。
5.按用途分类铁路隧道:在铁路线上修建的隧道;公路隧道:在公路线上修建的隧道;地下铁道:为解决大城市交通拥挤问题,在城市地下修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通。
航运隧道:当运河需要跨越分水岭时,为克服高程障碍、缩短航运距离和改善航运条件而修建的隧道;人行地道:在城市闹市区供行人从地下穿越地面道路而修建的隧道;水工隧道:它是水利枢纽的一个重要组成部分,包括:(l)引水隧道:水电站为将水引入发电机组而修建的隧道;(2)尾水隧道:为把发电机排出的废水送出去而修建的隧道;(3)导流隧道或泄洪隧道:水利工程中,为疏导水流或补充溢洪道流量超限后的泄洪作用而修建的隧道;(4)排沙隧道:为冲刷水库中淤积的泥沙,把泥沙级带送出水库而修建的隧道;市政隧道:城市中为安置各种不同市政设施而修建的地下孔道。
包括:(1)给水隧道:为容纳城市自来水管道而修建的地下孔道;(2)污水隧道:为排除城市生产、生活污水而修建的地下孔道。
(3)管路隧道:城市中为容纳煤气、暖气、热水等管道而修建的地下孔道;(4)线路隧道:城市中为容纳输送电力的电线以及通讯的电线而修建的地下孔道,也有将以上四种隧道合建成一个大隧道,称之为“共同沟”。
工程的优缺点:优点:1.缩短线路长度,减少能耗;2.节约土地资源;3.有利于环境保护;4.保证行车安全;5.不受气候影响,提高防护能力;6.不影响水路交通。
缺点:1.造价较高;2.施工期限长;3.施工作业环境和条件较差;4.附属设备能耗大。
除了上述的理论知识,我们还了解到了隧道工程的发展,从中深刻体会到了隧道工程对于生产生活的推动作用。
沿着铁路一直往前走,我们发现铁轨的一边已经锈迹斑驳,而另一边却被磨得发亮,这是因为这是我们处于弯路地段,列车在转弯时作曲线运动需要外轨提供的应力提供其向心加速度.看到铁轨下面的碎石有同学好奇的问:铺这些碎石的作用是什么? 这个问题我以前有所了解,就向他细心介绍到:⒈把火车的重量得到平均分散⒉以防路轨因受压太大而下陷到泥土里,令路轨更稳实⒊避震⒋减低噪音⒌容易排水⒍吸热:尖石形状非常不规则,这样的石头容易碎裂,如此一来,就可以因为石头的碎裂而吸收掉火车通过时所产生的高热;如果铺的是圆润光滑的石头,因为不容易碎裂,吸热的效果就不好了.回去又查了下详细资料:铁轨下面叫道床.道床由石碴构成,可以起到减震的作用.若铁轨直接铺在土层上,则道床没有强度,很快就会损坏;若铺在混凝土上,则道床没有弹性,钢轨和车辆亦很快损坏.故石碴构成道床是最好选择.七十年代末期开始,对车站月台区域的道床进行了改造,改为混凝土整体道床.这是因为在月台这一段,列车速度已极低,减震已不是主要矛盾,而石碴道床却因不便打扫清洁,使站区卫生情况不好.故改为整体道床.使站区利于清扫.火车的铁道上面放小石头,其最主要的用意是分散震动的力量,亦有增强排水功能。
轨道是用枕木〔现用pc枕〕固定钢轨的轨距,铺设小石头是让火车通过时所产生的震动分散,使钢轨的轨距不变,使列车不致产生出轨现象,另铺设小石头亦可在雨天时,与水可迅速排除。
石头的正确名称为道碴。
铁路之铁轨铺设现今并不一定要铺设石头,现有直接铺设水泥,称为版式轨道,台北的捷运即为该铺设方式。
石头是向合法的砂石厂商购买,台湾的石碴大部分是采自浊水溪上游,采后筛选后方可铺设。
桥.防止洪水将路基冲毁.就这样参观隧道之后我们又向朝阳公园正在修建的14号线地铁站出发.只见眼前出现一个大坑,坑里无数管子,听老师说这是为了支撑两边,墙两侧的土应力会很大,如果不支撑就容易导致坍塌.回到学校我找到了一些关于地下工程的相关知识:地下工程的分类按照功能、存在的环境、建造方式、施工方法和修建的场所可将地下工程划分为多种类型。
l.按功能分类工业地下工程:建造于地下的各种工业工程,包括各类地下工厂、车间、电站等;交通地下工程:建造于地下的各类交通工程,包括各种铁路和公路隧道、水底交通隧道、城市地下铁道、人行通道等;民用地下工程:建造于地下的各种民用工程,包括地下商业街、地下商场、地下车库、影剧院、展览馆、餐厅、体育馆,以及一些其它公共建筑、人民防空工程等。
仓储地下工程:建造于地下的各种仓储工程,包括各种地下储藏库如油库、液化气库、热库、冷库、档案库、物质库、放射性废物库等;公用和服务性地下工程:建造于地下的公用和服务性地下工程,包括地下自来水厂、污水处理站、给排水管道、热力和电力管线、煤气管道、通讯电缆管道等;军用地下工程:建造于地下的各种军用工程,包括各种野战工事、指挥所、人员和武器掩蔽所、军火和物质库等。
2.按存在的环境分类岩石中的地下工程:建造于岩体中的地下工程;土体中的地下工程:建造于土体中的地下工程。
3.按建造方式分类单建式地下工程:独立建造在地下岩体或土体中,在地面以上没有其它建筑物;附建式地下工程:与地面建筑场一起修建的地下工程,主要指各种地面建筑的地下室部分。
4.按施工方法分类明挖地下工程:明挖法施工的地下工程;盖挖地下工程:盖挖法施工的地下工程;暗挖地下工程:暗挖法施工的地下工程。
5.按修建的场所分类城市地下工程:在城市地面以下土层或岩体中修建的地下工程;山区地下工程:在山区地面下修建的地下工程。
隧道与地下工程的组成1.隧道与地下工程的组成隧道与地下工程由支护结构(衬砌)以外的围岩、支护结构(衬砌)和衬砌围成的内部空间组成。
隧道衬砌:隧道开挖后,为使围岩稳定,确保运营安全,需按一定轮廓尺寸建造一层具有足够强度的支护结构,这种隧道支护结构称为隧道衬砌。
常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬砌。
复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后,再就地灌注一层混凝土,形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。
如遇有水地段可在两层支护间加挂一层塑料板或做其他防水层。
发展趋势:在隧道工程中,喷锚支护有可能取代构件支撑。
喷锚支护的主要优点是支护及时,安全可靠,并能大量节约木材和钢材。
欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后,采用长锚杆结合喷混凝土做支护,已获得成功。
中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。
自喷锚支护发展后,对较弱岩层也可进行全断面开挖,以全断面开挖取代分部开挖。
在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌,其质量好坏首先取决于光面爆破。
运用新奥法原理,考虑围岩自身承载能力,可在坑道爆破后尽早采用单喷或喷锚作初期支护,随即连续量测位移,判定围岩基本稳定时间,再进行二次支护,这样可以建成较经济的衬砌结构。