地铁与隧道施工力学2

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建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应

第39卷，第4期 2 0 1 8年7月中国铁道科学 CHINA RAILW AY SCIENCEVol .39 No . 4Ju ly , 2018文章编号：1001-4632 (2018) 04-0014-08建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应汪成兵，邵普，周宁(交通运输部公路科学研究院，北京100088)摘要：以北京某地铁车站为工程背景，采用1:20大比例模型试验与数值模拟的方法，对地面3层框架结构建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应进行研究，模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。

结果表明：地表及建筑物顶部沉降、地表水平位移在中洞开挖支护期间最大，侧洞开挖支护期间次之，而中洞二衬期间最小；施工完成后，车站拱底水平应力、垂直应力、侧壁附近水平应力减小，侧壁附近垂直应力增加；建筑物立柱下部垂直应力变化值较上部大，外侧横梁水平变化值比中间横梁大；中洞开挖支护完成时围岩塑性区主要分布在建筑物基础附近的围岩及侧洞未开挖土体，随着施工的进行建筑物基础下方围岩塑性区向车站方向进一步发展，车站施工完成后围岩塑性区发展到车站边界。

关键词：地铁车站；地面建筑物；中洞法；施工力学效应；模型试验中图分类号：U 231.4 文献标识码：A doi ： 10. 3969/j . issn . 1001-4632. 2018. 04. 03随着城市地铁建设的迅猛发展，新建隧道不可避免地会下穿地面建筑物，其中地铁车站穿越地面建筑物的问题具有一定的代表性。

目前对隧道下穿地面建筑物的研究主要集中在建筑物沉降预测、安全控制等方面，且多为地铁区间等小断面隧道[16]，对地铁车站等大断面隧道下穿地面建筑物的研究较少。

地铁车站因其开挖断面大、施工工序繁多，其施工力学效应也更加复杂，地表沉降控制相对更严格，因此采用合理的暗挖施工方法相当重要。

中洞法作为浅埋暗挖法中比较常用的一种工法，在地铁车站施工中得到了广泛的应用，如北京地铁5号线磁器口车站和蒲黄榆站等均采用该工法施工。

地铁盾构隧道纵向结构力学

地铁盾构隧道纵向结构力学
地铁盾构隧道的纵向结构力学是指该隧道在纵向方向上所受到的力学力和应力的分析和计算。

地铁盾构隧道的纵向结构力学主要涉及以下几个方面：
1. 自重和地表荷载：地铁盾构隧道在纵向方向上受到自身的重量以及地表上的荷载作用，这些力对隧道结构形成的应力进行分布和影响。

2. 水平耐力：地铁盾构隧道通过受到地下水压力的作用，需要具备足够的水平耐力来抵御侧向力和水压力。

3. 温度影响：地铁盾构隧道的纵向结构应考虑到温度的影响，因为隧道工程往往会伴随着温度的变化，这会引起隧道结构形态和应力的改变。

4. 地震力：地铁盾构隧道的纵向结构设计还需要考虑地震力的影响。

地震会对隧道结构产生动力荷载，需要对隧道结构进行抗震设计和计算。

5. 其他各类外力：地铁盾构隧道的纵向结构还需要考虑其他各类外力的影响，如交通载荷、管线移动等。

综上所述，地铁盾构隧道纵向结构力学是一个复杂的工程学科，需要综合考虑多种影响因素，进行分析、计算和设计，以确保隧道的结构安全和稳定。

隧道结构的力学分析与设计

隧道结构的力学分析与设计隧道是地下人工结构中常见的一种，其基本功能是为了通行或者储藏等目的，常常与地铁、水利工程等密切相关。

隧道施工需要考虑的诸多因素中，结构稳定性和力学强度是设计的两个关键点。

隧道因其特殊的地理位置，地下水压力、地面荷载、周围岩土等多种外力作用会对其产生不同程度的影响，因此需要进行力学分析与设计。

一、隧道的力学特性隧道在各种地质条件下均存在受力的情况，它的应力特点是集中在围岩表面，并且受到侧向和周向的阻力。

隧道内部的强度应与围岩强度和稳定性相匹配，这在设计隧道结构上是必须要考虑的问题。

在分析隧道的力学特性时，通常需要考虑以下几点：1. 隧道的形状和大小；2. 围岩的物理性质和力学特性；3. 隧道所受的外力，如水压力、地面荷载等；4. 隧道所使用的材料和施工工艺；5. 隧道的使用寿命和耐久性。

二、隧道结构的力学分析隧道结构的力学分析是设计工作中的关键步骤之一。

它是指通过对隧道受力状态的分析，确定隧道结构的质量和稳定性是否达到设计要求的一种方法。

通常的工作流程包括以下几个步骤：1. 确定隧道的受力状态。

这包括隧道施工前和施工中所受的外力，以及隧道使用期间的荷载情况。

2. 确定隧道所受的应力及位移状态。

通过数学模型及地形图等手段建立模型，推算隧道所遭受到的压力、应变、位移等。

3. 推算隧道的强度和稳定性。

根据隧道所需承受的荷载和受力状态，进行强度和稳定性的分析。

4. 设计隧道的结构形式和材料。

根据隧道所需承受的荷载和受力状态，确定适合隧道的结构形式和材料。

5. 完成设计方案和建议。

依据上述分析，完成隧道结构设计方案和相关建议，并报告给相关的设计和决策部门。

三、隧道结构设计隧道结构设计通常是一项复杂的任务，它包括了建筑工程、土木工程、力学分析、地质勘探等多个方面。

因此，在设计隧道结构时，应该从多个方面考虑。

1. 隧道的外形和尺寸。

这是一个基本问题，需要考虑隧道的使用需求和周围的地质状况等因素。

隧道地铁开挖过程中的数值模拟与施工技术

隧道地铁开挖过程中的数值模拟与施工技术隧道地铁的建设是一项复杂而重要的工程，其中数值模拟与施工技术起着关键作用。

本文将介绍隧道地铁开挖过程中的数值模拟技术以及相关的施工技术，以期能够更好地理解和应用于实际工程中。

一、数值模拟技术隧道地铁的开挖过程涉及到地质、土力学、结构力学等多个学科领域的知识。

为了准确预测开挖过程中的地表沉降、地下水位变化、支护结构变形等情况，需要使用数值模拟技术进行分析和计算。

数值模拟技术主要包括有限元法、边界元法、离散单元法等。

有限元法是其中应用最广泛的一种方法，它将隧道及周围土体划分为有限个小单元，并通过数学方程来描述各个单元的力学行为。

通过求解这些方程，可以得到开挖过程中的应力、位移、变形等参数。

在数值模拟中，需要准确输入土体和岩体的力学参数，如强度、刚度等。

这些参数可以通过现场勘探和实验室测试得到，也可以通过文献和经验值进行估计。

此外，还需要考虑开挖过程中的施工序列、施工方法等因素，以便更准确地模拟实际情况。

通过数值模拟，可以评估开挖过程中的地表沉降、地下水位变化等影响因素，为隧道地铁的设计和施工提供科学依据。

同时，数值模拟还可以用于优化支护结构设计、预测施工风险等方面，提高工程的安全性和经济性。

二、施工技术隧道地铁的施工技术包括开挖方法、支护结构、施工工艺等方面。

不同地质条件和工程要求，需要采用不同的施工技术。

1. 开挖方法隧道地铁的开挖方法主要有盾构法、爆破法和钻爆法等。

盾构法适用于软土、淤泥等地质条件，通过盾构机进行土体开挖和支护。

爆破法适用于坚硬岩石等地质条件，通过爆破药物破坏岩石，然后进行清理和支护。

钻爆法结合了盾构和爆破的优点，适用于复杂地质条件。

2. 支护结构隧道地铁的支护结构主要包括钢支撑、混凝土衬砌、预应力锚杆等。

钢支撑是常用的一种支护方式，通过钢梁和钢板进行固定和支撑。

混凝土衬砌是另一种常见的支护方式，通过预制或现浇混凝土构件进行支护。

预应力锚杆是一种较新的支护技术，通过张拉预应力锚杆来增加地下结构的稳定性。

地铁隧道洞桩法施工边桩力学效应的参数敏感性分析

埋深等参数对这两种力学效应有较大影响。通过数值模拟分析，研究边桩力学效应对桩间距、桩径及桩底埋深的敏感性。研究结果表明：增大桩径和减小桩间距能减小桩身横向位移，但位移减小速度会逐渐
变慢；桩径增大使最大弯矩增大，增大速度也会逐渐变慢；加大桩间距会使最大弯矩急剧增大，合理桩间
应，边桩的间距、直径、桩底埋深等对这两种力学效应有较大影响。因此，研究桩身变形、桩身最大弯矩等对边桩参数变化的敏感性对边桩参数的合理选择
具有一定的理论与应用价值。
地层
软件中包含多种结构单元，如梁单元、桩单元、锚杆单
２０１３年第８期
瞿万波等：地铁隧道洞桩法施工边桩力学效应的参数敏感性分析
６３
拱竖
ｒ＋＋＋＋＋、
２计算结果分析
收稿日期：２０１２－１２ — ２１；修回日期：２０１３．０５ — ２３
１．２模型参数采用有限差分软件ＦＬＡＣ进行模拟分析。ＦＬＡＣ
基金项目：国家自然科学基金重点项目（５０３３４０６０）作者简介：瞿万波（１９７４一），男，重庆人，副教授，博士。

既有隧道改造为地铁的施工力学效应研究

Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６５９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｉｔｉｓｔｈｅｉｒｆｓｔａｔｔｅｍｐｔｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｉｖｉｌａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｅｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇ
理的；（２）应力最大值的出现位置：单侧扩挖出现在破除边墙的一侧靠近拱顶部位（最大值为２．６５ＭＰａ），双侧扩挖出现在破除边墙处和仰拱边墙交界处（最大值达到２．７９ＭＰａ）；（３）单侧扩挖与双侧扩挖对隧道结构的沉降影响有明显的差异，具体表现在结构的最大沉降值及产生部位均有不同；（４）通过对比发现，两种施工
ＤＵＡＮＢａｏ —ｆｕ，ＷＵＳｈｅｎｇ—ｚｈｉ，ＺＨＵＹｉｎｇ—ｌｅｉ，ＳＯＮＧＬｅ—ｃｈｕｎ，ＬＩＨｕａｎ —ｚｈｅｎ
（１．ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６５９０，Ｃｈｉｎａ；２．ＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ

青岛地铁小净距隧道动态施工力学行为

青岛地铁小净距隧道动态施工力学行为研究摘要：以在建“青岛地铁”非对称小净距隧道为依托，采用数值模拟，深入研究非对称小净距隧道变形特性、力学响应，总结台阶法、crd法施工全过程力学行为规律。

得出主要结论：(1) 后行洞(断面大)施工对先行洞(断面小)拱顶和仰拱基本没有影响，先行洞变形主要受自身施工控制，其中关键控制步为ⅲ区和临时支撑的拆除，会导致地表和拱部沉降突变，同时crd法能有效减少洞身变形。

(2) 对于先行洞而言，中岩墙侧支护结构轴力大于背离中岩墙侧，弯矩和安全系数小于背离中岩墙侧。

对于后行洞而言，中岩墙侧支护结构轴力和弯矩小于背离中岩墙侧，安全系数大于背离中岩墙侧。

(3) 应采用非对称设计，加强先行洞中岩墙侧支护参数，而后行洞支护设计而言，背离中岩墙侧需加强参数，与先行洞规律相反。

(4) 围岩塑性区范围随施工步不断扩展，最终塑性区主要集中在中岩墙处，进一步验证中岩墙加固能有效提高小净距隧道整体稳定性，crd法可有效度减小塑性区。

研究成果对青岛地铁小净距隧道有指导意义，为今后类似非对称小净距隧道工程设计和施工具有参考价值。

关键词：小净距隧道施工力学支护优化中岩墙稳定性1引言随着我国城市地铁的飞速发展，隧道间的最小净距所带来的选线、土地征用、环境保护等多方面的矛盾日益突出，小净距隧道由自身独特的优点得到了大量的应用。

在地形基本对称时，非对称小净距隧道只受结构偏压和施工偏压的作用，合理的施工方法可以减小其偏压作用，提高自身整体稳定性。

目前学者对小净距隧道研究主要集中在爆破振动控制、量测和对开挖的数值模拟等方面，而对非对称小净距隧道动态施工力学行为研究较少。

从目前取得成果看，对小净距隧道施工过程中力学响应、变形等特性规律认识明显不足，更缺乏系统深入的研究，难以满足我国城市地铁隧道大规模建设需要。

因此，对非对称小净距地铁隧道动态施工力学行为研究具有重要理论意义和实践价值。

2工程概况青岛地铁北端与团岛端接线分离式隧道地下相接，工程设计起点（右线yk2+730，左线zk2+755），路线以隧道形式沿团岛路向南，下穿部队营区，进入海底向西南，穿越胶州湾湾口，在接近薛家岛时上岸(右线半径为4945m)，于北庄村和后岔湾村之间出洞。

地铁隧道施工中的应力与变形分析

地铁隧道施工中的应力与变形分析地铁交通作为现代城市最重要的公共交通方式之一，其建设涉及到许多重要的工程技术。

其中，地铁隧道的施工是一个关键环节。

在地铁隧道施工中，应力和变形是需要仔细分析和把控的重要问题。

本文将就地铁隧道施工中的应力与变形问题展开讨论。

一、地铁隧道施工中的应力分析1. 应力来源地铁隧道施工中的应力主要来源于以下几个方面：首先，土体的自重产生的重力应力；其次，地面荷载带来的迁移应力；再次，对开挖面施加的支护结构引起的支护应力；最后，邻近建筑物的荷载引发的附加应力等。

2. 应力分布地铁隧道施工中的应力分布是一个复杂而关键的问题。

隧道内部的应力分布主要受到地层的物理性质、土体的力学特性以及地铁隧道的几何形状等因素的影响。

通常情况下，隧道顶部和两侧的应力较大，而底部的应力较小，呈现出一个中间较高、两侧较低的分布特点。

3. 应力计算地铁隧道施工中的应力计算是一个重要而复杂的过程。

一般来说，可以采用有限元分析等数值模拟方法进行应力计算。

首先，需要建立合理的地质模型和隧道结构模型；然后根据边界条件和加载条件设置合理的参数；最后进行数值模拟计算，并对结果进行分析和评估。

二、地铁隧道施工中的变形分析1. 变形形式地铁隧道施工中的变形主要表现为隧道在开挖过程中的沉降、收敛和挠度等形式。

沉降是指土体下沉导致地面表面的相对变形；收敛是指隧道的周围土体在开挖过程中逐渐向隧道收拢；挠度是指隧道结构在施工过程中受到的弯曲变形。

2. 变形影响因素地铁隧道施工中的变形受到多个因素的影响。

首先，地质条件是影响变形的关键因素之一，包括土层的物理性质、地下水位等；其次，施工方法和工艺对变形有较大的影响，如开挖方法、支护结构的设计等；还有地铁隧道自身的几何形状和尺寸等。

3. 变形控制与监测为了保证地铁隧道工程的安全和稳定运行，必须对变形进行有效的控制和监测。

在施工过程中，可以采用逐步开挖法、预应力锚杆等技术手段来控制变形的发展。

隧道工程施工过程中的力学分析

隧道工程施工过程中的力学分析摘要：在城市里建造地铁隧道，从开始到结束基础设施项目，必然会有很长的时间。

随着城市地铁隧道的挖掘，城市地下岩石和土壤的原始物理和机械平衡将会改变。

通过重新调整和改变内部岩石和土壤物理机械的因素，在建设过程中达到了新的平衡和稳定状态。

因为建筑工程的实行过程无法跳离三维空间去实施的，因此大小问题随着时间和空间的变化而变化。

除了修建地铁隧道外，其他项目，如公路隧道、甚至地面建筑、构筑物及其基础都是暂时性的，必须考虑到设计、研究对象和装载方法随着时间的推移而改变产生的后续影响。

因此，本文介绍了一种方法来分析隧道建筑过程的力学情况，并通过一种更接近实际工程的理论研究策略来分析隧道的建造过程。

关键词：隧道；施工工程；力学特点；作用分析引言：由于国家经济的快速发展和西部发展战略的实施，高速公路的交通大幅增加，现有线路的技术转型在建设中占有重要地位。

在重建现有线路的过程中，现有的隧道作为控制项目作为线路的重建也必须同时进行重建。

由于地质学地形和建筑条件的限制，在许多情况道路部分下不可能修建内容为重复修线的项目工程。

我们需要扩大现有的隧道，扩大现有隧道的自由部分，以增加通过车流量，以此来满足日益增长的行车需求。

目前，对现有隧道扩大计划的研究仍然非常罕见，因此对现有隧道的力学研究尤其重要。

[1]1.隧道的概况隧道是一种地下建筑，与地面建筑明显不同。

这一区别在很大程度上反映出，它的建造和随后的工作通常是在山区环境中进行的，具有一定的应力和应力场的历史[2]。

在隧道挖掘和建造之前，在岩层本身就有一个初始的应力场，经过长时间的整合过程，应力能随应力场的深度而变化。

隧道的开采，特别是岩石周围脆弱的土壤中的隧道，严重破坏了基层应力场的平衡状态。

[3]1.隧道施工过程中面临的状况隧道的挖掘产生了大量的岩石，最初受到一定的压力，导致该隐周围的岩石边界从最初的固定和稳定边界转变为原始的固定和稳定边界。

因此，周围的品种做出了相应的反应。

地铁车站站台暗挖隧道下穿城市快速路的施工力学分析

表 1 材料物理力学参数指标
材料名称
弹性模量重度 γ 泊松比粘聚力内摩擦角 E（ MPa）（ kN·m－3 ） μ c（ kPa）（ °）
公路路面
28000
25. 0
0. 25
/
/
杂填土
3. 0
19. 5
0. 35
10
10
黏土
20. 0
20. 5
0. 30
22
20
卵石土
36. 5
21. 5
0. 31
0
38
粉土
10. 0
18. 5
0. 28
21
22
泥岩
60. 0
23. 0
0. 21
60
41
管棚超前加固区 80. 0
22. 5
0. 25
50
40
喷射混凝土 29500
23. 0
0. 25
/
/
二次衬砌
30000
25. 0
0. 25
/
/
计算采用平面应变弹塑性本构模型、Mohr － Coulomb 准则和相关联流动法则，通过设置不同开挖步模拟隧道开挖阶段，并以对各开挖步在不同荷载增量步加设锚喷支护或衬砌结构来模拟支护施作时机的影响，由此达到对隧道开挖施工过程的模拟［7］。
隧道穿越土层主要为含卵石黏土、含黏土卵石、泥岩及局部粉砂，采用 CRD 暗挖法施工。共分为四个小导洞，上部两个小导洞采用台阶法加预留核心土法进行开挖，下部两个小导洞采用全断面法开挖。隧道初期支护形式为超前大管棚+超前小导管+350 mm 厚 C25 网喷混凝土的复合衬砌，二衬结构为 450 mm 厚 C30 现浇钢筋混凝土结构，隧道衬砌断面见图 2。

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析 (2)

天津地铁盾构隧道施工地层及结构变形特性分析天津市区地层富水软弱，地铁隧道普遍采用土压平衡盾构法施工，施工过程中，开挖面支护作用、盾壳—土体摩擦作用以及同步注浆作用对地层变形有重要影响。

邱龑通过分析深圳某地铁盾构隧道工程的现场监测数据，发现土仓压力与开挖面前方地层的变形和稳定性密切相关。

Lee[2]等通过分析上海某地铁盾构隧道施工的现场监测数据，发现盾壳—土体摩擦力和同步注浆充填率是影响地表沉降的关键因素。

因此，研究开挖面支护作用、盾壳—土体摩擦作用以及同步注浆作用对地层变形的影响规律，对地铁盾构隧道安全施工具有重要意义。

另一方面，盾构隧道衬砌椭圆化变形通常伴随着接缝张开[3]，若接缝变形超过容许值，则隧道防水难以满足要求。

郑刚[4]分析了某地铁区间在盾构施工过程中因管片环变形引发的管片接缝涌水、涌砂事故，致使区间右线隧道被淹，管片破损，地表大面积沉降。

因此，研究盾构施工参数对管片环椭圆化变形的影响规律，也对地铁盾构隧道安全施工具有重要意义。

数值模拟方法是研究隧道施工引起的地层及结构变形规律的重要手段。

目前，盾构法隧道施工精细化模拟方面的研究[5-9]基本涵盖了影响地层和管片环变形的主要施工要素，但是，已有的三维数值模拟方法大都做了较多简化。

本文在前人研究成果的基础上，提出一种盾构法隧道施工精细化模拟方法。

依据渗流—应力耦合原理，通过向等代层单元施加单元流量边界(流入)，模拟同步注浆过程；通过在盾壳单元上施加沿掘进方向的恒定节点速度，调动界面剪切耦合弹簧发挥作用，模拟盾壳—土体摩擦作用。

依托天津地铁6号线天托站—一中心医院站区间盾构隧道工程，模拟不同支护压力比、不同盾壳—土体摩擦系数、不同同步注浆率条件下的施工过程，研究关键施工参数对地层及结构变形的影响规律。

采用现场实测数据验证模拟结果的合理性。

1 工程概况天津市区地貌特征以冲积平原为主，第四系沉积层深厚，且具有明显的沉积韵律。

地层土性以粉质黏土、粉土和粉砂为主，局部地区分布有淤泥质软土。

工程力学模型在地铁隧道设计中的应用

工程力学模型在地铁隧道设计中的应用地铁是现代城市交通的重要组成部分，它的建设需要经过科学的规划和设计。

在地铁隧道设计中，工程力学模型的应用起到了关键的作用。

本文将探讨工程力学模型在地铁隧道设计中的应用，并分析其优势和局限性。

地铁隧道设计是一个复杂的工程过程，需要考虑多种因素，如地质条件、土壤力学特性、地下水位等。

在设计过程中，工程师需要预测地下隧道的稳定性、变形情况以及对周围环境的影响。

这就需要建立合适的工程力学模型来模拟地铁隧道的行为。

工程力学模型是一种用数学方法描述和预测工程结构或系统行为的工具。

在地铁隧道设计中，常用的工程力学模型包括有限元模型、有限差分模型和解析模型等。

这些模型可以通过计算机仿真来模拟地铁隧道的受力和变形情况，为设计提供可靠的依据。

首先，工程力学模型可以帮助工程师预测地铁隧道的稳定性。

通过建立合适的模型，可以模拟地铁隧道在不同地质条件下的受力情况，包括地下水位的影响、土壤的力学特性等。

这样可以预测地铁隧道在施工和运营过程中可能出现的问题，提前采取相应的措施，确保地铁隧道的安全性。

其次，工程力学模型可以预测地铁隧道的变形情况。

地铁隧道在施工和运营过程中会受到各种力的作用，如地震力、水压力等。

通过建立适当的模型，可以模拟这些力对地铁隧道的影响，并预测其变形情况。

这对于设计隧道结构和选择合适的材料非常重要，可以减少地铁隧道的变形和损坏，延长其使用寿命。

然而，工程力学模型在地铁隧道设计中也存在一些局限性。

首先，模型的建立需要大量的实验数据和参数，这对于一些特殊地质条件下的地铁隧道设计可能存在困难。

其次，模型的精确性受到多种因素的影响，如地质条件的变化、施工工艺的不确定性等。

因此，在使用工程力学模型进行地铁隧道设计时，需要结合实际情况进行合理的修正和调整。

总之，工程力学模型在地铁隧道设计中起到了重要的作用。

通过建立合适的模型，可以预测地铁隧道的稳定性和变形情况，为设计提供科学依据。

隧道结构力学计算第二版课程设计

隧道结构力学计算第二版课程设计一、设计背景隧道建设是现代城市发展的重要组成部分，其安全性和稳定性对人们生活和财产安全有着重要的影响。

在现代隧道工程中，使用计算机辅助设计和分析，已经成为不可或缺的工具。

掌握隧道结构力学计算方法，是隧道工程师必备的基本技能之一。

二、设计目标本课程设计主要目标是帮助学生掌握隧道结构力学计算的基本方法和技巧，了解隧道结构的受力机理和破坏机理，能够独立完成隧道结构的分析和设计计算。

三、设计内容1. 隧道结构受力分析1.1 隧道结构基本概念1.2 隧道结构荷载分析1.3 隧道结构受力计算方法2. 隧道结构设计计算2.1 隧道结构设计的基本原则2.2 隧道结构设计计算的基本步骤2.3 隧道结构设计中的重要问题3. 隧道结构施工过程中的力学计算3.1 隧道结构施工中的力学问题3.2 隧道结构施工过程中的力学计算方法3.3 隧道结构施工中需要注意的问题四、设计实施4.1 设计工具的选择本课程设计将使用MATLAB和ANSYS两种工具进行隧道结构力学计算和分析。

对于MATLAB，我们将使用其编程和计算功能进行力学计算；对于ANSYS，我们将使用其有限元分析功能进行结构分析。

4.2 设计步骤本课程设计将按照以下步骤进行：步骤一：选择隧道结构模型根据课程要求，选择一个隧道结构模型进行力学分析和计算。

步骤二：进行荷载分析根据隧道结构的实际情况，进行荷载分析，确定模型的受力情况。

步骤三：进行力学计算利用MATLAB编程和ANSYS有限元分析功能，进行隧道结构力学计算。

步骤四：检验分析结果对力学计算结果进行检验，判断分析结果是否合理。

步骤五：优化设计方案对于分析结果存在问题的隧道结构，进行优化设计方案，提出更加合理的设计方案。

步骤六：上传报告将课程设计报告上传课程平台，完成任务。

五、设计总结本课程设计旨在帮助学生掌握隧道结构力学计算方法，对于实际隧道工程具有重要的指导意义。

通过本课程设计的学习，不仅可以提高学生的理论水平，更可以培养学生的实践能力和创新能力。

地铁隧道施工课程设计思路

地铁隧道施工课程设计思路一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握地铁隧道施工的基本原理和工艺流程，了解施工中涉及的关键技术。

2. 使学生了解地铁隧道施工中各类设备的功能及操作方法。

3. 帮助学生了解地铁隧道施工的安全规范和质量标准。

技能目标：1. 培养学生运用地铁隧道施工技术解决实际问题的能力。

2. 提高学生在地铁隧道施工过程中进行项目管理和团队协作的能力。

3. 培养学生根据实际情况制定和调整施工方案的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对地铁隧道施工行业的兴趣和热爱，激发学生的学习热情。

2. 培养学生严谨、务实的工作态度，注重施工质量和安全。

3. 引导学生关注城市交通建设，认识到地铁隧道施工对城市发展的意义，增强社会责任感。

课程性质分析：本课程为工程技术类课程，旨在让学生了解并掌握地铁隧道施工的相关知识和技能，注重实践操作和工程应用。

学生特点分析：学生年级为高中，具有一定的物理、数学和工程基础知识，思维活跃，动手能力强，对新技术和新工艺充满好奇心。

教学要求：1. 结合教材，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。

2. 强化安全教育，培养学生遵循规范、注重质量的习惯。

3. 创设情境，激发学生兴趣，引导学生在实践中主动探索和解决问题。

二、教学内容1. 地铁隧道施工基本原理- 隧道施工方法分类及适用条件- 隧道施工力学原理- 隧道施工中的地质与环境问题2. 地铁隧道施工工艺流程- 施工前期准备- 隧道开挖与支护- 隧道衬砌施工- 隧道施工监控量测3. 地铁隧道施工设备与技术- 施工设备类型及功能- 隧道施工常用机械设备操作方法- 隧道施工新技术、新工艺介绍4. 地铁隧道施工安全管理与质量控制- 施工安全规程与措施- 施工质量控制要点- 隧道施工常见质量问题及处理方法5. 地铁隧道施工实践案例分析- 案例一：某城市地铁隧道施工全过程分析- 案例二：隧道施工中出现的问题及解决方法教学内容安排与进度：第一周：地铁隧道施工基本原理第二周：地铁隧道施工工艺流程第三周：地铁隧道施工设备与技术第四周：地铁隧道施工安全管理与质量控制第五周：地铁隧道施工实践案例分析教材章节关联：《工程技术基础》第三章：地下工程《工程地质与水文地质》第四章：隧道工程地质《施工技术与组织》第六章：地铁隧道施工《工程项目管理》第七章：工程项目质量控制与安全管理三、教学方法1. 讲授法：- 对于地铁隧道施工的基本原理、工艺流程、安全管理与质量控制等理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握课程的核心内容。

地铁隧道施工课程设计

地铁隧道施工课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解地铁隧道施工的基本概念、原理及工艺流程；2. 掌握地铁隧道施工的关键技术，包括施工方法、支护结构及其作用；3. 了解地铁隧道施工中的安全管理、环境保护和工程质量要求。

技能目标：1. 能够分析地铁隧道施工中可能出现的问题，并提出合理的解决方案；2. 能够运用所学知识，对地铁隧道施工过程进行简单的模拟和分析；3. 能够通过小组合作，进行地铁隧道施工项目的规划和设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对地铁隧道施工相关领域的兴趣，激发他们的探究欲望；2. 培养学生严谨的科学态度和团队协作精神，增强他们的责任感和使命感；3. 增进学生对我国地铁建设事业的认识，提高他们的国家自豪感和荣誉感。

本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将知识目标、技能目标和情感态度价值观目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够全面了解地铁隧道施工的相关知识，提高实际操作能力和团队合作能力，培养对地铁建设事业的热爱和责任感。

二、教学内容1. 地铁隧道施工基本概念：隧道工程概述、地铁隧道施工特点及分类；2. 地铁隧道施工原理：地质条件分析、隧道施工力学原理；3. 地铁隧道施工工艺流程：施工准备、隧道开挖、支护结构施工、衬砌施工；4. 地铁隧道施工关键技术：盾构法、浅埋暗挖法、明挖法等施工方法及其适用条件；5. 施工安全管理：地铁隧道施工安全风险识别、防控措施；6. 环境保护与工程质量：地铁隧道施工对周边环境的影响及保护措施、工程质量控制要点；7. 实践操作与案例分析：模拟地铁隧道施工过程、分析实际案例。

教学内容按照教材章节进行安排，结合课程目标，确保科学性和系统性。

教学进度如下：1. 基本概念和原理（1课时）；2. 施工工艺流程（2课时）；3. 关键技术（2课时）；4. 施工安全管理（1课时）；5. 环境保护与工程质量（1课时）；6. 实践操作与案例分析（2课时）。

工程力学在地铁工程中的应用

工程力学在地铁工程中的应用随着城市化进程的加速，地铁作为一种高效、便捷的城市公共交通方式，在各大城市得到了迅速发展。

地铁工程是一项复杂而庞大的系统工程，涉及到众多的学科和技术领域，其中工程力学在地铁工程的规划、设计、施工和运营中发挥着至关重要的作用。

在地铁的规划阶段，工程力学的知识就开始发挥作用。

需要对城市的地质结构、地形地貌、人口分布等因素进行综合分析，以确定地铁线路的走向和站点的设置。

地质结构的稳定性是规划时需要重点考虑的因素之一。

通过对地质力学的研究，可以了解地层的力学性质，评估不同地质条件下地铁建设的可行性和潜在风险。

例如，在软弱地层中建设地铁，需要采取特殊的加固措施，以防止地层变形和坍塌。

在地铁的设计阶段，工程力学更是不可或缺。

地铁隧道的设计需要考虑土压力、水压力等多种荷载的作用。

土压力的计算是隧道设计的关键之一。

工程力学中的土力学理论可以帮助工程师准确计算土压力的大小和分布，从而确定隧道衬砌的结构形式和尺寸。

水压力也是一个重要的因素，特别是在地下水位较高的地区。

如果不能有效地处理水压力，可能会导致隧道渗漏，影响地铁的安全运行。

地铁车站的设计同样离不开工程力学。

车站的结构需要承受列车的动荷载、人群的荷载以及周围土体的压力。

通过力学分析，可以优化车站的结构布局，提高其承载能力和稳定性。

例如，在设计中合理设置梁柱的位置和尺寸，以保证结构的强度和刚度满足要求。

施工过程是地铁工程建设的关键环节，工程力学在其中也有着广泛的应用。

盾构法是地铁隧道施工中常用的一种方法，在盾构推进过程中，需要对盾构机与周围土体之间的相互作用进行力学分析。

通过控制盾构机的推进速度、压力等参数，减少对周围土体的扰动，避免地面沉降和周边建筑物的损坏。

在明挖法施工中，需要对基坑进行支护。

支护结构的设计和施工需要依据工程力学的原理。

要计算支护结构所承受的土压力和水压力，选择合适的支护形式，如地下连续墙、灌注桩等，并确定其入土深度和支撑位置，以保证基坑的稳定性。

深埋大跨度地铁隧道交叉口施工力学分析

深埋大跨度地铁隧道交叉口施工力学分析发表时间：2017-08-11T10:07:11.173Z 来源：《基层建设》2017年第11期作者：邹成路[导读] 摘要：交叉隧道的支护结构受力复杂性及其解决方案是隧道工程领域中的关键技术问题。

依托南宁市轨道交通3号线青秀山站工程广州地铁设计研究院有限公司广东广州 510010摘要：交叉隧道的支护结构受力复杂性及其解决方案是隧道工程领域中的关键技术问题。

依托南宁市轨道交通3号线青秀山站工程，对软弱围岩条件下深埋大跨度隧道交叉口的施工力学问题进行了分析。

从支护结构受力的角度，研究了交叉口对隧道支护的影响范围、内力影响程度及交叉口是如何影响结构受力的。

研究结果表明：在隧道交叉口位置，支护结构的位移和内力相对标准断面均有大幅度的增大，交叉口的影响范围约为2倍洞径；隧道支护呈现双向拉弯或是压弯的受力状态，且支护结构在拱顶和仰拱均出现拉力，在接口的边墙位置出现较大轴向压力，压力值为隧道标准断面的2~3倍，设计时应对隧道交叉口及其影响范围进行针对性设计。

论文成果可对类似工程案例的设计和施工提供有益参考。

关键词：隧道；交叉结构；施工力学1.前言近年来，城市轨道交通建设迅速发展。

受周边建（构）筑物、地形条件等因素制约，地下工程中采用暗挖施工工法的工程已逐步增加，从而不可避免的造成新建隧道临近既有隧道或者新建工程自身的交叉近接问题大量涌现。

交叉隧道工程属于岩土领域的近接工程，也是所有近接工程中间最突出的[1]。

国内外对于交叉隧道的研究已有一些成果，主要表现在交叉隧道力学行为、开挖工法选择、监控量测技术三个方面。

靳晓光等[2]结合高地应力区深埋隧道工程，分析了横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。

其分析结果显示，横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大，对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对主隧道初期支护σ3影响较大。

黄乐等[3]研究了隧道交叉口3个不同截面的拱顶沉降和围岩收敛，以及初期支护钢筋的内力变化特征，并与现场监控量测数据变化情况进行对比分析。

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Tunnels in weak rock
Full face 10 m span tunnel excavation through weak rock under the protection of a forepole umbrella.
Practical example
Estimate of rock mass properties Installation of 12 m long 75 mm diameter pipe forepoles in an 11 m span tunnel top heading in a fault zone.
Tunnels in weak rock
Practical example
Estimate of rock mass properties For the altered porphyry and fault material, GSI = 15, mi = 12 and ⌠ci = 10 Mpa, ⌠cirm = 0.4 MPa. Rock mass strength =0.1 In situ stress if r0=2 m, then rp=9.3 m and U=0.4 m, substantial support is required. Support pressure =0.35 Experience suggests: U/r0<= 0.02 In situ stress Support pressure=1.4Mpa
Rock mass classification
Engineering rock mass classification
General factors
intact rock strength Rock mass classification fracturing intensity shear strength of fractures geometrical relationship between fracture patterns and the excavation groundwater
Practical example
Estimate of rock mass properties
1 Forepoles – typically 75 or 114 mm diameter pipes, 12 m long installed every 8 m to create a 4 m overlap between successive forepole umbrellas. 2 Shotcrete – applied immediately behind the face and to the face, in cases where face stability is a problem. Typically, this initial coat is 25 to 50 mm thick. 3 Grouted fiberglass dowels – Installed midway between forepole umbrella installation steps to reinforce the rock immediately ahead of the face. These dowels are usually 6 to 12 m long and are spaced on a 1 m x 1 m grid. 4 Steel sets – installed as close to the face as possible and designed to support the forepole umbrella and the stresses acting on the tunnel. 5 Invert struts – installed to control floor heave and to provide a footing for the steel sets. 6 Shotcrete – typically steel fiber reinforced shotcrete applied as soon as possible to embed the steel sets to improve their lateral stability and also to create a structural lining. 7 Rockbolts as required. In very poor quality ground it may be necessary to use self-drilling rockbolts in which a disposable bit is used and is grouted into place with the bolt. 8 Invert lining – either shotcrete or concrete can be used, depending upon the end use of the tunnel.
Shotcrete ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱoncrete lining Closely spaced steel sets
Tunnels in weak rock
Sliding joint top hat section sets.
Practical example
Estimate of rock mass properties
Engineering rock mass classification
Terzaghi's rock mass classification Intact rock Stratified rock Moderately jointed Blocky and seamy rock Crushed but chemically intact rock Squeezing rock Swelling rock by Terzaghi (1946)
Tunnels in weak rock
Spiling in very poor quality clay-rich fault zone material.
Engineering rock mass classification
Introduction Most of the multi-parameter classification schemes (Wickham et al (1972) Bieniawski (1973, 1989) and Barton et al (1974)) were developed from civil engineering case histories in which all of the components of the engineering geological character of the rock mass were included. In underground hard rock mining, however, especially at deep levels, rock mass weathering and the influence of water usually are not significant and may be ignored. Different classification systems place different emphases on the various parameters, and it is recommended that at least two methods be used at any site during the early stages of a project.
Rock mass classification
Engineering rock mass classification
Rock quality designation index (RQD)
RQD is defined as the percentage of intact core pieces longer than 100 mm (4 inches) in the total length of core (Deere et al 1967).
Rock mass classification
Engineering rock mass classification
Classifications involving stand-up time
Lauffer (1958) proposed that the stand-up time for an unsupported span is related to the quality of the rock mass in which the span is excavated. Lauffer's original classification has since been modified by a number of authors, notably Pacher et al (1974), and now forms part of the general tunneling approach known as the New Austrian Tunneling Method. The significance of the stand-up time concept is that an increase in the span of the tunnel leads to a significant reduction in the time available for the installation of support. For example, a small pilot tunnel may be successfully constructed with minimal support, while a larger span tunnel in the same rock mass may not be stable without the immediate installation of substantial support.