工学硕士学位论文开题报告

二、国内外研究现状
▪ 弹性地基梁理论：该理论假定管棚支护结构 为弹性地基梁，按照隧道围岩压力理论计算 得到的载荷，作用于管棚掘进前方一定距离， 按照每次开挖步距计算管棚挠度。地层按照 地基模型选取，基于Winkler地基简单模式的 力学模型，模型的纵向挠度解析解与现场量 测结果和三维有限元计算结果吻合较好。
一、选题背景及研究意义
▪ （2）纵观当今世界，发达国家已把对城市地下空 间的开发利用作为解决城市人口、资源、环境三大 危机的重要措施和医治“城市综合症”、实施城市 可持续发展的重要途径。在工程实践方面，瑞典、 挪威、美国、法国和芬兰等国在城市地下空间利用 领域已达到相当规模和水平。城市地下空间的开发 利用，已成为世界性发展趋势，并以此作为衡量城
▪ 2008.03~ 2008.05，修改毕业论文，准备答辩；
谢谢各位老师
▪ （4）城市地铁暗挖隧道工程是在岩土体内进行的， 无论其埋深大小，隧道的开挖将不可避免地扰动地 下岩土体，破坏了原有的平衡状态，而向新的平衡 状态转化。而地铁线路一般都会穿过人口密集 、地 面建筑物林立、地下管线密布的市中心繁华地段， 而该区段对地表的变形都要求非常高，因此，隧道 开挖必须与保护城市中有历史、经济和社会意义的 设施结合起来。
市现代化的重要标志。
一、选题背景及研究意义
▪ （3）目前我国对地下空间的利用在逐年增加，正 在兴建的有北京地铁、上海地铁、深圳地铁、广州 地铁、南京地铁等，此外国家已经批准和正在筹建 的地铁的城市有成都、杭州、青岛等20多座，预计 21世纪中期将是我国大规模建设地铁和利用地下空 间的年代
一、选题背景及研究意义
五、主要研究方法
▪ （3）数值模拟：计算机数值模拟计算是以原型隧 道为研究对象进行分析，并紧密结合理论分析进 行对比；采用有限差分法为主体的方法对隧道结 构力学计算、开挖、支护结构、地层位移、地层 应力、地表沉降等分析。找出浅埋暗挖法施工的 隧道的力学特征。
五、主要研究方法
▪ （4）施工监测和信息反馈：本课题拟结合一具体 工程，通过现场施工监控量测，指导施工、反馈 设计，达到动态施工和管理。
二、国内外研究现状
二、国内外研究现状
▪ 壳体理论：假定管棚结构为一个完整结构， 用壳体计算方法分析受力。由于组成管棚个 钢管之间存在不连续性，且壳体结构在数学 上求解复杂，使得管棚受力计算结果偏于不 安全。
二、国内外研究现状
（3）支护结构研究现状： ▪ 初衬计算：初衬的计算按照施工步骤对每一工况分
一、选题背景及研究意义
二、国内外研究现状
▪ 1 、地下工程建设中应用的浅埋暗挖法是以加固处 理软弱地层为前提，以新奥法(NATM)为理论基础， 针对埋置深度较浅的松散软土或破碎岩石地层的一 种地下工程暗挖施工方法。其与新奥法的一个较明 显区别在于它采用足够刚度的复合衬砌为基本支护 承载结构(由刚度较大的初期支护、二次衬砌及中间 的防水层组成)。
二、国内外研究现状
▪ 3 、此后，德国格拉兹尔教授谈到在岩石条件下和
土质条件下采用新奥法修建地下工程的差别时指出： “开挖具有相当地应力的岩石隧道，喷锚支护应采 用柔性支护，以便有控制地释放部分地应力，使围 岩在新的条件下达到稳定。而在不稳定的土层条件 下开挖隧道，喷锚支护应具有足够的刚度，以防止 地层产生过大的扰动，同时也防止地表过大沉降， 影响地面建筑物和地下管线的安全。
五、主要研究方法
六、 论文研究进度
▪ 2007.02~2007.04，查国内外相关资料，进行整理 总结；
▪ 2007.05~ 2007.06，数据采集并对其进行初步整理 分析；
▪ 2007.07~ 2007.09，数值模拟，并对其结果进行分 析、整理；
▪ 2007.10~ 2008.02，通过理论分析和数值模拟对比， 找出其中规律和存在的问题，撰写论文，并完成初 稿。
▪ 并总结出了“管超前，严注浆，短开挖，强支护， 快封闭，勤测量”十八字方针。
二、国内外研究现状
▪ (1) 隧道开挖引起的地层移动研究现状：目前，隧 道对地层移动的影响的研究，大多集中于地层变形 和对邻近建(构)筑物和管线的影响方面，在这些方 面的研究已经取得了不少成果。其计算方法大致分
为三类：经验公式法、数值计算法、解析法。
二、国内外研究现状
▪ 常用的预计地表沉降的数值计算方法主要有有限单 元法（FEM）、有限差分法（FDM）、边界元法 （BEM）、离散元法（DEM）和刚性有限元法 （RFEM）等。 因为有限单元法能较容易地处理分 析域的复杂形状及边界条件，材料的物理非线性和 几何非线性性状，具有很强的适应性，所以其应用 发展非常快，目前已成为隧道数值分析的主要手段。
二、国内外研究现状
▪ 一般的有限元法解决的问题仍局限于小变形的假设， 即忽略因变形造成几何尺寸的改变所致应力的微小 变化，且略去应变的二次幂，对于几何大变形问题， 计算繁杂，工作量大。为处理隧道中遇到的大应变 问题，拉格朗日元法得到了发展。它是一种分析非 线性大变形问题的数值方法，这种方法依然遵循连 续介质的假设，利用差分格式，按时步积分求解， 随着构形的变化不断更新坐标，允许介质有大的变 形。
二、国内外研究现状
▪ 4、这一时期，我国在黄土地层中的几座单线、双 线铁路隧道，（大秦线）试验采用喷锚支护，也取 得了初步经验。1986 年，北京提出用浅埋暗挖法 修建长 358m 的复兴门地铁折返线。由此总结出包 括十八字诀在内的基本经验，通过了铁道部和北京 市科技成果鉴定，并正式取名为“浅埋暗挖法”。
五、主要研究方法
▪ （1）工程类比法：采用工程类比法是目前浅埋暗 挖隧道支护结构设计、施工中应用最广泛的方法。 结合拟建工程的围岩等级与工程结构尺寸等条件， 并参照已建成类似工程的经验，直接确定支护结 构的参数和施工方法。
五、主要研究方法
▪ （2）理论分析：在测定地层和支护力学参数的前 提下，根据方法，进行隧道支护结构的设计，并验算其安全 性和合理性。
二、国内外研究现状
▪ （1）经验公式法：目前比较成熟的经验公式法主 要计算竖向位移，尤其是计算地表沉降的，最常用 的计算公式最早是由美国的 Peck(1969)提出的。 之后，同济大学侯学渊等（1987）结合上海地区饱 和土和盾构施工的特点，提出了考虑时效（即土体 扰动后固结）沉降的修正 Peck 公式。
二、国内外研究现状
▪ 在进行数值分析时，其计算精度与材料本构模型的
合理选取密切相关。在隧道数值计算中，土体的本 构关系最初采用线性弹性模型，它以广义虎克定律 为基础。其后有弹塑性模型，其以塑性增量理论或 全增量理论为基础，最常用的弹塑性模型有 MohrCoulomb 模型等。
二、国内外研究现状
▪ （3）解析法：考虑到经验公式的局限性，有限元 法的不确定性，简单的闭合解析解也是一种可取的 分析隧道工程对周围岩土环境影响的有效方法。尤 其是在缺少地层的变形特性资料时候或者为了确定 地层变形的非均匀性和多变性需要做大量的数据处 理时。简化的弹性方法可以迅速找到要求解的结果 相对于各参变量的敏感程度，为用数值法求解提供 一定的基础。
二、国内外研究现状
三、主要研究内容
▪ 围岩稳定性和支护结构适宜性的研究； ▪ 不同的施工工法、地层条件、地面荷载等对地表沉
降的影响； ▪ 研究拱顶加固体强度对周围地层的影响； ▪ 施工监控量测与信息反馈，采取动态施工；
四、研究目标（预期成果）
▪ 通过研究，找出支护结构在复杂条件下（荷载、土 体开挖而引起的应力重分布、水、地震等）的应力 和应变分布规律；
二、国内外研究现状
二、国内外研究现状
▪ 实际上，隧道开挖特别是在软土和地质条件差的地 层中进行复杂隧道结构的开挖是非常复杂的三维时 空问题，随着计算机技术和数值计算方法的高速发 展，复杂定解条件问题的处理已成为可能，也使得 隧道施工过程的动态仿真模拟成为可能。
二、国内外研究现状
▪ （2）数值计算法：自 60 年代中期起，随着电子计 算机的应用和岩土本构关系研究的发展，隧道与地 下工程分析方法进入了数值分析时期，岩土力学数 值分析技术日益得到发展。借助于计算机，可以较 全面地考虑影响地表沉降的各主要因素，较为准确 地预计隧道施工引起的地表沉降，并提出有效的控 制地表沉降的方法。
二、国内外研究现状
▪ 2 、 Muller教授一开始就强调，硬岩隧道与软土或 破碎岩石隧道的新奥法应有所区别：在软土或破碎 岩石地层中隧道在近地表的情况下，地层薄，它不 可能承受应力重分布的荷载，覆盖土的重力作用较 大，如果仍用柔性支护，显然不合适。还指出隧道 的变形会很快反应到地表沉降。开挖和支护必须在 短时间内完成，初期支护必须很快闭合。
▪ 通过研究，找出不同的施工工法、地质条件 等对 地表沉降影响的规律；
▪ 期望得出一套更适合于浅埋暗挖法隧道支护结构的 计算和设计方法；
五、主要研究方法
▪ 本课题研究紧密结合工程类比、理论分析和数值模 拟分析研究。在理论分析、工程类比和计算机数值 模拟的基础上，提出初步研究成果；并通过现场监 测数据，进一步完善设计，指导施工。具体技术路 线如下：
二、国内外研究现状
▪ （2） 地层预加固研究现状：在地层预加固方面， 管棚应用在我国已取得一定的成就，其分析理论有 梁理论、弹性地基理论、壳体理论等 。
▪ 梁理论：该理论把管棚作为静定梁或超静定梁，具 有计算方法简单的特点，缺点是不能完全反映管棚 的受力特点和掌子面附近的受力情况。
二、国内外研究现状
别进行计算,然后将所有工况的计算结果进行比较, 确定控制截面的内力,初衬计算时,水土压力按水土 合算考虑。
二、国内外研究现状
▪ 二衬计算：按初期支护与二次衬砌共同承载计算二 次衬砌内力时,由于初衬不考虑防水,因此由二次衬 砌承受全部水压力,而土压力则作用在初衬上。
▪ 考虑地震和人防：目前,地下结构的抗震设计是将地 震作用用等代的静力荷载代替,按静力计算模型求结 构的内力,人防设计是将人防荷载等效为静荷载作用 在结构上,从而求出结构的内力反应。
工学硕士学位论文开题报告
浅埋暗挖隧道施工稳定性 及地表沉降分析
研究生姓名：魏建文 指导教师：吴文经 副教授
主要内容
▪ 选题背景及研究意义 ▪ 国内外研究现状 ▪ 主要研究内容及研究方法 ▪ 研究目标和预期成果 ▪ 论文进度安排
一、选题背景及研究意义
▪ (1) 随着我国经济的发展和城市化进程的不断加快， 使得城市建设面临着严峻的局势。主要表现为城市 人口密度大、建筑空间拥挤、城市绿化面积减少、 交通阻塞。为缓解或从根本上解决人口增长对城市 环境的压力和威胁，大力开发地下空间使其成为人 类在地球上安全舒适生活的第二个空间，而地下空 间如何合理利用已经成为世界各国广泛关注和研究 的课题。