研究生隧道工程学课程考核格式及作业(带附件)

第I页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟(适用于课程论文、提交报告)目：隧道工程教师：业：岩土工程类别：学术绩 第II页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟重庆大学研究生《隧道工程学》课程考核要求的2、要有明确的课程考核要求：如课程论文(报告)题目(范围)、篇幅(字数)、必须的根据隧道工程学讲授内容，结合自己的研究方向或感兴趣的问题，就隧道某2~4个专题内容写一篇读书报告，分析其研究现状、发展趋势及待解决的问题等。或结合某一工程实例，进行弹性(或弹塑性)理论分析和数值模拟分析，数值模请以书面形式于本学期末前一个星期上交作业。第III页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟Part讲述了盾构机的发展概况。然后介绍了一种新型盾构施工探测技术，结合静探讨裂隙对稳定性的影响，得出对隧道稳定性，影响最大的裂缝是隧道范洞肩的水平裂缝。隧道附近贯通的竖向裂缝和洞顶范围内的竖向裂缝对隧而洞肩的水平裂缝对隧道的局部影响更大。在施工中，应充分重视裂缝对Part盾构技术础上提出了盾构工法，并得到专利。这就是所谓开放型手掘式盾构的原型，等国，并得到不程度的发展。在这一段时期，盾构工法虽然有一定进步，但这一第IV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟两国修建了长达)施工自动化。盾构掘进中和方向、姿态自动控制系统，施工信息化、自动化的管理系完善及改进。多种特种盾构的相继问世，大大地扩展了盾构工法的应用范围，使用盾构工法的前景更加宽广。但由于这这些特种工法问世时间不长，施工实例还不够多，有些细节仍有待改进。近年来交通工程、下水道工程、共同沟工程存在大直径盾构隧道的构建需求，所以大直径、长距离、高速施工等施工措施、施工盾构法隧道的基本原理是用一件有形钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。盾构由通用机构与专用机构组成。通用机构一般由外壳、掘土机构、推进机构、挡土机构、管片组装机构、附属机构等组成。专用机构因机种而异，如对于土压盾构而言，专用机构即为排土机构、搅拌机构、添加材注入装置；而第V页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、做衬等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。一台盾构机的外壳沿纵向从前到后分为前、中、后三段，通常又将这三段称为切口、支承、盾尾三部分；切口部位装有掘削机械构的中央部位，是盾构的主体构造部。因为要支承盾构的全部荷载，所以该部位后部。盾尾部为管片拼装空间，该空间内装有拼装管片的举重臂。为了防止周围地层的土、地下水及背后注入的填充浆液窜入该部位，物设置尾封装置。盾尾密封是为了防止周围地层的土砂、地下水、背后注入浆液、开挖面上的泥水、泥土从盾尾间隙流向盾构而设置的封装措施。尾封通常使用钢丝刷、尿烷橡胶或者两者的组合。另外，最近作为防止高压地下水的措施，有人在钢丝刷之间的空隙处2节、3节的中折形式。中折装置的设置不仅可以减少曲线部位的超挖量，而且由于弯曲容易，使盾构千斤顶的负担得以减轻，推进时作用在管片上的偏压减小，故使施工性得以提高。盾构机的推进是靠设置在支承环内侧的盾构千斤顶的推力作用在管片上，进而通过管片产生的反推动力使盾构前进的。挡土机构是为了防止掘削时，掘削面地层坍塌和变形，确保掘削面稳定而设置的机构。该机构因盾构种类的不同而不同。对泥水盾构而言，挡土机构是泥水舱内的加压泥水和刀盘面板。对土压盾压式、泥水式)盾构而言，掘削机构即掘削刀盘；掘削刀盘即作转动或摇动的盘状掘削器，由掘削地层的刀具、稳定掘削面的面板、出土槽口、转动或摇动的驱动机构、轴承机构等构成。刀盘设置在盾构机的最前方，其功能是既能掘削地层土体，又能对掘削面起一定支承作用从而保证掘削面的稳定。就土压盾构而言，第VI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟排土机构由螺旋输送机、排土控制器及盾构机以外的泥土运出设备构成。螺旋输送机的功能是把土舱内的掘削土运出、经排土控制器送给盾构机外的泥土运出设备(至地表)。交通、河道、航运、潮汐、季节气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实现自动化、智能化和施工远程信息化，掘进进度快，施工劳动强度低；地面人文自然景观受到良好的保护，周围的环境不受盾构施工干扰；在松软的地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全等方面的优越性；但盾构机械的造价昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺复杂；在饱和和含水的松软地层中施工，地表的沉陷风险较大；需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量场地布置、盾构转移等技术配合，系统工程协调复杂；建造所谓“动态施工”应该从广泛的意义去理解。根据暴露出的围岩状态采取相应的对策是隧道施工的基本原则。这里所谓的“动态”是指隧道施工工程中的地质条件是不断变化的；其力学动态也是不断变化的，因此施工工程就不可能是一成不变的。我们在施工过程中，采用不同的技术和方法，都是为了适应这种“动态”变化的。施工隧道的各种决策都要在施工阶段的地质技术、量测技术和质量技术的基础上进行管理，这就是动态施工的意义。动态施工和动态设计是不可分离的。设计单位提供的设计，在没有通过实践检验前，始终具有预设计的性质，盾构施工只能前进，不能后退的特征要求盾构沿设计路线高精度推进。一旦对工程条件判断不准，有可能出现因盾体受力不均，引起的隧道轴线超限，如水环境引起的隧道上浮、沉降引起的盾体下斜或是盾体左右应力不均引起的偏向。这对于盾构作业都是灾难性的。另外由于刀具选择错误或滚刀数量配置不足，刀盘可能在隧道内卡死甚至破裂解体。这就要求构建一个充分利用工程建设勘察获得的及已有资料，“结合施工中获得的电子电子情报和从各种作业中获得的电子第VII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟情报，根据使用机械和电子仪器、量测仪器的组合，加以联动控制或实现电子网T评价子系统；决策实施子系统。超前地质预报信息主要采用：TSP方法、超前钻孔方法、掌子面地质雷达法、数码相机超前地质预测、掌子面围岩级别判定法。监控量测采用隧道断面位移测试法、数码相机断面位移测试法、空隙水压计法、数值收敛计法、光纤量测衬砌应力应变技术。在该系统中对采用的解析方法、评价方法及标准以及决策方法有统一的规定，以便能进行比较和分析。解析方法有家系统方法、病害施工事故诊断方法、类比方法；评价方法有模式化方法、标准对于盾构作业，因为掌子面没有操作空间。信息收集、通信子系统的构建困难。针对这一问题。可结合静力触探方法，得出解决方案。我团队在盾构机前方设置静力触探装置，利用探头可以探测到土层的侧阻力和端阻力，以确定土层性如图2所示，在盾体前盾(11)上设置探杆固定装置(4)，将周围探杆(2)固定到探杆固定装置(4)上，将中心探杆(1)固定到刀盘(5)中心；在探杆顶静力触探探头(3)受到土层的阻力，使探头内的阻力传感器(8)产生应变，传感器的应变传输到电阻应变片(7)转换为电阻的变化，然后电信号通过电缆 (10)反馈至分析、评价子系统，决策实施子系统调整盾构机的工作参数，或按应构件。另外，由于盾构机工作有较大震动，掌子面地质雷但可在盾构前体或在超前导杆上安装数码相机进行摄像及图第VIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟进行图像处理，提炼出与围岩分级有关的参数，对围岩分级进行修正。此方法不仅适用于对围岩分级的修正，也可以用来对掌子面前方的地质情况进行预测。图像系统是由图像测定、图像处理及地质解析三部分构成的，在本动态系统中，分第IX页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第X页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟山有路勤为径，学海无涯苦作舟Part2隧道跨度对稳定性影响(对《基于RMR的大跨度围岩分级(数值)方法探究》的改进)(1)围岩为均质体；(2)施工对硐室周边的影响相同；(3)认为破坏为剪坏，服从摩尔定理；(4)土层厚度按无限大考虑；(6)γ=20KN/m3；(7)考虑应力拱效应，影响深度：(8)粘聚力以剪力形式提供抗力时，考虑正应力的影响，当H≥Hq时，岩土体(1)假设一个矩形的硐室；(2)在硐室的四边上，寻找两个点，并通过两点生成一条任意的曲线f(x)，作为破坏边第第XIII页共40第XIV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟(3)运用Matlab迭代运算，搜索使K最小的破坏点和破坏线；(4)最后得到当破坏点在硐室上角点，f(x)为直线，Ⅰ级围岩的破坏角为第XV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XVI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟跨度对围岩稳定性影响(取典型点)侧面围岩级别跨度稳定性类别Ⅰ420461127027531003Ⅱ350402233333547541005Ⅲ250305383942042555051005Ⅳ150202.5434451005Ⅴ50153510054.1塑性区c、φ值远小于其他区域，在其他第XVII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟区域还没有初出现塑性变形时，此区域已经不再收敛，abaqus程序停止计算。说若是考虑防震动，可人为造成弱化区，使之耗能保护结构。说明在隧道壁上设第XVIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟4.2应力该模型没有考虑地应力的影响。空腔的存在使得空腔上部形成一个小应力区 水平裂缝对应力分布影响不大，只会在局部区域形成应力释放和应力集中。竖向山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XIX页共40页第XX页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟可见一斑。观察三条不同位置的竖向裂缝，其中在隧道上方贯通的裂缝(对称布置)直接不收敛，无法计算；两条有结果的裂缝对比，在隧道上方的裂缝长度只有模型高度一半(15m)得到的最大应力820kpa，大于在隧道一侧贯通裂缝 所以在隧道施工时，应更加注意隧道顶板上的裂缝探测和检测，若要避免扰动周危险。竖向贯通长裂缝、隧道洞肩范围内贯通裂缝对水平位移贡献都很大，在施裂缝对围岩的稳定有极大的作用，施工时应注意隧道顶部裂缝引起的应力增第XXII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟加。和隧道洞肩裂缝引起的局部应力增大。但在也可充分利用裂缝的作用，降低但是破坏路径，似乎不太一样。其实不然，在图10的数值模拟中，在没有考虑影响范围时，结果为90度。考虑土拱效应后，影响范围不会无限扩大。势第XXIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXIV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXVI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXVII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟术讲座点集人民交通出版社超前探测方法[6]徐来基于RMR的大跨度围岩分级(数值)方法探究(改进版)理论研究与施工实践[M].北京:中国建筑工业出版社,2010M011术[M].北京:人民交通出版社,2009第XXVIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟基于RMR的大跨度围岩分级(数值)方法探究我国高速发展，对交通容量提出更高要求。隧道作为高速交通的重要一环，常常是一条线路的关键性工者，围岩分级尤为重要。在罗曼提出围岩分级的两百多年的时间里，根据不同的工程目的，出现了许许多多的围岩分级法则和方法。发展到现在日趋完备。但面对近年来出现的大跨度地下工程，传统方法显得捉襟见肘。大型数字化模拟方法表1-1RMR分类参数分类分数类型岩体强度RQD节理间距节理条件地下水节理方向最高得分2025-12R2表1-2不支护地下开挖的自稳时间和岩体强度指标的对应关系评分值级质量综述平均稳定时间岩体内聚力(kpa)岩体内摩擦角(。)100-81Ⅰ非常好的岩体15m跨度20a>400>4580-61Ⅱ好岩体10米跨度1a300-40035-4560-41Ⅲ一般岩体5米跨度1w200-30025-3541-20Ⅳ差岩体2.5米跨度10h100-20015-25<20Ⅴ非常差岩体1m跨度30min<100<15法大跨度(隧道)围岩若能与普通跨度(隧道)围岩建立联系，大跨度围岩分级问题也能迎刃而解。因此，主要问题转化为建立大跨度隧道与普通隧道的联系。一般来说，对隧道的同一断面，不考虑大跨的影响，隧道顶面和侧面应有同样的围岩条件。因此只需测定侧面围岩条件，再加入跨度的影响，就可以对大跨度围岩Model1建立最简化模型model1。受力情况如图所示假设第XXIX页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟运用MATLAB计算，γ=20KN/m3,结果如下实情况符合。左图假设粘聚力沿破坏面方向以剪力形式提供抗力得出的结果，右图是粘聚力以弹力形式提供第XXX页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXXI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟l1、考虑应力拱效应，影响深度：Hp=(2~2.5)hqhq=0.45*2s‒1ωω=1+i*(B‒5)式中s围岩级别B地下结构的宽度IB<5m时i=0.2;B>5m时i=0.1;S在1~3时Hp=2hq，否则取Hp=2.5hq；第XXXII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXXIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第XXXIV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟K值范围表跨度K值破坏角Ⅰ600012.54004512.5Ⅱ40045627.530052327.5Ⅲ5300545.520025845.5Ⅳ2.520025645.52.845.5Ⅴ13.545.5110.0345.5第XXXV页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟K值范围表跨度K值破坏角Ⅰ60012.54004512.5Ⅱ4004527.53002327.5Ⅲ53002345.520025845.5Ⅳ2.520025845.53.545.5Ⅴ13.545.511045.5分级模型验证跨度围岩分级(模拟)Ⅰ5251500491475481450471425461400451Ⅱ40045237542235040232523002Ⅲ5300327532503225283200253Ⅳ2.520025423420445Ⅴ145952575035第XXXVI页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟大跨度围岩分级(取典型点)侧面围岩级别跨度Ⅰ42046112233Ⅱ350402233445Ⅲ25053839420425555Ⅳ202.5434455Ⅴ15355model算K值范围vector_kmax=[0000];vector_kmin=[0000];b11pi/180];forxpipipi0xxxxx];nxvectorkmaxxvectorkminx第XXXVII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟ectorkmaxkmaxvectorkminkminKx/(x(2)*x(3)*sin(x(4)));model算k值的程序xpi;vector_kmax=[0000000];vector_kmin=[0000000];b=[111pi/180pi/18011];sideforxpipipi0xxxxxx5Hqside2];nxxvectorkmaxxvectorkminxectorkmaxkmaxvectorkminkminhx*tan(x(4));Gxx)^2*tan(x(4));Fxtanx5)))*x(3)^2/x(6)/(cos(x(4)))^2;hFxtanx(5)))*x(3)^2/x(6)/(cos(x(4)))^2*(Hq/h)^2+x(1)*(1-Hq/h)*x(3model算K值的范围xpi第XXXVIII页共40页山有路勤为径，学海无涯苦作舟vector_kmax=[0000000];vector_kmin=[00000