隧道工程概论十篇

发布时间:2024-04-26 00:46:21

隧道工程概论篇1

关键词:隧道工程;模块化教学;学习迁移理论;教学研究

中图分类号:G6420;U45文献标志码:a文章编号:10052909(2016)03007204近年来,随着高速公路、铁路建设及城市地下空间开发的蓬勃发展,出现了越来越多的隧道工程,交通、市政建设领域对隧道工程专业技术人才的需求量不断增大。培养创新能力、应用能力及解决能力实际问题较强的应用型专业人才是地方本科院校的主要办学目标之一[1-2]。笔者在隧道工程教学过程中发现,该课程内容覆盖面广,且较为零散,采用按教材章节顺序进行授课的传统教学模式难以达到良好效果,亟需探索新的教学模式。

起源于德国的“模块化教学”[3]方法,可以较好解决上述问题。该方法是基于学习迁移理论基本原理,把课程内容分解成若干个部分,再将具有相同或相近主题的内容进行整合,形成具有内在联系的单元模块并进行教学[4-6],可以提高学生学习的灵活度,激发学生学习的积极性和主动性,进而提高教学质量。文章以武汉工程大学土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业为例,探索模块化教学方法在隧道工程课程中的应用。

一、隧道工程课程特点及教学现状

(一)内容覆盖面广

目前我校采用的教材是彭立敏、刘小兵主编的《隧道工程》[7],同时参考了丁文其[8]、覃仁辉[9]、朱永全[10]等主编的教材。这些教材的主要内容大体上包括:绪论、隧道勘测设计、隧道主体结构与附属结构、围岩分级与围岩压力、隧道支护结构的设计计算、隧道施工方法、隧道施工工艺及技术、高速铁路隧道、隧道常见病害及处治方法、隧道施工组织与管理、运营管理与维护等。可见,隧道工程课程内容涵盖面广,包含了规划、设计、施工、运营管理等过程的各个方面,既有基本概念和理论,又有施工工艺和方法;既包含技术层面问题,又包含管理层面问题。

(二)主要内容之间独立性强

隧道工程课程不仅知识点多,而且其主要内容之间具有较强的独立性。如隧道勘测设计、围岩分级、围岩压力等,主要涉及工程地质、岩土工程勘察、岩体力学等知识;隧道主体结构与附属结构,主要涉及建筑结构等知识;隧道施工,主要涉及工程爆破、工程机械等知识;隧道支护,主要涉及岩土工程、建筑材料等知识。

(三)与先行课程关系密切

隧道工程课程一般在第七或第八个学期开设,在此之前,学生应修完所有专业基础课和大部分专业方向课,掌握相应的专业基础知识。该课程的主要内容和先行课程之间存在密切联系,具体见表1。表1隧道工程课程主要内容与先行课程关系课程内容相关先行课程隧道工程勘测设计工程地质、工程测量、道路勘测设计隧道主体、附属结构建筑结构、钢筋混凝土结构围岩分级、围岩压力、支护结构计算工程地质、岩体力学、材料力学、弹性力学、钢筋混凝土结构隧道施工土木工程施工、施工组织与管理隧道支护岩土工程、建筑材料、地下结构防水隧道通风及高速铁路隧道空气动力学问题流体力学、施工组织与管理(四)教学困境

综上,隧道工程课程内容庞杂,涉及土木工程专业大部分基础知识,导致学生在学习该课程时存在理解不透彻、记忆不深刻等问题,学习积极性普遍不高。如何激发学生学习兴趣,是授课教师面临的一大挑战。

另一方面,隧道工程课程内容具有较强的综合性,如将这些零散的内容按照某种属性或规律进行适当归纳、分类,使之成为若干个相互联系的有机整体,则不仅能够提升学生的学习兴趣,还可以帮助学生构建专业知识体系,使学生对专业知识的认知和理解上升到新的高度。

二、模块化教学设计

针对上述问题,采用模块化基本理论和方法,并根据涉及科学、工程问题的不同,将隧道工程课程主要内容归为基本概念、地质及力学问题、施工方法、新技术新方法、运营管理与维护等5个模块(表2),具体分述如下:

(一)基本概念模块

主要包括隧道的定义、分类、发展历史、隧道主体结构与附属建筑等。隧道工程是地下工程的一种,有别于一般建筑工程,该模块主要介绍隧道工程中的名词、定义及相关基本知识。

(二)地质、力学及支护结构模块

主要包括隧道工程勘测设计、围岩分类、围岩压力、隧道支护结构的计算等。隧道修建在岩土体中,其支护结构的形式主要取决于围岩的工程特性,隧道开挖与支护的核心问题是围岩力学特性及围岩与支护结构的相互作用,即围岩的地质力学问题。

(三)传统施工方法模块

主要包括钻爆法施工、掘进机法施工、隧道辅助施工作业、新奥法等。根据隧道工程所在岩土体性质的不同,可以分为岩质隧道和土质隧道。岩质隧道多采用钻爆法或掘进机法施工,土质隧道多采用盾构法(掘进机法的一种)。新奥法不是具体的施工方法,但目前几乎所有隧道的施工都采用新奥法的基本理念和原理。

(四)非传统施工方法模块

主要包括高速铁路隧道工程、城市地铁隧道工程、海底隧道工程等。近年来出现了上述特殊环境和技术条件下的隧道工程,与之配套的新技术、新方法也日趋成熟,其占有重要地位。

(五)施工管理与运营维护模块

主要包括隧道施工组织管理、运营阶段的养护与维修等。隧道工程是隐蔽工程,在施工过程中作业空间有限,作业环境危险性高,且各工序之间相互干扰大。在正常运营阶段,车辆冲击、废气排放、地下水、围岩等因素对衬砌耐久性造成不利影响,隧道交通事故、火灾等更是会造成严重后果。这两个方面的问题均需要通过实施管理来解决。表2隧道工程教学内容模块化设计(Ⅰ)编号模块名称主要内容学时分配1基本概念隧道分类及发展历史1隧道主体结构2隧道附属结构12地质、力学及支护结构隧道工程勘测设计2隧道围岩分类1隧道围岩压力1隧道支护结构的计算13传统施工方法钻爆法施工2掘进机法施工1隧道辅助施工作业2新奥法24非传统施工方法高速铁路隧道工程2城市地铁隧道工程1海底隧道工程15施工管理与运营维护隧道施工组织管理2隧道运营阶段养护与维修2上述方法是将隧道工程作为土木工程的一个分支学科来进行探讨,包括理论、方法和工程技术等多个方面。此外,和桥梁工程、道路工程、房屋建筑工程一样,也可以将隧道工程作为工程项目的一种,相应的课程主要内容围绕隧道工程从规划到设计、施工,再到后期管理等。按照该思路,可以将隧道工程课程的内容划分为:隧道工程基本理论与基本概念、隧道工程规划选址与设计、隧道工程施工、隧道运营管理4个模块,这4个模块则直观反映了隧道工程项目建设的大体流程(图1)。

三、模块化教学实施及效果评价

武汉工程大学土木工程专业创办于1992年,是学校“十二五”重点建设学科之一,为一级学科硕士学位授权点、湖北省楚天学者设岗学科、省级品牌专业。该学科现设有建筑工程方向、交通土建方向,以及道路桥梁与渡河工程。隧道工程是我校土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业学生的专业方向课。2014年开始,将上述模块化教学方法应用于我校土木工程专业(中英班)、土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业的隧道工程课程。

首先,按照表2中的方法,从内容属性的角度出发进行模块划分,在讲授每一个模块之前,提醒学生复习与之相关的课程内容;在讲授课程的过程中,提醒学生讲授的内容涉及哪些专业基础知识,从而让学生认识到专业基础知识对于后续专业课学习的重要性。其次,在每一个模块内容讲授完毕时,归纳总结该模块的主要内容,详细分析将这些内容作为一个模块的原因,让学生理解同一模块中各部分内容之间的内在联系。再次,在全部课程内容讲授完毕时,引导学生回顾课程内容,分析各部分内容之间的逻辑关系,帮助学生建立专业思维,构建专业知识体系。最后,采用上述工程项目建设阶段模块(图1),引导学生再次回顾教学内容,可以有效促进学生的开放性思维,并全面提升学生运用专业知识分析和解决工程问题的能力。

经过一年多的模块化教学探索和实践,该课程教学取得了一定成效,学生的学习积极性得到普遍提升。学生反映,在学习隧道工程课程过程中,较全面地回顾了先行课程涉及到的知识,对专业知识体系的认识上升到了新的高度。

四、结语

基于学习迁移理论基本原理,按照涉及科学、工程问题的不同,将隧道工程课程内容分为基本概念模块以及地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外,按照工程项目建设的阶段,将该课程内容划分为:基本理论与基本概念、规划选址与设计、施工、运营管理4个模块。二者联系紧密,互为补充。实施该模块化教学方法,提高了学生的学习积极性,促进学生深入理解课程内容,培养学生运用专业基础知识分析、解决专业问题的能力,帮助学生构建专业知识体系,收到了良好效果。

需要指出的是,模块化教学方法绝不是简单地将课程内容划分模块分别讲解。在实际操作过程中,需要引导学生去分析、思考划分模块的依据以及各模块之间的内在联系,并站在教材编者的角度去分析课程的内容构成,从而帮助学生构建专业知识体系,培养学生善于运用专业知识分析和解决实际工程问题的习惯和能力。课堂上应适当组织学生进行研究性学习,并布置课程作业,充分发挥学生自主性,实现师生之间互动。

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[7]彭立敏,刘小兵.隧道工程[m].长沙:中南大学出版社,2009.

[8]丁文其,杨林德.隧道工程[m].北京:人民交通出版社,2012.

[9]覃仁辉,王成.隧道工程[m].重庆:重庆大学出版社,2013.

[10]朱永全.隧道工程[m].重庆:中国铁道出版社,2007.

隧道工程概论篇2

关键词:软土盾构隧道;环缝张开;可靠度;蒙特卡罗

中图分类号:U45文献标志码:a文章编号:16744764(2013)06000106

软土盾构隧道在投入运营后发生纵向不均匀沉降。其发展到一定程度后,环缝张开,进而容易引起渗水和诱发进一步的不均匀沉降。故环缝张开量是隧道安全运营的关键指标。通过分析盾构隧道环缝张开可靠度可为运营隧道的适时合理维护以及优化结构和防水设计提供技术支撑。

实际工程中由于衬砌的设计受地质勘查资料准确程度以及相关规范和理论的制约,包含一定的不确定性;盾构隧道在运营期间其上覆地层也会发生一定的变迁;施工中管片的制作精度和螺栓连接等方面同样带有不确定性。故多种因素影响环缝张开量的变化。确定性分析则忽略或低估了各种不确定因素对地下结构物的影响。可靠度分析则是一种清楚反映各种不确定影响的计算方法。

目前,对管片衬砌的可靠度分析通常使用一次二阶矩法(FoSm),在此基础上胡志平等[1]基于JC法可靠度指标的几何意义,建立了管片衬砌结构可靠度计算的优化模型。对于复杂的非线函数则有monteCarlo模拟法[2,20]、随机有限元法[3]以及响应面法[4,20]。然而对于随机变量分布参数(均值、方差等)的估计通常是带有认识不确定性的,且在小样本统计时尤为明显[5],一般方法使用点估计并没有体现。忽视认识不确定性可能会导致低估隧道环缝分析中的不确定性水平,从而导致不安全的决策。贝叶斯估计作为一种较好的方法可以给出参数的分布,但需要不断地增加后验信息。区间估计则可以在一定置信水平下考虑分布参数的认识不确定性。因此,在样本数量较少时,可以将其与monteCarlo模拟结合使用。从而在样本信息不完整情况下客观反映可靠度本身的不确定性。〖=D(〗王慧,等:软土地铁盾构隧道环缝张开可靠度分析〖=〗

在分析环缝张开可靠度时,首先通过随机变量分布参数的区间估计,结合随机变量的分布函数产生概率分布边界。采用monteCarlo抽样产生随机变量区间,从而计算出环缝失效概率的上界和下界。以上海地铁盾构隧道为例,结合纵向曲率半径和纵向弯曲刚度比进行了进一步的讨论,定量化的得到两者在一定失效概率区间下的控制范围,最后与验算点法对比讨论,阐述区间monteCarlo法较验算点法的优势。1盾构隧道环缝张开量

软土盾构隧道衬砌结构先由管片拼装成衬砌环再沿纵向连接而成。根据盾构隧道结构现有纵向分析方法[615],当环缝接头受压时,主要由传力衬垫及混凝土管片承受压应力;当环缝接头受拉时,由螺栓承受拉应力,衬垫或管片不参与受拉。因此环缝接头的抗压刚度和抗拉刚度具有较大差异,抗压刚度大于抗拉刚度。樊振宇等[16]通过抗压刚度与抗拉刚度的比值确定出环缝张开量与压缩量的比值,进而算出环缝张开量。该方法由于概念清晰,使用方便,本文采用将以这一方法为基础进行盾构隧道环缝张开量的可靠度分析。这一方法有5点假设:

1)平截面假定,即隧道横断面上每一处的张开或压缩量与该位置距中性轴的长度成正比;

2)螺栓抗拉刚度沿环缝面积均匀分布;

3)接头位置法向应力沿厚度方向均匀分布;

4)纵向弯矩作用下,管片环以中性轴为界,一侧受压,另一侧受拉。受拉侧的拉应力由螺栓承担,受压侧的压应力由管片或衬垫承担;

5)衬砌环刚度远大于环缝接头,视为刚体。

衬砌环计算半径定义为R;管片厚度为d;环缝接头抗压刚度为kp(pa/m);抗拉刚度为kt(pa/m);抗压、抗拉刚度比值(以下简称“刚度比”)为n,n=kp/kt。

当环缝接头承受纵向弯矩的时候,其转动轴位置并不在衬砌环的几何中心,而是由o点移动到o′点(图1),沿弧长取角度微分dθ,则微分段的弧长为Rdθ,考虑到衬砌厚度为d,则微分段的面积为(Rd)dθ。转动轴位置对应角度为α。通过积分分别求出转动轴上方和下方的法向应力,在不考虑衬砌纵向轴力的条件下,由转动轴上方与下方合力的绝对值相等,得式(1)。

4结论

通过区间monteCarlo随机抽样模拟,从地铁盾构隧道纵向曲率半径和管片衬砌环刚度比两方面讨论了环缝张开失效概率,并与传统分析方法(验算点法)对比,得出以下结论:

1)隧道纵向曲率半径的变化对环缝张开量的影响较为显著,从计算结果来看,隧道纵向曲率半径大于1100m时,失效概率较低且变异性很小。证明现行《地铁隧道保护条例》对隧道变形曲线的规定合理有效。

2)隧道在一定纵向曲率状态下随衬砌环刚度比的增加,失效概率逐渐增大,其变异性也随之增大。当衬砌密封垫和止水片良好的情况下,通过增大环缝接头螺栓直径或增多螺栓数量等方式可有效降低环缝张开失效的概率。

3)失效概率的变异性可反映对统计参数的认识不确定性。不考虑统计参数的不确定性时计算所得的失效概率在区间可靠度计算的失效概率的下界之上,说明采用传统可靠度分析方法可能会低估环缝张开的风险水平,进而可能导致不安全决策。可见区间monteCarlo法较验算点法在认识不确定性方面考虑的更为完善。

在随机模拟中对各随机变量进行独立直接抽样,今后的工作中可进一步考虑随机变量的相关性,并在抽样方式上做以改进,考虑使用重点抽样达到提高抽样效率的目的。

参考文献:

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隧道工程概论篇3

xxx年x月xx日上午8点整,在综和楼前,施成华老师给我们做了实习动员,着重给我们强调了一下几点:

1安全第一,要处处注意安全;

2严肃对待实习,要端正态度,每个人到要参加,不可以随便缺勤;

3一切行动听指挥,不要擅自独立行动;4在实习中可以帮助我们这些大一新生对土木工程有个感性的基础的认识,为将来的专业课程的学习打下良好基础。

之后,老师给我们上了一堂课,介绍了一下隧道与地下工程。隧道与地下工程概论的主要内容:

一、隧道工程的基本概念

2、狭义定义:是一种修建在地下的工程建筑物,修建在地下、两端有出入口,供车辆、行人、水流及管线等通过的通道。

二、隧道工程的沿革与发展

(一)发展目标:20世纪:高层建筑;21世纪:地下空间

美国“未来学家”杂志社预测21世纪将有1/3的人口生活于地下。在我国,地下空间的开发利用始于60年代,主要是地铁与人防工程,65年修建北京地铁;70年代修建了大量的人防工程,经改造利用,成了地下商业街、地下工厂、仓库和招待所,较好地发挥了经济效益。

(二)历史发展

1.国际上

(2)现代:现代隧道开挖技术的产生是在火药的发明和19世纪的产业革命后出现的,尤其是铁路的出现对交通隧道起到了很大的推动作用。

(3)目前世界上最长的交通隧道:山岭铁路隧道:日本的大清水隧;交通隧道:日本的青函隧道,英法海峡隧道;公路隧道:瑞士的圣哥达隧道。

2.国内

(三)技术发展

1.国际上

隧道工程的长度标志着一个国家发展的水平,如日本的三代清水隧道,穿越海拔2000m的谷川山脉;其他的有:日本——南朝鲜拟建海底隧道;意大利连接西西里岛的海底隧道正在建设之中,它们可望在本世纪实现。

2.在我国

(2)公路隧道的建造:改革开放以后随着高等级公路的修建,隧道才越来越长。近十多年来,公路隧道的建造也取得了迅猛发展,每年几乎都有十座以上的隧道建成。目前我国已建成400余座公路隧道,总长度已超过100km。

(3)水底隧道的建造:近年来,跨海隧道开始得到大力发展,目前在建的有厦门海底隧道,规划中的有山东胶州湾海底隧道,上海崇明岛海底隧道,琼州海峡隧道,台湾海峡隧道。

(4)在隧道设计与理论分析计算方面:衬砌结构的设计与计算采用了与电子计算机技术配套的数值计算方法,如有限元、边界元、离散元等。普遍采用计算机辅助设计,从而节省了大量劳力和时间。

三、隧道工程的功能与特点

(二)隧道工程的特点

四、隧道工程的种类及作用

2.按地层分:岩石隧道,土质隧道

3.按所处位置分:山岭隧道,城市隧道,水底隧道

4.按施工方法分:钻爆法隧道;明挖法隧道;机械法隧道:包括掘进机法和盾构法;沉埋法隧道

5.按断面形状分:圆形隧道,矩形隧道,马蹄形隧道

6.按开挖断面大小分:特大断面,大断面,中等断面,小断面,极小断面

五、隧道结构基本构造

隧道工程概论篇4

摘要:市场经济的直接影响是物价的时涨时落,近两年来,我们又面临着新的一轮物价上涨,特别是钢材、水泥、燃油料、当地料、火工品等主要材料的价格上涨对基建行业产生巨大的冲击,许多施工企业面临生死存亡的挑战,定量分析物价上涨等因素对工程造价带来的影响,随时掌握市场经济的变化,作为建设单位可以随时掌握和控制物价因素对建设投资和概算的影响,设计单位可以预测物价上涨对未来几年工程造价影响的大小,施工企业可以做到心中有数,立于不败之地,把物价不稳带来的损失减小到最小,对于项目的成败和企业的发展具有重大意义。

关键词:材料涨价;铁路工程;公路工程;造价影响

        0  引言

        市场经济的直接影响是物价的时涨时落,近两年来,我们又面临着新的一轮物价上涨,特别是钢材、水泥、燃油料、当地料、火工品等主要材料的价格上涨对基建行业产生巨大的冲击,许多企业面临生死存亡的挑战,定量分析物价上涨等因素对工程造价带来的影响是我们必须面临的新的课题,对企业的发展也显的尤为突出和现实。

        1  工程概况

        我们以新建铁路某段工程作为例,该工程路线全长16.395km,管段工程类型多,结构复杂,综合性强,包含了隧道工程、桥涵工程、路基工程、轨道工程等铁路项目的站前工程。

        下面以某新建铁路线某段工程为例进行分析。该段线路全长16.395km,管段工程类型多,结构复杂,包含了路基工程、桥涵工程、隧道工程、轨道工程等站前工程。

        本管段内主要工程量有:路基2381延米;八股道站场1座;桥梁5539.18延米/10座,其中双线特大桥2座、大桥5座(其中包含4线大桥447.65延米/2座),中桥3座;涵洞13座;双线隧道共8264延米/13.5座。

        该项目投标时内部分劈总造价为66125.11万元,其中隧道工程占48.99%,桥梁工程占41.26%,路基工程占9.73%,轨道工程占0.02%,由于轨道工程所占比重很小,本次分析不考虑。

        太中银铁路项目编制办法采用的是《铁路基本建设工程设计概算编制办法》(铁建管[1998]115号文,以下简称“115号文”)及《关于对铁路工程定额和费用进行调整的通知》(铁建设[2003]42号文,以下简称“42号文”),基期价格是《铁路工程建设材料预算价格》(2000年水平)(铁建设[2001]28号文以下简称“28号文基价”),设计概算(投标文件)材料价差已调到铁建设函[2006]2号文关于铁路工程建设2005年度材料价差系数水平;目前太中银铁路项目材料调价方式主要是采用相对于铁路“115号文”“42号文”编制办法的基期价,每年由铁道部材料价差系数进行价差调整,太中银站前工程施工合同中合同价款调整条款中明确铁道部批准调整的有关费用(如材料价差系数调整等);允许按铁道部的材料价差系数进行价差调整。

        针对太中银铁路项目的特点,由于其材料供应方式为主要材料采用的是甲控料,因此分析时重点考虑了水泥、钢材、当地料、火工品、燃油料五大材料及辅助材料价格上涨对工程造价的影响。

        两个测算小组分别对该段工程进行定量分析的方法,以太中银铁路工程项目概算编制原则为基础,同时采用公路新定额进行施工图预算编制,采用同一时期材料价格,把两个小组的数据用归纳统计的方法分析各种涨价因子对该工程造价的影响。

        2  材料涨价对铁路工程造价的影响

        2.1 材料价格上涨分年度对造价的影响  按照该段工程到目前为止完成的工程量,我们重点分析测算了段工程每半年主要材料价格(含运杂费)上涨对所完成工程量造价的影响,其中:

        2007年上半年段工程完成总价值占合同额10.34%(其中路基工程0%,桥涵工程14.28%,隧道工程9.09%)主要材料上涨到2007年上半年价格水平对总造价影响1.33%,其中对路基工程影响0%,桥涵工程影响1.69%,隧道工程影响1.29%。

        2007年下半年段工程完成总价值占合同额28.43%(其中路基工程1.26%,桥涵工程27.32%,隧道工程34.78%)主要材料上涨到07年下半年价格水平对总造价影响5.41%,其中对路基工程影响0.22%,桥涵工程影响5.08%,隧道工程影响6.56%。

        2008年上半年段工程完成总价值占合同额24.1%(其中路基工程3.05%,桥涵工程12.57%,隧道工程38.01%)主要材料上涨到2008年上半年价格水平对总造价影响7.21%,其中对路基工程影响0.81%,桥涵工程影响3.59%,隧道工程影响11.04%。

        2.2 五大材料同时上涨对铁路工程造价的影响  我们测算了五大主材上涨对太中银铁路项目该项目部所承担工程造价的影响,分析了主要材料(五大材)同时上涨从1%至50%对工程造价的影响,可以发现假如五大主材同时上涨10%,路基工程造价上涨1.88%,桥涵工程造价上涨3.99%,隧道工程造价上涨3.99%,对整体造价影响达3.58%。

        2.3 单项主要材料对铁路工程造价的影响

        2.3.1 水泥上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中水泥从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响,可以得出结论,水泥上涨10%,工程造价上涨1.19%,其中对路基工程影响0.21%,对桥涵工程影响1.25%,对隧道工程影响1.3%。从分析可以看出的水泥涨价对隧道工程影响最大,桥涵工程次之,路基工程影响较小。

        2.3.2 钢材上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中钢材从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响,可以得出结论,钢材上涨10%,工程造价上涨1.27%,其中对路基工程影响0.09%,对桥涵工程影响1.18%,对隧道工程影响1.07%。可以看出:钢材涨价对影响桥涵工程最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        2.3.3 当地料上涨对工程造价的影响。我们还分析了该段工程中当地料从上涨1%至50%对各类工程和造价的影响,可以得出结论,当地料上涨10%,工程造价上涨1.14%,其中对路基工程影响0.81%,对桥涵工程影响1.15%,对隧道工程影响1.2%。分析看出的当地料涨价对影响桥涵工程最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        2.3.4 火工品上涨对工程造价的影响。 

火工品上涨对隧道工程影响较大,我们分析了该段工程中火工品从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,可以得出结论,火工品上涨10%,工程造价上涨0.25%,其中对路基工程影响0.05%,对桥涵工程影响0%,对隧道工程影响0.47%。分析看出的火工品涨价对隧道工程影响最大,路基工程次之,桥涵工程影响较小。

        2.3.5 燃油料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中燃油料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,可以得出结论:燃油料上涨10%,工程造价上涨1.25%,其中对路基工程影响2.56%,对桥涵工程影响1.09%,对隧道工程影响1.15%。分析看出的燃油料涨价对路基工程影响最大,隧道工程次之,桥涵工程影响较小。

        2.4 辅助材料涨价对铁路工程造价的影响  随着主要材料的上涨,辅助材料也同期上涨,我们对辅助材料上涨对工程造价影响做了测算,辅助材料每上涨10%,工程造价上涨0.99%,其中对路基工程影响0.93%,对桥涵工程影响1.16%,对隧道工程影响0.88%,分析看出的辅助材料涨价对桥涵工程影响最大,路基工程次之,隧道工程影响较小。

        从上述分析可以看出,由于铁路工程中材料费用占的比重较大,本工程材料费用占44%,各项材料因子价格上涨对工程造价产生了巨大影响,其中,主要材料的涨价对桥涵工程影响最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        3  材料上涨对公路工程造价的影响

        3.1 五大材料同时上涨对公路工程造价的影响  我们根据太中银铁路该段工程施工图数量按照公路新定额进行了预算编制,材料单价采用公路新定额基价(2006年水平),编制出各类章节费用组成,其中隧道工程占55.6%,桥梁工程占32.97%,路基工程占11.43。同样我们主要测算了五大主材上涨对工程造价的影响,分析了主要材料(五大材)同时上涨从1%至50%对工程造价的影响,发现假如五大主材同时上涨10%,路基工程造价上涨3.52%,桥涵工程造价上涨4.33%,隧道工程造价上涨4.08%,对整体造价影响达4.12%。

       3.2 单项主要材料对公路工程造价的影响

        3.2.1 水泥上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中水泥从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,得出结论:水泥上涨10%,工程造价上涨1.02%,其中对路基工程影响0.19%,对桥涵工程影响1.15%,对隧道工程影响1.08%。水泥涨价对桥涵工程影响最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        3.2.2 钢材上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中钢材从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,可以看出,钢材上涨10%,工程造价上涨1.85%,其中对路基工程影响0.26%,对桥涵工程影响2.37%,对隧道工程影响1.74%。分析看出的钢材涨价对影响桥涵工程最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        3.2.3 当地料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中当地料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,可以看出,当地料上涨10%,工程造价上涨1.36%,其中对路基工程影响1.46%,对桥涵工程影响1.36%,对隧道工程影响1.35%。当地料涨价对影响桥涵工程和隧道工程基本一样,路基工程影响较大。

        3.2.4 火工品上涨对工程造价的影响。火工品上涨对隧道工程影响较大,我们分析了该段工程中火工品从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,分析看出,火工品上涨10%,工程造价上涨0.20%,其中对路基工程影响0.11%,对桥涵工程影响0%,对隧道工程影响0.38%。火工品涨价对隧道工程影响最大,路基工程次之,桥涵工程影响较小。

        3.2.5 燃油料上涨对工程造价的影响。我们分析了该段工程中燃油料从1%至50%上涨对各类工程和造价的影响,可以看出,燃油料上涨10%,工程造价上涨0.95%,其中对路基工程影响4.58%,对桥涵工程影响0.26%,对隧道工程影响0.78%。燃油料涨价对路基工程影响最大,隧道工程次之,桥涵工程影响较小。

        3.3 辅助材料涨价对公路工程造价的影响  随着主要材料的上涨,辅助材料也同期上涨,我们对辅助材料上涨对工程造价影响做了测算,辅助材料每上涨10%,工程造价上涨0.87%,其中对路基工程影响0.49%,对桥涵工程影响0.76%,对隧道工程影响1.05%,辅助材料涨价对隧道工程影响最大,桥涵工程次之,路基工程影响较小。

        3.4 各种材料涨价对公路工程成本的影响  从材料涨价对公路工程分析可以看出,由于在公路工程中材料费用占的比重较大,本工程材料费用占46%,各项材料因子价格上涨对工程造价产生了巨大影响,和铁路工程一样,主要材料的涨价对桥涵工程影响最大,隧道工程次之,路基工程影响较小。

        4  综合对比分析

        通过对材料涨价对铁路、公路工程的定量分析可以看出:各种材料价格上涨对工程造价的影响程度是不一样的,且同一种材料价格上涨对铁路、公路影响的影响程度也各不相同,我们把同一类材料价格上涨对铁路、公路影响的影响程度进行量化,对比如下:

        ①五大材料同时上涨对铁路、公路工程造价的影响分析对比,同时上涨10%时路基工程铁路比公路低1.64%,桥梁工程铁路比公路低0.34%,隧道工程铁路比公路低0.09%,整体造价影响铁路比公路低0.54%。②单项材料中水泥价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,水泥上涨10%时路基工程铁路比公路高0.02%,桥梁工程铁路比公路高0.1%,隧道工程铁路比公路高0.22%,整体造价影响铁路比公路高0.17%。③单项材料中钢材价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,上涨10%时路基工程铁路比公路低0.07%,桥梁工程铁路比公路低1.19%,隧道工程铁路比公路低0.67%,整体造价影响铁路比公路低0.58%。④单项材料中当地料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,上涨10%时路基工程铁路比公路低0.31%,桥梁工程铁路比公路低0.16%,隧道工程铁路比公路低0.21%,整体造价影响铁路比公路低0.55%。⑤单项材料中火工品价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,上涨10%时路基工程铁路比公路低0.06%,桥梁工程铁路和公路一样,隧道工程铁路比公路高0.09%,整体造价影响铁路比公路高0.05%。⑥单项材料中燃油料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,上涨10%时路基工程铁路比公路低2.02%,桥梁工程铁路比公路高0.83%,隧道工程铁路比公路高0.37%,整体造价影响铁路比公路高0.3%。⑦单项材料中辅助材料价格上涨对铁路、公路工程造价的影响对比,上涨10%时路基工程铁路比公路高0.44%,桥梁工程铁路比公路高0.4%,隧道工程铁路比公路低0.17%,整体造价影响铁路比公路高0.12%。

        综上所述,材料涨价因素对工程造价影响较大,定量分析和研究物价因素上涨对铁路、公路工程的影响,随时掌握市场各种材料的价格变化,作为建设单位可以随时掌握和控制物价因素对建设投资和概算的影响,设计单位可以预测物价上涨对未来几年工程造价影响的大小,施工企业可以做到心中有数,立于不败之地,把物价不稳带来的损失减小到最小,对于项目的成败和企业的发展具有重大的现实意义。

参考文献:

[1]铁建管[1998]115号.关于《铁路基本建设工程设计概算编制办法》的通知[s].

隧道工程概论篇5

关键词:粘土层;遇水;隧道;初期支护

abstract:FromtunnelprimaryLiningmethodoftheClayLayerwithwaterofQidian-medicalStationintervalofShenyangtotielinginter-cityrailwayasanexample,introducesthetunnelprimaryLiningparametersofclaylayerwithwater,andputforwardconcreteconstructionmeasuresintheconstructionprocess.atthesametimeprovideareferenceforfuturesimilarconstructioninthefuture.

Keywords:Claylayer;withwater;tunnel;primarylining

中图分类号:tU47文献标识码:a文章编号:2095-2104(2012)

0引言

在1987年北京地铁首次采用暗挖法设计、施工建成了复兴门车站折返线工程之后,由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备、不干扰地面交通和周围环境等特点,取得了很大的经济效益和社会效益。其方法的实质内涵可用l8字原则概括,即:“管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。该方法不仅在北京地层中应用,而且也可以在全国类似地层和各种地下工程中应用。

王梦恕[1]院士在多年工程实践和理论研究的基础上,并把大家的工程实践经验和教训吸纳进来,历经5年著成《地下工程浅埋暗挖技术通论》,对浅埋暗挖技术的理论基础、工程理念、设计与施工方法进行了全面论述。本书是我国第一部全面系统论述“浅埋暗挖法”理论、设计、施工的专著,是

在求真、求实、求是的科学写作的态度上完成的,

它不但是隧道修建史上里程碑式的著作,更是地下

工程领域划时代的作品。本书注重理论联系实际,

力求简单明了,具有指导性、理论性和可操作性,可供从事地铁、铁路、公路、水利、矿山、军工、城市规划各行业、建设管理、设计、施工、监理、运营养护各部门、高校、研究单位的科技、工程技术人员应用,是隧道与地下工程建设者难得的设计、施工指导手册。

随着经验的积累,我国浅埋暗挖法隧道施工技术已经比较成熟,并在北京、广州、深圳、上海等大城市修建了大量地铁,沈阳、南京、成都、杭州、西安、长沙等城市也在建或者筹建地铁。地铁是位于地下的大型工程,由于中国各城市地质情况不尽相同,因此地铁在修建过程中不可避免地会遇到不同地质条件,下面笔者结合沈阳至铁岭城际铁路土建工程施工实践,就粘土层遇水条件下隧道初期支护方法提出相关建议。

目前,在地铁隧道尤其是在粘土层遇水条件下开挖的地铁隧道施工,对于相关支护参数没有具体优化,在施工过程中遇到的地质失稳等特殊情况也无相关建议。因此,本文以沈阳至铁岭城际铁路起点-医学院站区间为例,通过长时间的经验积累,对隧道支护参数以及现场安全现场施工给出指导性建议。

1工程概况

1.1设计概况

起-医区间隧道从起点起至医学院站,沿黄河北大街向北至医学院站,起讫里程为:右K0+0.000~右K1+390.500,全长1390.500双线米,区间设1座风井和一个联络通道与左右线连通,其中心里程分别为右K0+398.178及右K0+900.000。区间为单洞单线马蹄形断面,线间距15m,线路纵向呈“∨”型坡,区间隧道覆土厚度为10-12m,采用矿山法施工。

1.2工程地质概况

区间主要位于砾砂(③-4)、中粗砂(③-3)层,均处于潜水层内,上覆土层主要为圆砾、砾砂及中粗砂层。依据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》[2]场地人工填土可挖性分级为Ⅲ级,围岩级别为Ⅴ级,其它地段土层可挖性分级为Ⅰ级,围岩级别为Ⅵ级。

1.3粘土层遇水情况

2010年11底区间左、右线施工至K0+239里程附近时,拱部地层出现渗水,随掌子面开挖渗水时大时小,掌子面和已完初支局部表面都有明水,受此影响拱部和掌子面土体遇水易失稳,多次出现局部塌方和掌子面涌泥现象,见图1。

(a)掌子面失稳照片

(b)掌子面涌泥照片

图1粘土层遇水照片

Fig.1ClayLayerwithwater

1.4设计概况

起-医区间采用浅埋暗挖法施工,区间设1座风井和一个联络通道与左右线连通,其中心里程分别为右K0+398.178及右K0+900.000。

起-医区间正线支护参数:初期支护开挖净空为6.00m(高)×6.50m(宽),采用台阶法施工,支护体系为:超前注浆小导管φ32×3.25,L=1.8m,环向间距300mm+φ6.5@150X150单层钢筋网+250mm厚钢格栅C25喷射混凝土。

图2隧道断面设计图

Fig.2Designoftunnelcross-section

2粘土层遇水条件下隧道支护参数和措施

隧道多次出现掌子面失稳和掌子面涌泥现象,且隧道沉降和地表沉降值均较大,因此,研究粘土层遇水条件下的隧道支护参数和制定具体施工措施是十分必要的。

文章通过该工程的实践经验提出粘土层遇水条件下的隧道支护参数,并给类似地质条件下施工提出具体措施。

2.1粘土层遇水条件下隧道支护参数

由于黄河北大街车道中间的两条主排水管淤堵相当严重,咨询了多家专业排水管清理公司,都无法处理;并且由于地面排水管管径小、支管多、排水量大,不具备施工管道内防水内衬或地面导流的条件,因此管线渗水无法从地面根治,洞内也需采取措施。通过现场试验和施工总结,原设计参数无法满足施工现状,需将区间左右线有水区段的设计参数进行局部调整:

(1)加强超前地质预探。每2榀在拱部及两侧起拱线打设3根4m长导管作为超前探管进行超前地质探测,及时了解前方地质、是否有水囊等情况。

(2)加强超前支护。超前小导管由单层Φ32x3.25mm,L=1.8m,@300mm,调整为Φ32x3.25mm,L=2.5m,@150mm,扩大注浆加固范围,支护参数随掌子面的情况动态调整。

(3)加长上下台阶距离。为减小掌子面突水涌泥影响,有效利用台阶长度控制坍塌方量,加大上下台阶距离至6m。

隧道工程概论篇6

【关键词】隧道工程;浅埋暗挖;地表沉降;控制

引言

地表沉降问题目前仍是困扰暗挖隧道施工的难点,其所带来的环境问题以及由此引发的负面社会效应不容忽视。但是,由于地表沉降控制基准的确定随工程条件变化,在工程实践中仍处于摸索经验及工程类比的阶段。地表下沉是多因素的综合作用,在地层特性一定的条件下,尽量采取措施,做到设计、施工与地层的耦合至关重要。

1浅埋暗挖法施工内涵

新奥法的理论是建立在岩石的刚性压缩特性和岩石的三向压缩应力,应变特性以及莫尔学说基础上的,并考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应提出的新理论。这一理论集中在支护结构种类、支护结构构筑时机,岩压、围岩变位这四者的关系上,贯穿在不断变更的设计施工过程中。浅埋暗挖法理论源于新奥法,但强调预支护,及时支护,控制地面沉降,保证施工和地面地下建筑物的安全,十八字方针“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测”是其精髓。浅埋暗挖法机械化程度低,主要靠人工施工,机动灵活,对工程的适应性强,可作成各种结构型式,在地质情况较差的情况下要采取辅助施工措施。

2浅埋暗挖法引起开挖面前方土体的位移及其对周边的影响范围

浅埋暗挖法在掌子面开挖的时候对前方土体的影响大致可以分为四个阶段。在掌子面前距离所布设的测点-2~-1D(D为开挖的跨度的时候或计算直径)时,所布设的测点针对掌子面的开挖会有一定的反应,其沉降的变化量最终将是10﹪~15﹪的最终变化量。追究其原因:是由于开挖面的开挖,或者可以说在用小导管超前支护、大管棚时候带水作业,引起的水土流失,但并不严重。变量大概在3.5mm~5.25mm左右。

在掌子面距离所布设的测点-1~3D的距离时,所布设的地面沉降点对开挖有较强烈的反应,此时变化量、速率将是最大。其沉降的变化量最终将是60~70%最终变化量。追究其原因:是由于开挖面卸荷效应导致的。变量大概在21~24.5mm左右。

在掌子面距离所布设的测点3D距离时,地表变化量趋于平缓,其沉降变化量最终将10~15%的最终变化量。追究其原因:是由于结构封闭后初期支护、二次支护起到了一定的作用。变量大概在3.5~5.25mm左右。

在掌子面距离所布设的测点5D距离的时候,所布设的地面沉降增长缓慢,逐渐趋于稳定阶段,其沉降变化量最终将是5%的最终变化量。追究其原因:是由于以前的开挖对土体和岩体的影响,导致在所形成隧道的环向区域内土体、岩体应力重新分布。土体、岩体的应力在趋于稳定时的过程中引起的地表沉降的缓慢稳定阶段。变量大概在1.75mm左右。

其中,根据现场的不同施工方法,周围的地质环境不同,其会有相应的变化,对与岩体级别逐渐下降时候,沉降的拐点和最大沉降量会有向后移动的趋势。因此,在现场监测的过程中,对区间隧道的开挖监测应该开挖前20米,开挖后30米进行监测,每日监测的范围大概在50米左右,但视具体的岩体情况可以增大监测范围。横向的影响范围符合peck公式(也符合盾构在开挖过程中所引起的地表沉降的变化),分布曲线似正态分布。这其中,关于沉槽宽度系数i的计算方法参考经验公式:

H―为覆土厚度;R―为计算半径(对于矩形结构的等效半径为R=0.29(a+b),其中a,b分别为矩形结构的长短边,对于其它非圆形结构,其等效半径为,其中a为非圆形结构的面积。

3如何有效控制地层沉降

3.1拉开左右线隧道的开挖距离

两隧道的中心线距≤3D时,两隧道的开挖对地层沉降会有叠加影响。软弱围岩其沉降影响范围大,建议两工作面的开挖距离控制在30m以上。此外,还应缩短开挖进尺,尤其是软弱地层隧道,开挖进尺应尽量小。根据实践经验,建议每循环进尺取断面开挖宽度的0.1倍。

3.2合理安排二次衬砌时间

孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。软弱富水地层,随着渗排水,地表大范围沉降,初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强,因此,软土隧道应及时施作二次衬砌。深圳地铁隧道的实践表明,二次衬砌施作后,地层变位趋于稳定。

3.3增大初期支护刚度

初期支护施作后,本身有一个徐变过程。超前支护,一般采取增大小导管直径、减小布置间距、严格注浆等措施加强;钢格栅,在间距一定时,宜增大主筋直径,增大支护初期刚度,以控制沉降。

3.4地面注浆加固

采用超前予支护,初支背后回填注浆,必要时地层补偿注浆如超浅埋,初期支护按钢筋混凝土配筋偏保守,浅埋荷载按全部土柱偏保守,钢拱架连接点设置位置应避开受力最大点及考虑施工方便,钢拱架形式要考虑整体刚度、纵向刚度。同时,还应加强稳定掌子面措施,主要是采取留核心土、采取全断面加固,包括注浆、旋喷、冷冻等。此外,开挖后尽早提供足够刚度和尽早发挥强度的初期支护。分部施工时,尽早封闭成环,加强地基承载力,减少结构整体下沉,成环之前保证墙脚的稳定,并减少拆撑转换的结构位移。

4结束语

综合上述,随着城市化水平的进一步提高,城市人口的增加,轨道交通的发展会越来越快。由于我国轨道隧道开发目前属于起步阶段,其基本以明挖法施工,随着线网的逐渐加密以及公众对交通水平的要求,暗挖施工的车站及附属结构会出现并逐渐增多。在其他市政工程如热力、电力管廊及过街通道等也将越来越多的采用浅埋暗挖法施工。在对隧道进行浅埋暗挖过程汇总,地层物质随即被挖出,过大的地面沉降和地层变位将直接危及地面建筑物的正常使用,进而危及施工安全,因此施工中必须对有害沉降进行控制,这就要解决沉降的控制基准问题,并通过控制基准在施工过程中对地面建筑、地表沉降等,在理论分析指导下进行有计划的监测,以监测数据为依据,对暗挖隧道进行动态管理。

参考文献:

隧道工程概论篇7

关键词:新意法施工技术比较

中图分类号:tU74文献标识码:a

talkingabouttheaDeCo-RSandcomparisonoftheaDeCo-RSandnatm

LiuDe-xuandChengJie

abstract:analysisofcontrolleddeformationinrocksandsoilsisanewesttechnologyforthedesignandconstructionoftunnels.thistechnologyismoreprogressivethantraditionalconstructiontechnicalmethodsoftunnelintermsofconstructionsafety,efficiency,effectivenessexcavationandconstructioncosts.themajorityofconstructiondesignersdonotunderstandthemethod,becausethetechnologyhasnotbeenwidelyadopted.Hence,theconstructionfeatures,principlesofconstruction,constructionproceduresanddifferencebetweentheaDeCo-RSmethodandthetraditionaltechnologyaredescribedandsummarizedinthispaper,sothatthetechnologyiswellunderstoodbydesignersoftunnel.

Keywords:newconstructiontechnology

0引言

20世纪70年代中期,意大利的pietroLunardi教授开始对数百座隧道进行理论和现场试验研究,并逐步创立了岩土控制变形分析法(aDeCo-RS法),该方法用中文解释为“新意法”。在过去数十年内,“新意法”广泛应用于意大利的铁路和公路领域,并已纳入意大利的隧道设计和施工规范。“新意法”还应用于欧洲其它一些国家的隧道项目。

2006年7月,铁道部有关领导考察了意大利高速铁路隧道施工现场。2006年10月,意大利特莱维集团(treviGroup)组团来中国,考察了郑西客运专线黄土隧道施工现场,并与中国同行进行了学术交流。同年11月,在北京召开的“中国高速铁路隧道国际学术研讨会”上,意大利特莱维集团对“新意法”作了专题报告。在武广客运专线浏阳河隧道中,相关施工单位对“新意法”的部分要素进行了尝试性应用。在兰渝铁路桃树坪隧道出口工程中,承建单位结合项目特点、国情和设备配套情况,对原有的新意法进行了改进、创新。

然而,就目前对新意法的应用来看,我国对“新意法”的特点和应用尚没有全面地理解和掌握,本文在结合国内外对新意法施工技术的研究成果的基础上,对新意法的基本原理、施工特点及与其他方法的区别等方面进行了概括。

1.新意法(aDeCo-RS)的定义和优点

新意法(aDeCo-RS)作为隧道施工方法的一种,是通过对隧道掌子面超前核心岩土介质的勘察、预测其稳定性,设计按隧道开挖后围岩稳定、暂时稳定、不稳定,将其划分为a、B、C三种形态,据以信息化设计支护措施,确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种动态设计施工指导方法。该方法重点强调了控制围岩变形及掌子面前方围岩的超前支护和加固,并通过监测和控制掌子面前方的围岩、采用配套的机械化作业,实现全断面开挖。

新意法(aDeCo-RS)的一个重要特点是,引进了一种新的看待地下工程的概念框架。它把超前核心土视作一种新的隧道长期和短期稳定工具。这是因为超前核心土的强度及对变形的敏感性在隧道施工中起决定性作用,同时也决定了掌子面到达时隧道的变形特性,隧道的稳定不可避免地与掌子面前方超前核心土相关。所以,采取措施作用于超前核心土的刚度就能够调整掌子面(挤出、预收敛)和隧道(收敛)的变形反应,使超前核心土成为保持隧道稳定的工具。

2新意法(aDeCo-RS)的基本原理和优点

隧道掘进时会对隧道周边及前方一定范围的围岩产生扰动,改变了围岩原始应力状态。在开挖面周边区域内,围岩由三轴应力逐渐转变为平面应力状态,开挖面及前方一定范围内围岩应力重分布。开挖后围岩变形也在扰动区域内提前发生。当开挖面前方围岩的应力状态处于弹性范围内时,在开挖轮廓线附近产生弹性变形,称为“拱部效应”,这时开挖面处于稳定状态;如果开挖后围岩处于弹~塑性状况,开挖轮廓四周及开挖面将朝隧道内产生塑性变形,“拱部效应”将从开挖轮廓周围往外移到地层中,但此“转移”只能通过足够的支护措施来实现和控制;如果开挖后围岩产生破坏~滑移的应力状态,围岩大变形随之产生,围岩极不稳定,“拱部效应”难以形成,极易引起坍塌。这时必须采取人工支护措施协助围岩形成“拱部效应”。对于隧道的3种成拱类型如表1所示。因此,由上述内容可知,隧道“拱部效应”的形成及其位置取决于开挖后围岩的变形特征及其大小。

表1隧道的3种成拱类型

超前核心土是隧道掌子面前方一定体积的土体,呈圆柱形,圆柱体的高度和直径大致等于隧道直径。新意法理论认为可以把超前核心土视作一种新的隧道长期和短期稳定的工具;超前核心土的强度及变形特性是隧道变形的真正原因;可以通过对超前核心土进行防护和加固,提高其强度,以达到控制超前核心土变形,并最终控制隧道变形的目的;超前核心土的强度和变形特性对隧道的长期和短期稳定起决定作用。

据以往研究资料表明,应用新意法(aDeCo-RS)理念,即使在复杂应力条件下,该项技术也能够解决全断面隧道开挖所遇到的问题。该施工技术的优点在于能够通过先进的工艺预先计划各种类型土层中隧道的施工,即能在时间进度及费用控制下完工,并能保证严格的质量保证规则。aDeCo-RS法的主要优点如下:

(1)能够全断面施工(这对现场管理非常有利,并且可以减少台阶法开挖所需的施工阶段)。

(2)即使是在掌子面处,施工现场也能够保持清洁,并且施工安全。

(3)现代化隧道施工(良好的生产效率,进度持续、稳定)。

(4)费用可以确定(工程完工时,通常比使用传统技术所用的费用低)。

3新意法(aDeCo-RS)的施工和设计步骤

新意法(aDeCo-RS)设计部分由勘察、诊断、处治三个阶段组成:

勘察阶段:该阶段对于既有自然平衡状态分析及下一步诊断阶段取得成功与否是至关重要的。在该阶段,设计工程师需确定出受隧道影响的地层的岩土力学特性。

诊断阶段:在此阶段,设计工程师运用勘察阶段收集的信息,依据预计的应力-应变特性,按照a、B、C三类变形形态,把隧道分成应力-应变特性均匀的几个部分。同时,设计工程师还要在该阶段确定出开挖引起的变形的发展演变的具体细节及荷载类型;

处治阶段:在此阶段,设计工程师根据诊断阶段的预测,分别针对a、B、C三类变形形态,确定采取何种措施(超前约束措施或简单的约束措施)和何种必要的处治手段,使隧道处于完全稳定状态。因此,设计工程师要设计出隧道的典型纵、横断面的组成,并用数学方法证明其有效性。

新意法(aDeCo-RS)施工部分由实施、监测、调整三个阶段组成:

实施阶段:根据设计预测结果,开展隧道稳定支护作业。值得注意的是,采取的各种稳定加固措施(约束措施和超前约束措施)要适应岩体的实际变形反应。

监测阶段:监控和施工同时进行,目的是监测地层对开挖和稳定措施的真正反应。反应以变形现象表现出来。

设计调整:通过对监测结果的分析和解释,决定是否继续按设计的断面和施工方案进行施工,或对某些措施进行调整,以保证开挖面和洞周围岩之间的稳定平衡,确保隧道建成。

此外,隧道施工结束后,监测阶段仍不能结束;在隧道的整个寿命期内要继续进行监测,对隧道的安全状态要进行持续不断的检验。

4.与新奥法的比较

新意法与新奥法都是目前较先进的隧道施工技术,二者有着明显的区别(如表2所示),但大体可概括为两个方面:

(1)地层变形反应的分析方式不同

新奥法对地层变形反应的分析仅限于掌子面的后方,仅对隧道收敛进行分析;新意法不仅对掌子面后方的地层变形反应(收敛)进行分析,而且更注重对掌子面及掌子面前方地层的变形、反应(掌子面挤出变形和预收敛)进行分析。

(2)地层变形反应的控制方式不同

由于对地层变形反应的分析方式不同,新奥法与新意法对地层变形反应的控制方式也不同。新奥法采用锚杆、喷射混凝土、钢拱架、施作仰拱等手段,仅对掌子面后方的隧道施加约束作用;新意法不仅要求隧道的支护措施(包括二次衬砌和仰拱)要与掌子面保持适当距离,不能落后掌子面太远,对隧道提供连续的约束作用,而且要求对超前核心土采取适当的防护和加固措施,提高其强度和变形特性,对隧道提供超前约束作用。

表2新意法与新奥法的区别

5结论

新意法作为新兴的隧道修建技术,较之传统的隧道施工方法,在支护原理和结构上都有较大的进步和发展。本文对该方法的特点、基本原理、施工步骤及于传统的新奥法隧道施工方法的区别进行了概括,以方便隧道施工设计人员对新意法施工技术的应用进行简单的了解。

参考文献

隧道工程概论篇8

关键词:盾构施工;隧道工程;壁后注浆

壁后注浆是盾构法施工中的关键环节,也是必备工序,其施工质量的好坏不仅影响到底层变形,甚至会引发隧道施工期间出现上浮,对整个结构造成不良影响。因此,在目前的工程施工中,必须要高度重视壁后注浆施工要点,从根本上杜绝壁后注浆引起的盾构隧道上浮现象,从而保证工程施工整体性和安全性。

一、盾构法概述

盾构法在施工中有着环境影响小、施工速度快、适应能力强、安全性高以及不对周边环境造成影响的优势,因而被广泛的应用在世界各地地下工程和隧道工程施工中,在我国当今建设领域占据着相当重要的地位。但是,随着盾构隧道施工规模和直径的不断增加,对施工质量的要求也越来越严格,这使得一些管片在脱落之后经常会出现盾尾整体或者局部存在上浮,给工程结构受力、接缝防水等方面造成一定的影响。因此在施工中,我们必须要对盾构法施工概念和特点做分析。

1、盾构法概念

作为的盾构法主要指的是在工程项目中以暗挖法为主的全自动机械化施工技术,是通过将盾构机械在地下或者山体之中向前推进,然后通过盾构外壳与管片支撑四周围围堰,以防止隧道内部出现塌陷,同时在开挖的前方采用切削装置来进行土体开挖,通过土壤运输机械浆挖出的碎屑、土壤运出洞外。这种施工技术是利用后方的加压顶进装置来推动,并在施工的同时拼装预制混凝土片,然后形成一个科学、安全的隧道施工方法。

2、施工特点

就过去多年的盾构法施工实践分析,这类施工方法存在着施工安全、开挖速度快的优点,而且在施工的过程中推进、出土和拼装等过程都是由电子设备自行控制的,施工劳动强度低,不影响地面交通设施和地下管线设施,是施工效率高、投入小的现代化施工方法。

二、壁后注浆机理的研究

在当今工程项目中,壁后注浆的应用越来越广泛,是对盾尾空隙进行填充的主要方法。但是在施工中,经常因为注浆材料进入空隙后将上覆土压力进行压缩,从而使得隧道周围的土体发生变形,因而造成结构质量影响。因此在施工的过程中,我们必须要深入的研究壁后注浆机理和注意要点,确保整个工作的顺利、持续开展。

1、注浆压力

在注浆压力的确定上需要综合考虑多个不同的方面,从土壤性质、形状以及前方水泥土压力、覆盖层厚度、注浆压力等多个方面进行分析,从而避免注浆压力过大的产生。同时,注浆的过程中我们应当科学控制注浆压力,避免过大压力的出现,这是防止劈裂现象产生的重要手段。

2、注浆量

注浆量的确定是以盾尾建筑空隙作为基础进行的,并且在注浆的时候考虑了浆料向土体渗透量,超挖、渗漏、挖掘和线路的影响,从而达到填充密实的目的。在目前注浆量计算工作中,整个计算方式的常用公式为Q=Va,其中V代表需要计算的空隙量,a代表注浆率,通常都是在材料特性、土质的基础上进行综合分析的。

3、注浆材料的扩散

选择科学、合理的壁后注浆材料是保证注浆质量的关键,这一环节直接影响着注浆成本、注浆效果。在目前的工作中,为了提高注浆质量,通常在材料选择上选择了填充性好、流动性强、离析少的材料。

三、壁后注浆引起盾构隧道上浮对结构的影响

1、影响因素

盾构工法以其对环境影响小、适应性好等优越性广泛应用于各地的隧道建设中,在我国的现代城市建设过程中占据了很重要的地位。随着盾构隧道直径的不断增大、技术要求的不断提高,管片在脱出盾尾后的整体或局部上浮问题逐渐凸显出来。盾构隧道的上浮对结构受力、接缝防水等都会产生较大的影响,过大的上浮变形甚至会影响隧道在正常运行期内的使用。对于上浮的原因,可以归纳为2个方面:存在造成上浮的空间(外在条件)和具有产生上浮力的作用(内在因素)。前者主要是施工中的盾尾空隙,后者则可能由壁后注浆、千斤顶的顶进推力、泥水盾构隧道过大的切口水压、地下水以及隧道下层土在开挖后回弹等因素造成。

2、纵向分析模型建立及参数确定

2.1纵向分析模型

本文基于弹性地基梁理论建立纵向分析模型。由于地基梁搁置在地基上,当有荷载作用时,地基梁与地基一起发生沉陷,此时,在梁底和地基表面将存在相互作用力,其大小与地基沉降量有密切关系。因此,在弹性地基梁理论中,最关键的问题是确定地基反力和地基沉降之间的关系。目前常用的方法是应用温克尔假定,即地基表面任一点沉降与该点单位面积上的压力成正比。该假定实质上是把地基模拟为刚性支座上一系列独立的弹簧,考虑了梁本身的弹性变形,其缺点是没有反映地基变形的连续性。

2.2模型计算参数的确定

(1)试验测定壁后注浆产生上浮力的大小

由于壁后注浆液在凝结过程中对结构的上浮力与浆液配比、龄期等多个因素有关,本文通过设计合理的模型试验进行测定。其中,隧道模型为中空的圆柱体,两端封闭,在其上端连接有通水管和通气管各一根。

3上浮对结构的影响及其因素分析

3.1纵向分析

盾构隧道环间接缝张开量不仅决定缝的防水质量,还能反映螺栓及周围混凝土的受力情况,可作为衡量盾构隧道施工质量的重要指标。

3.2不同计算参数对结构的影响分析

在上述基本参数的基础上,仅改变某一参数值,保持其他参数不变,研究结构受到的影响随该参数的变化情况。

四、结束语

壁后注浆引起的环缝最大张开量除与注浆浆液、注浆压力等有关外,还受土层反力系数、环缝连接螺栓数量、隧道掘进速度及管片环宽度的影响,且较为显著,主要表现为环缝最大张开量随土层反力系数、环缝连接螺栓数量的增大而减小,随隧道掘进速度、管片环宽度的增大而增大。■

参考文献

[1]钟小春,张金荣,秦建设,朱伟.盾构隧道纵向等效弯曲刚度的简化计算模型及影响因素分析[J].岩土力学.2011(01)

隧道工程概论篇9

【关键词】隧道工程预算类比

1概述

1.1研究背景

作为一类典型的超大型工程,隧道工程的施工成本往往都是以亿元为单位的,不仅如此,隧道工程还有很大的几率出现超支问题。根据Flyvbjerg在2014年对20国家的桥隧工程进行的调查研究,隧道工程的超支率平均在48%以上【1】。目前,土建工程的预算方法主要是将工程所需的人力、材料等支出分解后乘以每项的单价,然后求和得出工程的总支出。但是隧道工程由于地质条件不确定性较大等原因,经常无法在项目早期得到准确全面的工程信息,使概预算无法有效实施,所以,新的预测方法需要被引入。

1.2基于类比的预测方法

类比模型在软件开发、航空航天等工程项目上已经被广泛研究和应用,而在建筑领域,有研究者曾使用类比方法预测住宅工程施工成本,并与线性回归模型、神经网络模型进行对比,结果发现类比方法在建筑领域也具有良好的预测效果【2】。类比模型对工程细节的要求不高,这个特点使其非常适合于项目早期的概预算。

类比模型的本质,是计算已建工程与将建工程之间在功能、规模、类型等方面的相似性,并根据相似性和已建工程的成本数据得出将建工程的预算。相似性的计算方法有多种,目前最常用的为欧氏距离,其公式为:,每个项目用n个自变量描述,wk指第k个因素的权重,dijk表示工程i与工程j在第k个自变量上的距离(不相似性),也可称为局部距离,Dij表示工程i与工程j整体的相似性,也可称为整体距离。

在求得多个已建工程与将建工程之间的相似性后,可以使用各个已建工程的距离权重乘以已建工程成本的方法求出将建工程的预算。

2研究方法

2.1数据搜集

本次研究通过当前互联网上有限的公开信息,采集了14条国外隧道的工程信息和造价信息,使用类比预测的方法估计这些隧道的成本,并与他们的实际造价进行了对比。

每个工程的工程信息包含8个自变量,分别是国别、用途、隧道横截面积、周围岩石强度等级、平均地下水高度、平均埋深、主要工程地质灾害类型、施工方法类型,这8个自变量基本覆盖了工程信息的四大方面,即隧道尺寸、地质情况、施工组织以及社会经济条件,也是在工程早期可以获得的数据。成本信息为单位长度的隧道造价,是本次研究的因变量。

在正式计算之前,全部数据还要进行标准化。

2.2权重wk的计算

权重反映了各个自变量对于工程造价的影响大小,反映了各个自变量在造价中的重要性。各个自变量在距离计算中的权重wk,可以通过专家经验法,蛮力法(brute-force)等求出,本文采用了一种基于基因算法(Geneticalgorithm)的方法对wk进行了计算。

首先假定第j个工程的造价可以描述为Cj=w1X1j+w2X2j+……+w8X8j,X为各个自变量标准化后的数值。每次计算首先赋予一组wk的初始值(例如1),按照上述公式计算已建工程的“造价”Cj,并求出Cj与实际值的差值rj,然后利用基因算法对wk进行优化计算(optimize),寻找到使Σrj达到最小的wk组合,即是本文所使用的wk。

最终求得的权重分别为:国别0.72%,用途2.93%,隧道横截面积8.31%、周围岩石强度等级1.07%、平均地下水高度16.76%、平均埋深11.44%、主要工程地质灾害类型34.99%、施工方法类型23.76%。可以看出,地质条件和施工方法对造价具有很大的影响,这也基本与隧道工程造价方面的实践经验相吻合。

2.3距离计算

得到各个自变量的权重后,本文采用欧氏距离计算相似性,公式在本文1.2节已有叙述。其中局部距离dijk等于Xik与Xjk差值的绝对值。距离计算的结果是得出一个距离矩阵[Dij]。

2.4成本计算

成本计算采用,k-nn方法,选取每个工程距离最小、相似度最高的三个工程,预测其造价。首先抽出一个数据集里的已建工程i假定其造价未知,然后使用公式求出其造价的预测值,本文中k=3,即选取三个最接近的工程进行计算,wj为j工程的距离权重,由[Dij]矩阵求出,Cj为j工程的实际造价。上述过程反复循环14次,即可求出全部14个工程的造价预测值Cie。

求出造价预测值后,与工程的实际造价Ci进行对比,求出误差率,Ri=(Ci-Cie)/Ci。

3结果与讨论

概预算的权威组织之一――美国造价工程推动协会(aaCeinternational)将工程项目分为5个阶段,并给出了每个阶段概预算的期望精确度【3】。在项目早期阶段(Class5stage),因工程的不确定性较大,预算的期望精确度为100%以内,这是判定早期预算是否成功的标准。本研究的计算结果为14个工程项目的平均误差率在88.16%,基本满足aaCe对早期阶段预算的要求,说明类比方法可以被应用到隧道工程。

本次计算中,有一个工程(eiksund海底隧道)的误差率达到611%,将其剔除后,剩余工程的平均误差率仅为44.53%,满足美国造价工程推动协会对项目初始阶段(Class4stage)预算的期望精确度,也低于Flyvbjerg提出的当前隧道工程的平均超支率(48%)。eiksund海底隧道工程误差率较大可能是数据来源不可靠造成的,也有可能是类比方法本身的适用性造成的,这还有待进一步研究。

4结论

本研究使用基于类比的预测方法对14个隧道工程的支出进行预测,结果基本满足早期项目的预算要求,证明基于类比的预测方法可以被应用到隧道工程的预算当中。

参考文献:

[1]Flyvbjerg,B.(2014).whatyoushouldknowaboutmegaprojectsandwhy:anoverview.projectmanagementJournal,45(2),6-19.

[2]Kim,G.H.,an,S.H.,&Kang,K.i.(2004).Comparisonofconstructioncostestimatingmodelsbasedonregressionanalysis,neuralnetworks,andcase-basedreasoning.Buildingandenvironment,39(10),1235-1242.

隧道工程概论篇10

关键词:裂缝温度荷载变形施工缝

 

0引言

近年来,我国铁路基础建设事业迅猛发展,山岭地区新建铁路越来越多,隧道工程所占的比例逐步增大。隧道衬砌混凝土开裂现象较为常见,经常困扰着隧道施工技术人员。如果对施工过程进行更加精细管理,或有针对性地采取一定的措施,很多衬砌混凝土裂缝是可以控制的。现结合某客运专线铁路隧道施工过程中遇到的二次衬砌开裂问题进行简要分析,提出几点在施工中切实可行的办法,以做到防患未然。混凝土裂缝主要指宽度大于0.2mm[1,2,3,4]的裂缝,尤其是贯穿裂缝危害最大。隧道裂缝将影响隧道结构的稳定,缩短隧道使用寿命,导致巨大的经济损失[5]。

1工程概况

某隧道全长约3km,处花岗岩地层,年最高气温37摄氏度,最低气温-3摄氏度,最冷月平均气温3.6摄氏度。

在开工一年后,隧道内各种地段存在不同程度的裂缝,其中有8条贯穿裂缝,有7条位于距洞口300米以内的地段。,裂缝温度荷载变形施工缝。,裂缝温度荷载变形施工缝。1条裂缝位于距洞口300m~1000m的已施做二次衬砌地段。裂缝最宽处达2mm,属严重裂缝。

表1裂缝基本情况