《大斷面水下盾構隧道結構力學特性》:《大斷面水下盾構隧道結構力學特性》可 -百科知識中文網

內容簡介

《大斷面水下盾構隧道結構力學特性》以著者近年在大型水下盾構隧道領域的研究成果為主要內容，以管片襯砌的結構力學特性分析為主線，系統地闡述了大斷面水下盾構隧道的結構理論體系及分析方法，詳細地介紹了相似模型試驗、結構原型試驗及現場測試的具體細節和相關研究成果。全書依託具體工程實例，對大斷面水下盾構隧道管片襯砌結構的設計和施工方面的諸多理論與技術問題進行了剖析，對實際工程具有參考價值。

作者簡介

何川，1964年6月出生，重慶市人，日本早稻田大學工學博士，現任西南交通大學土木工程學院地下工程系主任、教授、博士生導師。教育部“長江學者”特聘教授、國家傑出青年科學基金獲得者、“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、“大型及複雜交通隧道工程”教育部創新團隊學術帶頭人、四川省有突出貢獻的優秀專家、四川省學術和技術帶頭人及詹天佑專項科技獎獲得者。長期在長大交通隧道領域開展基礎與套用性研究工作，先後主持承擔了863計畫、973計畫、國家自然科學基金、國家火炬計畫和國家重點新產品計畫等國家及省部級重大工程研究課題50餘項。主要研究方向有：高海拔地區大型交通隧道修建與營運技術；水下隧道及捷運盾構隧道結構設計理論；長大交通隧道營運防災與節能控制方法等。在學術期刊發表論文150餘篇（其中被SCI和EI收錄55篇），獲授權國家專利13項（其中發明專利6項）、國家軟體著作權5項；以第一或第二完成人獲省部級科技進步一等獎4項、二等獎4項，以第一完成人獲國家科技進步二等獎1項。近年來主持開展了多項有關水下盾構隧道的研究課題，包含863計畫“大型跨江海隧道結構力學特徵及整體化設計方法研究”、973計畫“複雜環境作用下地下結構的長期安全性及其預測方法”、國家自然科學基金“大型跨江海盾構法隧道施工期流固耦合問題研究”、國家傑出青年科學基金“長大交通隧道建設與營運關鍵科學問題”以及武漢長江隧道、南京長江隧道、獅子洋隧道、重慶長江排水隧道和滬通鐵路黃浦江隧道等我國多座大型水下盾構隧道的結構關鍵技術課題。

張建剛，1974年10月出生。山東鄆城人，國家一級註冊結構工程師，2008年獲西南交通大學橋樑與隧道工程專業工學博士學位。現為山東農業大學水利土木工程學院力學系講師，主講《隧道工程》和《橋樑結構》等課程，主要研究方向為盾構隧道結構設計理論、結構維修與加固等。在核心期刊發表學術論文12篇，其中EI收錄5篇，編寫教材1部（副主編）。攻讀博士學位期間參研了國家863計畫、國家自然科學基金以及針對武漢長江隧道、南京長江隧道等重大工程的多項科研課題。
蘇宗賢，1980年4月出生，祖籍廣東潮州，2009年獲西南交通大學橋樑與隧道工程專業工學博士學位，現就職於港珠澳大橋管理局，主要從事水下隧道及大橋的工程建設和科研管理工作。已發表學術論文10篇，其中EI收錄4篇。曾獲全國大學生數學建模比賽二等獎、茅以升科技教育基金工程教育學生獎。攻讀博士學位期間參研了國家863計畫、國家自然科學基金以及針對南京長江隧道、獅子洋隧道等重大工程的多項科研課題。

前言
第一章緒論
第一節水下盾構隧道
一、國外概況
二、國內現狀與發展趨勢
第二節盾構隧道襯砌結構體系與分析方法
一、結構體系
二、分析理論
三、研究方法
第三節需解決的問題及途徑
第四節研究思路和對象
第二章管片接頭數值模擬與載入試驗
第一節接頭連線方式和構造
一、接頭構造
二、接頭連線方式
三、接頭防水
第二節接頭力學性能數值分析
一、接頭分析模型的發展
二、有限元模型的建立
三、計算結果與分析
四、小結
第三節管片接頭載入試驗
一、試驗裝置與準備
二、抗彎試驗
三、抗剪試驗
四、螺栓抗拔試驗
五、小結
第三章管片結構的理論分析與數值模擬
第一節概述
一、分析方法
二、影響管片襯砌結構內力與變形的因素
第二節經典梁一彈簧模型
一、概況
二、管片厚度
三、分塊方式
四、拼裝方式
五、小結
第三節三維殼體結構計算模型
一、計算模型
二、成果分析
三、配筋問題
四、小結
第四節管片結構三維局部結構施工分析
一、工程現象和分析
二、計算模型的建立
三、主要成果分析
四、局部應力場分布
五、小結
第四章管片襯砌結構相似模型試驗
第一節概述
一、模型試驗概況
二、對高水壓問題的認識
第二節相似模型試驗
一、相似關係
二、相似材料的研製
三、接頭模擬和模型製作
四、試驗裝置和工作原理
五、量測項目
六、試驗分組和試驗步驟
第三節隧道結構與地層相互作用特徵
一、水壓
二、土壓
三、非均布水壓
四、地層條件
五、小結
第四節不同水壓下隧道管片襯砌結構分塊方式和拼裝方法
一、分塊方式
二、拼裝方法
三、小結
第五節施工中壁後注漿缺陷對管片襯砌結構的力學影響
一、試驗概況
二、周邊全注漿與無注漿的試驗結果比較
三、不同部位的注漿缺陷的試驗結果比較
四、小結
第五章管片襯砌結構原型載入試驗
第一節試驗裝置及試驗方法
一、試驗裝置及載入原理
二、量測項目
三、試驗準備
第二節原型組合環管片載入試驗
一、襯砌形式及載入過程
二、試驗內力分析
三、數值內力分析
四、位移分析
五、接縫張開
六、小結
第三節原型單環管片載入試驗
一、襯砌形式及載入過程
二、試驗內力分析
三、數值內力分析
四、位移分析
五、接縫張開
六、小結
第四節破壞特徵分析
一、錯縫拼裝
二、通縫拼裝
三、小結
第六章管片襯砌結構現場試驗
第一節概述
一、工程地質概況
二、試驗斷面
第二節現場試驗設備和量測項目
第三節現場試驗設備安裝與測試
一、設備的安裝
二、數據採集與處理
第四節現場試驗結果分析
一、地中位移分析
二、地層孔隙水壓力分析
三、地層土壓力分析
四、整環結構彎矩分析
五、整環結構軸力分析
六、隧道縱向應力變化規律分析
七、小結
參考文獻

序言

近年來，盾構法在世界範圍內得到了快速發展。隨著現代盾構裝備技術的進步，盾構法在大型水下隧道工程中得到了大量套用。近年我國大型跨江海水下盾構隧道的高速發展時期已經來臨，一大批在國際上具有重大影響性的大型跨江海水下盾構隧道建成或正在建設中，如武漢長江隧道、上海長江隧道、南京長江隧道、杭州錢江隧道和珠江獅子洋隧道等。我國已成為世界上大型水下盾構隧道工程建設數量最多的國家。
大型水下盾構隧道的斷面直徑從捷運區間的6m左右躍升至10m以上，加之特殊的水下環境，工程建設難度很大。原有的小直徑盾構隧道的建設經驗不足以滿足大斷面水下盾構隧道的需要，相關理論與技術水平有待進一步提高，值得進行深入理論研究和技術開發。在此背景下，我們近年來針對大斷面水下盾構隧道的結構設計和施工過程控制開展了相關研究。本書主要內容取材於國家自然科學基金項目“大型跨江海盾構法隧道施工期流固耦合問題研究”、國家傑出青年科學基金項目“長大交通隧道建設與營運關鍵科學問題”、國家高技術研究發展計畫（863計畫）“大型跨江海隧道結構力學特徵及整體化設計方法研究”以及國家重點基礎研究發展計畫（973計畫）“複雜環境作用下地下結構的長期安全性及其預測方法”的相關成果，同時結合了近年來針對武漢長江隧道、南京長江隧道、珠江獅子洋隧道、滬通鐵路黃浦江隧道及重慶主城長江排水隧道等多項工程專題研究的相關成果。全書以管片襯砌的結構力學特性分析為主線，系統地闡述了大斷面水下盾構隧道的結構理論體系及分析方法，詳細介紹了相似模型試驗、結構原型試驗及現場測試的具體細節和相關試驗研究成果，希望能供國內同行參考。
感謝中鐵第四勘察設計院集團有限公司、南京長江隧道有限責任公司、中鐵十四局集團有限公司、中鐵隧道集團有限公司、中鐵十二局集團有限公司和重慶排水有限公司等單位對相關課題研究提供的協助和經費資助，感謝以上單位的相關技術及管理人員對研究工作的大力支持。同時，還要感謝參與相關課題研究的西南交通大學博士及碩士研究生在現場試驗和模型試驗等方面所做的大量協助工作。鑒於著者的水平及認識的局限性，書中如有不妥之處，望批評指正。