導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇隧道工程的優(yōu)缺點(diǎn)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：旋噴；擺噴；截滲墻

中圖分類號(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1引言

臨沂市三河口隧道為水下隧道，區(qū)域內(nèi)的地層主要為第四系河流相沖洪積粘性土、砂土等覆蓋層[1]，整條隧道采用明挖法施工，主要采用圍堰擋水，為了保證施工圍堰能滿足滿足防水、防滲的功能要求，通過(guò)高壓噴射旋噴和擺噴形成截滲墻，達(dá)到圍堰內(nèi)施工要求。

2 高壓旋噴與擺噴的優(yōu)缺點(diǎn)及三河口隧道工程的截滲方案選擇

2.1高壓旋噴的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：成墻厚度較厚，承受圍堰外水的側(cè)壓力的能力高，對(duì)圍堰的穩(wěn)定性起較大的加強(qiáng)作用；抗?jié)B透能力強(qiáng)。

缺點(diǎn)：水泥的用量大，成本高；拆除時(shí)難度高，拆除量大；施工工藝復(fù)雜，設(shè)備占用場(chǎng)地，操作不方便。

2.2高壓擺噴的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：水泥的用量少，是采用高壓旋噴灌漿成墻水泥用量的1/5，成本低；成墻厚度小，最后達(dá)0.3m，拆除量小；施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備占用場(chǎng)地小，施工工藝也較成熟。

缺點(diǎn)：成墻厚度小，對(duì)圍堰的穩(wěn)定性加強(qiáng)作用?。豢?jié)B透能力小[2]。

2.3 三河口隧道工程的截滲方案選擇

因高壓旋噴的防滲效果稍優(yōu)于高壓擺噴，防滲墻的厚度也比高壓擺噴大，對(duì)防滲和強(qiáng)度要求較高的防滲墻應(yīng)首先考慮采用高壓旋噴工藝[3]。因此主河道內(nèi)采用旋噴。由于旋噴與擺噴相結(jié)合既能滿足防滲和強(qiáng)度要求，工程造價(jià)較略低于單獨(dú)旋噴，所以主河道以外采用旋噴與擺噴結(jié)合。

3 施工工藝

3.1孔位布設(shè)

3.1.1旋噴與擺噴結(jié)合施工布孔：

在隧道開(kāi)挖邊線兩側(cè)，布設(shè)一排高噴孔，采用旋噴與擺噴相結(jié)合形成截滲墻，孔間距為1.2m，入巖0.5m。高噴采用兩管法施工。高噴灌漿分兩序進(jìn)行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔為旋噴、Ⅱ序孔為擺噴，施工程序?yàn)殂@孔、下置噴射管、噴射提升、成樁成板，形成一道連續(xù)截滲墻。

3.1.2旋噴施工布孔：

在隧道邊墻（樁號(hào)1+190、0+540）兩側(cè)，布設(shè)一排旋噴孔與素砼板墻相結(jié)合形成截滲墻，孔間距為0.8m，最小搭接長(zhǎng)度0.15m，入巖0.5m。高噴采用兩管法施工。高噴灌漿分兩序進(jìn)行。先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。施工程序?yàn)殂@孔、下置噴射管、噴射提升、成樁成板，形成一道連續(xù)墻。示意如圖：

4 施工方法

4.1漿液

（1） 高噴灌漿所采用的水泥品種和標(biāo)號(hào)，根據(jù)工程目的和需要確定。采用普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)號(hào)32.5級(jí)。

（2）高噴灌漿所用水泥符合有關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，施工過(guò)程中抽樣檢查。不使用受潮結(jié)塊的水泥。

（3）高噴灌漿用水采用沂河河水。

（4） 高噴灌漿漿液使用水泥漿。

4.2機(jī)具和設(shè)備

4.2.1高噴灌漿機(jī)具

造孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，高壓噴射灌漿采用GP-5高噴臺(tái)車，輔以高壓灌漿泵、空壓機(jī)、水泥漿攪拌機(jī)等。

A、高噴灌漿所用的噴射管、噴頭和送液器(亦稱高壓水龍頭)，密封可靠、裝卸簡(jiǎn)便。噴射管體連接順直。噴頭定向準(zhǔn)確。

B、 高壓噴嘴的出口直徑與設(shè)計(jì)壓力和流量值相適應(yīng)。采用耐磨材料按圖所示結(jié)構(gòu)制造。

4.2.2高噴灌漿設(shè)備

A、攪拌機(jī)的性能和攪拌能力與所用漿液類型和需漿量相適應(yīng)，且能保證漿液拌制均勻。

B、 儲(chǔ)漿桶能滿足連續(xù)供給高噴灌漿漿液的需要。

C、灌漿泵和高壓水泵的性能與所灌介質(zhì)的類型、濃度和供漿量、供水量相適應(yīng)，其額定壓力不小于設(shè)計(jì)規(guī)定壓力的1.2倍。

D、在各類泵或輸送管路上安裝壓力表以檢測(cè)壓力。使用壓力在壓力表最大標(biāo)值1/3～3/4之間。壓力表定期進(jìn)行檢定，不合格的嚴(yán)禁使用。

E、空氣壓縮機(jī)的供風(fēng)量和額定壓力不小于設(shè)計(jì)規(guī)定值；供風(fēng)管路上設(shè)有測(cè)量風(fēng)量的儀表。

F、高噴臺(tái)車的旋轉(zhuǎn)、提升速度和擺動(dòng)角度能滿足設(shè)計(jì)要求，并與孔深相適應(yīng)，采用無(wú)級(jí)調(diào)速高噴臺(tái)車和高塔架臺(tái)車。

5 主要施工技術(shù)參數(shù)

Ⅰ序孔完成，做相鄰Ⅱ序孔的時(shí)間間隔≥24h

6具體操作流程

（1）定孔

在平面上按設(shè)計(jì)孔位進(jìn)行放線定位，按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔進(jìn)行編號(hào)。先施工Ⅰ序孔。

（2）造孔

將鉆機(jī)移至放好的孔位上，使鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)孔位中心，調(diào)平鉆機(jī)。泥漿護(hù)壁鉆孔。鉆進(jìn)過(guò)程中必須隨時(shí)注意觀察鉆機(jī)的工作情況，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正，直至鉆至入巖0.5m。

（3）下噴射管

將高噴臺(tái)車移至孔位、對(duì)準(zhǔn)孔位中心，先進(jìn)行地面試噴。為防止氣噴嘴堵塞，下管前可用膠布包扎，可用1Mpa水壓下管，下到設(shè)計(jì)深度后，用水平尺檢查垂直度。

（4）制漿

制漿站嚴(yán)格按照監(jiān)理人批準(zhǔn)的水灰比1.3：1配制并拌制水泥漿。每罐測(cè)量一次漿液比重，并詳細(xì)記錄。在灌漿過(guò)程中連續(xù)攪拌，漿液過(guò)篩后使用。

A、 制漿材料稱量可采用重量或體積稱量法，其誤差不大于5％。

B、水泥漿的攪拌時(shí)間，使用高速攪拌機(jī)不少于30s；普通攪拌機(jī)不少于90s。自制備至用完的時(shí)間少于4h。

C、漿液在過(guò)篩后使用, 并定時(shí)檢測(cè)其密度。

D、漿液溫度控制在5～40℃之間。

E、噴射提升

噴管下至設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)始送入符合要求的氣、漿，待孔內(nèi)漿液冒出孔口后，隨即按旋（擺）噴的工藝要求提升注漿管，由下而上注漿。在灌漿過(guò)程中要特別注意孔口冒漿情況，如孔口出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，說(shuō)明地層中空隙大或有集中漏水現(xiàn)象，及時(shí)采取措施，如充砂或摻外加劑等措施，以確保樁的連續(xù)性。

F、回灌

待噴射管提出地面后，在原孔位利用水泥漿進(jìn)行回灌，直至孔內(nèi)漿液面不下降為止，以確保施工質(zhì)量。

G、 沖洗

噴射結(jié)束后，及時(shí)將各管路沖洗干凈，以防堵塞。

7結(jié)束語(yǔ)

臨沂三河口隧道工程采用高噴灌漿技術(shù)方案形成截滲墻，方案技術(shù)先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)合理。通過(guò)高噴截滲墻的構(gòu)筑，減少了基坑內(nèi)的滲漏水，取得了非常理想的效果，保證了工程的順利進(jìn)行，也為其他類似工程提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]上海林同炎李國(guó)豪土建工程咨詢有限公司.臨沂市三河口隧道工程.[R]2012

[2]鄭全明.砂土地層中高壓旋噴和擺噴防滲效果檢驗(yàn)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2008,4(4):653-656

篇2

【關(guān)鍵詞】隧道工程；超前預(yù)報(bào)；地震波；TST技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路、鐵路等工程建設(shè)也在全國(guó)各地不斷展開(kāi)，隧道工程也已成為上述工程建設(shè)中的重要分支。而我國(guó)中西部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，造山帶，碎裂帶，地下水等是隧洞工程中主要面臨的地質(zhì)狀況，如果沒(méi)有較好的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)，在不能夠確定前方地質(zhì)狀況的情況下，冒然施工的話，將有可能引起泥石流、滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。由此可見(jiàn)，在隧道工程中，采用超前預(yù)報(bào)技術(shù)，及時(shí)的預(yù)報(bào)各種地質(zhì)問(wèn)題，如含水性、瓦斯氣等，是及其重要的舉措。

1 我國(guó)隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)尚處于研究之中，準(zhǔn)確性和可靠性方面還有欠缺之處。綜合來(lái)看，當(dāng)前的超前預(yù)報(bào)技術(shù)是以各種反射地震技術(shù)為主，探地雷達(dá)為輔，而瞬變電磁預(yù)報(bào)法也尚處于研究階段，應(yīng)用較少。

1.1 TSP技術(shù)

TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)是瑞典Amberg公司于20世紀(jì)90年代研發(fā)的用于隧道預(yù)報(bào)的技術(shù)，我國(guó)鐵路系統(tǒng)也引進(jìn)了這一技術(shù)，目前是TSP技術(shù)應(yīng)用最大的用戶。該方法需要在隧道的某一側(cè)壁安裝檢波器和炮點(diǎn)，而這兩者需要安置在同一水平線上，具體的操作是利用炮點(diǎn)產(chǎn)生地震波，而產(chǎn)生的地震波以球面波的形式在巖石中傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綌鄬?、碎裂帶等地質(zhì)時(shí)，會(huì)有一部分穿透接口，進(jìn)入另一地質(zhì)層，但也有一部分地震波會(huì)反射回來(lái)，通過(guò)對(duì)反射波與直射波的分析，可以推斷出斷層、碎裂帶等前方不良構(gòu)造帶的位置、規(guī)模以及相應(yīng)的構(gòu)造參數(shù)。其在對(duì)反射波與直達(dá)波的處理上，是使用二維Random變換，在成像以前消除與軌道平行的反射波。TSP技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)存在較多問(wèn)題，首先是其觀測(cè)方式和觀測(cè)界面的處理方法存在著主觀捏造性，沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)邏輯，因而對(duì)于地質(zhì)帶的構(gòu)造往往預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，在施工中容易發(fā)生各種事故。

1.2 水平剖面法（HSP）

水平剖面法從原理上講，也屬于反射地震技術(shù)的一種，這種技術(shù)與負(fù)視速度法的區(qū)別是：負(fù)視速度法師在隧道的同一側(cè)安置建波器和炮點(diǎn)，而水平剖面法則是在隧道的兩側(cè)分別安置檢波器和炮點(diǎn)。水平剖面法通過(guò)接受前方的反射波，進(jìn)而確定前方不良構(gòu)造帶的位置，具體對(duì)反射波和直達(dá)波的處理與負(fù)視速度法類似，但是水平剖面法對(duì)于反射界面傾角沒(méi)有限制，橫向面積相對(duì)更大，因此在對(duì)前方地質(zhì)帶的預(yù)測(cè)上也比負(fù)視速度法更準(zhǔn)確，但是在對(duì)反射波的處理上，該方法不能準(zhǔn)確地區(qū)分不同傳播路徑的地震波，也不能去除干擾波，不能確定地震波在巖石中的傳播速度，因而難以使用波的動(dòng)力學(xué)信息來(lái)準(zhǔn)確判斷斷層等構(gòu)造帶的位置，同時(shí)在反射界面的處理上，由于缺少相應(yīng)的商業(yè)軟件，因此應(yīng)用也僅限于西南鐵路系統(tǒng)等單位使用。

1.3 TST技術(shù)

TST技術(shù)是中科院與云南航天研發(fā)的一種隧道成像技術(shù)，其全稱是隧道地震CT成像技術(shù)，TST技術(shù)與TRT技術(shù)有一定的相似之處，但是其功能卻超過(guò)了TRT技術(shù)。TST技術(shù)是由安置在隧道兩側(cè)的激發(fā)點(diǎn)和接受點(diǎn)所組成的觀測(cè)系統(tǒng)，激發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生地震波，地震波經(jīng)過(guò)直達(dá)、反射、折射等運(yùn)動(dòng)過(guò)程到達(dá)接受點(diǎn)，為接受點(diǎn)所記錄，利用記錄點(diǎn)記錄的直達(dá)波、反射波、折射波等的走時(shí)及方向，在計(jì)算機(jī)上通過(guò)模擬操作，形成地震波的速度場(chǎng)分布圖像。在確定地震波的速度場(chǎng)分布圖像以后，根據(jù)速度的大小，以及在速度場(chǎng)中的分布特征，來(lái)模擬各種地質(zhì)的分布特征。而TST技術(shù)為保證可靠性，在觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也有一定的要求：

（1）一般隧道工程的預(yù)報(bào)，需要使誤差率小于10%，因此觀測(cè)系統(tǒng)的垂直隧道偏移距，需要大于預(yù)報(bào)長(zhǎng)度的1/10。

（2）三維波場(chǎng)分離和有效濾波側(cè)向回報(bào)，對(duì)于隧道內(nèi)部的觀測(cè)系統(tǒng)也有一定的要求，縱向排列長(zhǎng)度需要大于2-3個(gè)波長(zhǎng)，而檢波器之間的間距需要小于1/4個(gè)波長(zhǎng)。

（3）由于TST技術(shù)在發(fā)射地震波時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面地震波，因此為減少表面地震波對(duì)于觀測(cè)的影響，需要將檢波器和發(fā)射器都埋入巖土中，并且深度需要大于2m。

（4）TST技術(shù)具有分比率高、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，能夠減少隧道工程中的盲目性，降低事故發(fā)生幾率，因此受到了理論界和工程界的廣泛肯定。

1.4 探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)法，主要通過(guò)發(fā)射天線將高頻電磁波以脈沖形式由隧道掌子面發(fā)射至地層中，高頻電磁波在傳播中在經(jīng)過(guò)不同地質(zhì)帶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射返回隧道掌子面，再通過(guò)接受天線接受返回的高頻電磁波信號(hào)，分析解釋高頻電磁波信號(hào)，最終達(dá)到超前預(yù)報(bào)短距離地質(zhì)的目的。一般而言，探地雷達(dá)法更適用于短距離（30m以下）的預(yù)報(bào)，對(duì)于中長(zhǎng)距離地質(zhì)的預(yù)報(bào)并不適用。此外，探地雷達(dá)法雖然能夠較快的對(duì)短距離進(jìn)行預(yù)報(bào)，但是探測(cè)距離與分辨率之間的矛盾也依然存在，而由于電磁波的散射、能量發(fā)散等原因使得對(duì)回波的記錄較為困難，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)有效波的分析和識(shí)別也比較困難，這些對(duì)于分析界面的解釋工作也相當(dāng)不利，使得探地雷達(dá)法分析得出的結(jié)果與實(shí)際往往有比較大的出入。探地雷達(dá)法的這些缺陷也決定了該方法在中國(guó)隧道工程中不能成為主要預(yù)報(bào)方法。

1.5 瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)

瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)在勘察金屬礦中使用較多，而對(duì)于地質(zhì)方面的超前預(yù)報(bào)尚沒(méi)有進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段。瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)主要是通過(guò)供電線圈在低下巖體發(fā)電產(chǎn)生磁場(chǎng)，在巖體中接受和感應(yīng)二次電磁場(chǎng)，根據(jù)二次電磁場(chǎng)的強(qiáng)度和變化趨勢(shì)，分析巖體的電導(dǎo)率，一般情況下巖體的電導(dǎo)率高，二次電磁場(chǎng)就強(qiáng)，而巖體電導(dǎo)率低，二次電磁場(chǎng)就弱。瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)適用于對(duì)高阻地塊進(jìn)行分析，對(duì)于巖體的高導(dǎo)體分布也較為敏感，因此目前的應(yīng)用主要集中于隧道工程中對(duì)巖體含水性的分析。目前對(duì)于瞬變電磁在地質(zhì)預(yù)報(bào)上面的實(shí)驗(yàn)，主要是采用小線圈大電流，這樣的實(shí)驗(yàn)取得了地定效果，但采用的接收線圈自感、互感較大，因此瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展中，還需要進(jìn)一步提升分辨率，改進(jìn)互感性。

2 超前預(yù)報(bào)技術(shù)特點(diǎn)分析

對(duì)目前我國(guó)隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，我們可以從觀測(cè)方式及對(duì)資料的處理方式等角度，對(duì)上述預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行分類。

從觀測(cè)方式上進(jìn)行分類，可以分為直線安置和空間安置。TSP技術(shù)、負(fù)視速度法等屬于直線安置，而水平剖面法、TST技術(shù)、瞬變電磁預(yù)報(bào)技術(shù)等則屬于空間安置。從兩者之間的功能對(duì)比來(lái)看，空間觀測(cè)系統(tǒng)比直線觀測(cè)系統(tǒng)要相對(duì)更先進(jìn)，對(duì)于巖體的預(yù)報(bào)也更為準(zhǔn)確。

從資料的處理方式進(jìn)行分類，可以分為反演計(jì)算和偏移成像。負(fù)視速度法、水平剖面法等屬于反演計(jì)算，而TST則屬于偏移成像。從預(yù)報(bào)結(jié)果來(lái)看，偏移成像比反演計(jì)算要科學(xué)的多，偏移成像主要運(yùn)用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，在推理上更加嚴(yán)謹(jǐn)，成像更直觀，結(jié)果也更為準(zhǔn)確，因此應(yīng)用前景也更為廣闊。

3 結(jié)語(yǔ)

隧道工程超前預(yù)報(bào)技術(shù)，一直是國(guó)內(nèi)外研究的前沿問(wèn)題，而根據(jù)本文的分析，我國(guó)隧道工程預(yù)報(bào)技術(shù)上應(yīng)該盡可能地采用空間安置的觀測(cè)系統(tǒng)，在對(duì)資料的處理上，也應(yīng)使用偏移成像，同時(shí)還應(yīng)該使用先進(jìn)的儀器設(shè)備，這樣才能提高超前預(yù)報(bào)技術(shù)的準(zhǔn)確率，降低事故的發(fā)生概率。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾昭璜.隧道地震反射法超前預(yù)報(bào)[J]地球物理學(xué)報(bào)， 1994（2）.

篇3

關(guān)鍵詞： 連拱隧道；結(jié)構(gòu)類型；新工藝

中圖分類號(hào)：X734文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1引言

近10年來(lái)，我國(guó)公路連拱隧道數(shù)量大增，連拱隧道總數(shù)已超出600座，總里程已超出133公里，其中雙向四車道連拱隧道超過(guò)560座，雙向六車道連拱隧道超出50座，還創(chuàng)新建成來(lái)兩座雙向八車道連拱隧道。公路連拱隧道結(jié)構(gòu)類型見(jiàn)表1-1。

公路連拱隧道結(jié)構(gòu)類型表1-1

按路線分大類 按中墻組合分亞類 按中墻外形分小類 按中墻空實(shí)分形式 隧道結(jié)構(gòu)全稱

普通式 整體式 直中墻 實(shí)體 整體實(shí)直中墻隧道

空心 整體空心直中墻隧道

曲中墻 實(shí)體 整體實(shí)曲中墻隧道

復(fù)合式 二墻直中墻 實(shí)體 復(fù)合實(shí)直中墻隧道

三墻直中墻 實(shí)體 復(fù)合實(shí)直中墻隧道

曲中墻 實(shí)體 復(fù)合實(shí)曲中墻隧道

不對(duì)稱式 整體式 直中墻 實(shí)體 不對(duì)稱整體實(shí)直中墻隧道

平頂箱涵 整體式 直中墻 實(shí)體 整體實(shí)直中墻隧道

空心式 直中墻 空心 整體空心直中墻隧道

微拱箱涵 空心式 直中墻 空心 整體空心直中墻隧道

沉管式 整體式 直中墻 實(shí)體 整體實(shí)直中墻隧道

分岔式 整體式 直中墻 實(shí)體 整體分岔實(shí)直中墻隧道

復(fù)合式 曲中墻 實(shí)體 復(fù)合分岔實(shí)曲中墻隧道

無(wú)中墻連拱隧道

2公路連拱隧道工藝

2.1常規(guī)施工工藝

2.1.1三導(dǎo)洞法

三導(dǎo)洞法，即首先開(kāi)挖中導(dǎo)洞，然后施做中隔墻，再分別開(kāi)挖左右導(dǎo)洞。開(kāi)挖中導(dǎo)洞主要是為了首先施做中隔墻。

2.1.2中導(dǎo)洞法

中導(dǎo)洞法，即施工中導(dǎo)洞和中墻施工后,直接進(jìn)行左、右正洞的開(kāi)挖。

2.2新施工工藝

由于隧道要滿通量需要和地質(zhì)條件、環(huán)保等要求，本著安全、質(zhì)量、工期和效益相結(jié)合的原則，對(duì)連拱隧道工藝選擇是否正確，關(guān)系到隧道施工的成敗。近些年學(xué)者們對(duì)公路連拱隧道工藝進(jìn)行了大量的研究，創(chuàng)新出了一些新工藝，如半明半暗連拱隧道工藝，單洞改雙洞連拱隧道工藝等等。

為了優(yōu)化選擇連拱隧道設(shè)計(jì)和施工工藝方案，姚振凱、李世清等對(duì)連拱隧道工藝進(jìn)行了分類研究。連拱隧道工藝分類，采用五級(jí)劃分方案，即連拱隧道與其隧道的關(guān)系分成大類，普通連拱隧道再按對(duì)稱性分成小類，按有無(wú)導(dǎo)洞分成型，按導(dǎo)洞數(shù)量和位置不同分成種，最后按正洞開(kāi)挖、初期支護(hù)和二次襯砌工序和設(shè)備不同分成屬，見(jiàn)表2-2。

公路連拱隧道工藝類型表2-2

大類 小類 型 種 屬

普

通

連

拱

對(duì)

稱

工

藝 導(dǎo)洞

中導(dǎo)洞（單導(dǎo)洞） 中導(dǎo)洞―側(cè)壁導(dǎo)洞先墻后拱工藝

中導(dǎo)洞―側(cè)壁導(dǎo)洞全斷面二襯工藝

中導(dǎo)洞―臺(tái)階工藝

中導(dǎo)洞―核心土工藝

中導(dǎo)洞―內(nèi)上導(dǎo)洞盾構(gòu)工藝

中導(dǎo)洞―外上導(dǎo)洞盾構(gòu)工藝

中導(dǎo)洞―下導(dǎo)洞工藝

中導(dǎo)洞―全斷面工藝

中導(dǎo)洞―單臂掘進(jìn)機(jī)工藝

中導(dǎo)洞―中隔壁（CD）工藝

中導(dǎo)洞―十字隔壁（CRD）工藝

中導(dǎo)洞―跳槽開(kāi)挖中墻工藝

雙導(dǎo)洞 雙導(dǎo)洞―臺(tái)階工藝

雙導(dǎo)洞―半明半暗工藝

三導(dǎo)洞 三導(dǎo)洞三連拱―先墻后拱工藝

無(wú)導(dǎo)洞 大洞帶中墻 無(wú)導(dǎo)洞―全斷面工藝

無(wú)導(dǎo)洞―中隔壁（CD）工藝

無(wú)導(dǎo)洞―十字隔壁（CRD）工藝

雙洞平行工藝（中墻跳槽開(kāi)挖）

明洞（箱涵）工藝

箱形框架沉埋工藝

不對(duì)稱

工藝 導(dǎo)洞 中導(dǎo)洞 三導(dǎo)洞―核心土工藝

混合

工藝 中導(dǎo)洞和無(wú)導(dǎo)洞―臺(tái)階工藝

三導(dǎo)洞中導(dǎo)洞+側(cè)洞帶中墻

分岔

連拱 單端分岔中墻連拱工藝

無(wú)中墻分岔連拱工藝

單洞隧道改成雙連拱隧道工藝

2.2.1中導(dǎo)洞―核心土工藝

中導(dǎo)洞―核心土工藝，即中導(dǎo)洞貫通和中墻施工完成后，正洞開(kāi)挖和初期支護(hù)是采用先拱后墻的工序。即拱部留核心土開(kāi)挖及初期支護(hù)，接著開(kāi)挖核心土，然后進(jìn)行側(cè)墻開(kāi)挖和初期支護(hù)，施作仰拱，最后全斷面二次襯砌。該工藝有許多優(yōu)點(diǎn)，主要是工藝流程簡(jiǎn)單，工序較少，圍巖開(kāi)挖擾動(dòng)次數(shù)比“三導(dǎo)洞”工藝方案少，無(wú)需開(kāi)挖側(cè)壁導(dǎo)洞和拆除其內(nèi)側(cè)的臨時(shí)初期支護(hù)，可用大型機(jī)械設(shè)備施工,拱部超前支護(hù)、開(kāi)挖和初期支護(hù)不用搭架，施工方便，快捷安全，工效高，成本低，效益好。另外，此工藝的應(yīng)變性較強(qiáng)，在隧道圍巖條件變差時(shí)，較容易改為中導(dǎo)洞―雙側(cè)壁導(dǎo)洞工藝；當(dāng)圍巖變好時(shí)易改為中導(dǎo)洞―臺(tái)階工藝，甚至改為中導(dǎo)洞―全斷面工藝。

圖 2-1 中導(dǎo)洞―核心土施工步序

2.2.2雙向六車道和八車道工藝

六車道大跨度雙連拱隧道施工方案，一般采用三導(dǎo)洞施工方案，即先進(jìn)行中導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)，施作中墻鋼筋混凝土和墻頂回填，在中墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后施作中墻側(cè)回填，然后施工兩側(cè)導(dǎo)洞及其支護(hù)，再進(jìn)行山體外側(cè)隧道拱部上下臺(tái)階開(kāi)挖，施作其支護(hù)，最后在仰拱及其填充完成后施作防水及二次襯砌。山體內(nèi)側(cè)隧道施工與外側(cè)施工順序相同。

金雞山和羅漢山兩座隧道，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)跨度和單洞凈距最大的雙向八車道連拱隧道。以金雞山隧道為例說(shuō)明。為了避免施工中出現(xiàn)工序轉(zhuǎn)換帶來(lái)的不便，采用中導(dǎo)洞貫通+雙側(cè)導(dǎo)洞的五導(dǎo)洞法施工，見(jiàn)圖2-2所示。

圖 2-2金雞山隧道主要施工步序

2.2.4半明半暗連拱隧道工藝

半明半暗隧道工藝，是山體外側(cè)隧道采用明洞形式，山體內(nèi)側(cè)采用俺洞形式，克服過(guò)去連拱隧道左右洞口地形陡峭，邊坡高且有時(shí)顯偏壓條件下進(jìn)出洞帶來(lái)不利邊坡穩(wěn)定、隧道結(jié)構(gòu)受力安全和環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。圖2-3為半明半暗法施工工藝。

圖 2-3半明半暗隧道施工步序

2.2.5單洞隧道改成連拱隧道

由于已有的單洞隧道不能滿通量的需求，需要改建和擴(kuò)建成連拱隧道。我國(guó)首例單洞隧道改成連拱隧道為杭州邱山隧道，該隧道施工方案和步驟采用“中導(dǎo)洞+既有隧道+右側(cè)壁”3導(dǎo)洞的施工方案。在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、若爆破、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、早噴錨、勤量測(cè)、早封閉”的原則組織施工。隧道施工步驟分成6大步和21個(gè)工序。

（1）貫通中導(dǎo)洞、施作中墻。新建連拱隧道平面布置與原邱山隧道平行，且兩者中心距控制在7.8～8.95m。在隧道邊部一側(cè)先施作寬為6m的中導(dǎo)洞，中導(dǎo)洞與原隧道側(cè)墻之間的巖柱厚度約2m。

（2）既有隧道二次襯砌拆除、左右洞開(kāi)挖支護(hù)后及時(shí)封閉。在原隧道二次襯砌拆除前進(jìn)行必要的拱頂小導(dǎo)管注漿加固處理，對(duì)原有二次襯砌素混凝土采用欲裂爆破拆除，正洞采用上下臺(tái)階法施工，盡早封閉單洞。

（3）新建隧道側(cè)導(dǎo)洞施工。在既有隧道初期支護(hù)進(jìn)洞約為單洞4倍洞徑后，立即實(shí)施新建隧道側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖。

（4）新建隧道正洞施工。待側(cè)導(dǎo)洞掘進(jìn)2倍洞徑后，即可采用上下臺(tái)階法實(shí)施正洞的土體開(kāi)挖，其中上臺(tái)階采用留核心土法施工，及時(shí)封閉成環(huán)。

（5）及時(shí)施作二次襯砌。

（6）機(jī)電安裝和隧道裝修。

3結(jié)論

雖然連拱隧道擁有較多的優(yōu)點(diǎn)，但是連拱隧道整體跨度打、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工復(fù)雜、施工難度大、造價(jià)高，存在較多問(wèn)題。當(dāng)前需要急需研究和完善的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：①支護(hù)強(qiáng)度不盡合理；②施工工序較多；③圍巖穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)施工控制有待加強(qiáng)；④設(shè)計(jì)理論和方法有待完善;⑤盡量提高設(shè)計(jì)施工水平，降低工程造價(jià)。未來(lái)公路連拱隧道發(fā)展應(yīng)以以下理念為指導(dǎo)：嚴(yán)格質(zhì)量管理、加強(qiáng)施工監(jiān)理；施工設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化；優(yōu)化通風(fēng)防塵措施；設(shè)計(jì)施工一體化。

參考文獻(xiàn)

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[3]任尚強(qiáng).六車道復(fù)合式中墻連拱隧道施工方法探討[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2010,v.6;No.41(2):354-357.

篇4

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理技術(shù) 隧道工程變形監(jiān)測(cè) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、前言

隨著技術(shù)的不斷更新，幾乎所有的工程建筑都用其來(lái)對(duì)自己的整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便掌握建筑的變形情況，及時(shí)采取有效措施，保證整個(gè)施工過(guò)程的安全性。在隧道施工期間運(yùn)用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，是確保施工期間隧道穩(wěn)定、安全的重要手段。本文基于變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)與方法，結(jié)合隧道施工工程的實(shí)際特征，對(duì)在隧道施工期間的變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用作出探討。

數(shù)據(jù)自動(dòng)化化監(jiān)測(cè)優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前，我國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的交通建設(shè)。其中，對(duì)于新建的隧道來(lái)說(shuō)，存在這一個(gè)線路交叉的問(wèn)題。為了保證隧道的施工以及運(yùn)營(yíng)的安全，必須要對(duì)道路的線路以及既有線路的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于隧道的監(jiān)測(cè)通常采用的是人工、自動(dòng)同時(shí)進(jìn)行的方式，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)的頻率高，周期長(zhǎng)（可進(jìn)行24小時(shí)不間斷測(cè)量）并且適應(yīng)性較強(qiáng)，進(jìn)而得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)在于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)容易收到周邊環(huán)境的干擾，影響其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。人工監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性的處理，不容易被環(huán)境干擾，穩(wěn)定性較強(qiáng)；缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)巨大的人力物力，并且對(duì)于某些細(xì)微的環(huán)境變化感覺(jué)不靈敏，無(wú)法進(jìn)行24小時(shí)不間斷測(cè)量。因此，首選的監(jiān)測(cè)方法是人工監(jiān)測(cè)結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。在使用自動(dòng)化方式采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，繼而對(duì)二者監(jiān)測(cè)的相關(guān)性進(jìn)行分析，找出造成兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果有差異的原因，進(jìn)而確定其影響因素，通過(guò)一系列的科學(xué)分析與調(diào)整得到可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

二、 隧道施工采用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的目的

1、隧道施工屬于山體內(nèi)部作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)比一般的路面施工高出幾倍。采用變形檢測(cè)技術(shù)，可以隨時(shí)掌握隧道內(nèi)部圍巖與支護(hù)的變化情況，調(diào)整施工方案。

2、施工過(guò)程中，山體與巖石結(jié)構(gòu)以及巖層難免要受到一定的影響，使內(nèi)部發(fā)生變化。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)及時(shí)反饋出的監(jiān)測(cè)結(jié)果，給施工人員提供了準(zhǔn)確的隧道內(nèi)部變化信息，確保了施工的安全性與穩(wěn)定性。

3、可以隨時(shí)修改與矯正施工的技術(shù)，完善施工不足，加強(qiáng)施工質(zhì)量。

三、隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本要求

1、及時(shí)、迅速地設(shè)置監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)是監(jiān)控測(cè)量的基礎(chǔ)，所以在埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)候一定要仔細(xì)，盡量利用控制點(diǎn)逐步向前延伸; 而且基準(zhǔn)點(diǎn)還必須定期地連同洞外的水準(zhǔn)點(diǎn)一起對(duì)隧道施工進(jìn)行變形測(cè)量。

2、及時(shí)埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位，準(zhǔn)確設(shè)定工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇巖體穩(wěn)定、少軟弱破碎圍巖的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置，要保證其能在監(jiān)測(cè)過(guò)程中準(zhǔn)確地反映監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的變形情況。

3、及時(shí)對(duì)所選對(duì)象進(jìn)行觀察測(cè)量與監(jiān)控。

4、對(duì)監(jiān)測(cè)后得出的數(shù)據(jù)要進(jìn)行整理與記錄，及時(shí)分析數(shù)據(jù)。

5、 根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定變形監(jiān)測(cè)的周期。

不能理論性地確立變形監(jiān)測(cè)的周期，監(jiān)測(cè)周期應(yīng)為流動(dòng)的、可更改的。監(jiān)測(cè)的對(duì)象隨時(shí)在發(fā)生內(nèi)部變化，變形監(jiān)測(cè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的變形數(shù)量與速度以及外界環(huán)境因素的變化來(lái)確定或者修改周期的長(zhǎng)短。如果不能確立監(jiān)測(cè)對(duì)象的變化情況，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)象變化異常，那么可以及時(shí)增加監(jiān)測(cè)次數(shù)，延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)周期。

6、在隧道的洞內(nèi)外都必須要進(jìn)行觀察與測(cè)量。

（一）每一個(gè)新的開(kāi)挖面工程啟動(dòng)的時(shí)候，都要綜合地質(zhì)工程師的此處地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，結(jié)合開(kāi)挖面的工作剖面圖，判定此處圍巖的級(jí)別;

（二）進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，沒(méi)有被支護(hù)的圍巖要進(jìn)行高度監(jiān)測(cè);

（三）每天定期觀察洞外、洞口的地表情況，監(jiān)測(cè)地表的沉陷度、水滲度，觀測(cè)邊坡的穩(wěn)定性。

四、影響自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的因素

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工化監(jiān)測(cè)的結(jié)果在外角點(diǎn)處有較大的差異，而在內(nèi)角點(diǎn)處位于隧道的底板位置兩種監(jiān)測(cè)所得到的結(jié)果相差就很小了。這種情況的出現(xiàn)，可能是由于溫度的變動(dòng)以及車輛的振動(dòng)引起的。至于對(duì)隧道底板的兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果相差不大，則可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：車輛振動(dòng)不會(huì)影響到自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，或者說(shuō)，對(duì)其影響較小。從隧道沉降歷時(shí)曲線圖以及道路沉降歷時(shí)曲線圖來(lái)看，我們可以知道，對(duì)于兩種方式的監(jiān)測(cè)所得到的結(jié)果來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)較大差異的季節(jié)情況不是一成不變的，也就是說(shuō)，溫度對(duì)于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)沒(méi)有什么影響，即便是有影響，也非常小。從邊墻位置上測(cè)點(diǎn)的變形的曲線來(lái)看，我們可以大體將邊墻位置變形分為兩個(gè)階段，即扭轉(zhuǎn)變形階段以及橫向傾斜變形。而從底板上測(cè)點(diǎn)的變形曲線來(lái)看，也可以大體將底板變形分為兩個(gè)階段，即縱向傾斜變形階段以及同步變形階段。結(jié)合不同的變形模式以及靜力水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果較大差別的原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。靜力水準(zhǔn)儀是由電容傳感器、主體容器以及連通管等組成，對(duì)于主體安裝墩來(lái)說(shuō)，當(dāng)其發(fā)生高程變化時(shí)，主體會(huì)根據(jù)不同的位置產(chǎn)生液面變化，這樣就會(huì)使得電容極板與浮子間的相對(duì)位置產(chǎn)生變動(dòng)，其中，電容極板是固定在容器項(xiàng)上的，而浮子裝有中間極。只要測(cè)出電容比的變化就能夠算出測(cè)點(diǎn)的相對(duì)沉降。但是當(dāng)儀器主體發(fā)生傾斜的時(shí)候，測(cè)試儀器的電容也會(huì)有所變化，這就會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。結(jié)合上面的分析，我們可以知道，對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果影響較大的是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形模式以及橫向傾斜變形模式。

五、隧道位移的變形監(jiān)測(cè)

在施工過(guò)程中，如果隧道發(fā)生位移，分為“地表下沉位移”與“隧道周邊位移”兩種情況。

1、地表下沉位移監(jiān)測(cè)

在隧道的洞口地段埋設(shè)監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位，用于觀察施工期間地表發(fā)生下陷的變形情況，一般設(shè)置三個(gè)左右的水準(zhǔn)基點(diǎn)，綜合幾個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出地表的下陷量。

2、 隧道周邊位移

一般將監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)位與水準(zhǔn)基點(diǎn)設(shè)置于隧道的兩側(cè)壁上，監(jiān)測(cè)整個(gè)隧道周邊的坑道斷面的收斂情況。

3、對(duì)隧道施工期間的震動(dòng)爆破情況監(jiān)測(cè)

在隧道進(jìn)行施工時(shí)，開(kāi)發(fā)新的挖掘面必然要利用爆破的形式對(duì)洞內(nèi)壁體的巖層產(chǎn)生一定的破壞與影響; 為了避免隧道出現(xiàn)坍塌等事故，要對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)架設(shè); 監(jiān)測(cè)點(diǎn)可水平設(shè)置在支護(hù)周圍，監(jiān)測(cè)爆破情況對(duì)巖體變形產(chǎn)生的影響，及時(shí)根據(jù)巖體變化調(diào)整支護(hù)情況，維護(hù)支護(hù)的穩(wěn)定性。根據(jù)隧道爆破施工時(shí)測(cè)量的振動(dòng)速度，進(jìn)行分析與計(jì)算。根據(jù)分析數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)爆破對(duì)此工作面產(chǎn)生變形的影響以及日后的變形情況，架設(shè)支護(hù)。還可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)爆破方案，將產(chǎn)生的變形影響降到最低。

六、對(duì)隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理

1、對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。以變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論指導(dǎo)為基礎(chǔ)，處理與計(jì)算多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的數(shù)據(jù)的變量值，推算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最終位移距離，了解變形規(guī)律并掌握變化情況。

2、繪制基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表。將各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)統(tǒng)一繪制成表格的形式，定期對(duì)表格的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，便于分析參考。

3、 隧道各處變形的具體說(shuō)明。根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋的變形數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)計(jì)隧道哪些地方發(fā)生了變形以及變形的數(shù)據(jù)與情況。

4、根據(jù)變形監(jiān)測(cè)的成果進(jìn)行分析。結(jié)合所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出變形監(jiān)測(cè)的成果，對(duì)此成果進(jìn)行分析，給出對(duì)本次隧道施工期間變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的意見(jiàn)，完善監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足。

結(jié)論

正確有效地采用變形監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)隧道施工進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，不但保障了施工的安全，而且大大提升了施工的質(zhì)量，變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的成果數(shù)據(jù)還能反饋施工技術(shù)的不足與缺陷，使技術(shù)人員綜合數(shù)據(jù)，完善優(yōu)化施工方案，加快施工進(jìn)度，避免很多安全問(wèn)題的出現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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篇5

【關(guān)鍵詞】：隧道工程，盾構(gòu)姿態(tài)，自動(dòng)測(cè)量，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

1引言

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)實(shí)時(shí)正確測(cè)定，是隧道順利推進(jìn)和確保工程質(zhì)量的前提，其重要性不言而喻。在盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)化程度越來(lái)越高的今天，甚至日掘進(jìn)量超過(guò)二十米，可想而知，測(cè)量工作的壓力是相當(dāng)大的。這不僅要求精度高，不出錯(cuò)；還必須速度快，對(duì)工作面交叉影響盡可能小。因此，為了能夠在隧道施工過(guò)程中及時(shí)準(zhǔn)確給出方向偏差，并予以指導(dǎo)糾偏，國(guó)內(nèi)外均有研制的精密自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)用于隧道工程中，對(duì)工程起到了很好的保證作用。

1.1國(guó)內(nèi)使用簡(jiǎn)況

國(guó)內(nèi)隧道施工中測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)所采用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有：德國(guó)VMT公司的SLS—T方向引導(dǎo)系統(tǒng)；英國(guó)的ZED系統(tǒng)；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺儀）方向檢測(cè)裝置等等。所采用的設(shè)備都是由國(guó)外進(jìn)口來(lái)的。據(jù)了解，目前有些地鐵工程中（如廣州、南京）在用SLS—T系統(tǒng)，應(yīng)用效果尚好。

總的來(lái)看，工程中使用自動(dòng)系統(tǒng)的較少。究其原因：一是設(shè)備費(fèi)或租賃費(fèi)較昂貴；二是對(duì)使用者要求高，普通技術(shù)人員不易掌握；三是有些系統(tǒng)的操作和維護(hù)較人工方法復(fù)雜，在精度可靠性上要輔助其它方法來(lái)保證。

1.2國(guó)外系統(tǒng)簡(jiǎn)況

國(guó)外現(xiàn)有系統(tǒng)其依據(jù)的測(cè)量原理，是把盾構(gòu)機(jī)各個(gè)姿態(tài)量（包括：坐標(biāo)量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、軸向轉(zhuǎn)角）分別進(jìn)行測(cè)定，準(zhǔn)確性和時(shí)效性受系統(tǒng)構(gòu)架原理和測(cè)量方法限制，其系統(tǒng)或者很復(fù)雜而降低了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。

國(guó)外生產(chǎn)的盾構(gòu)設(shè)備一般備有可選各自成套的測(cè)量與控制系統(tǒng)，作業(yè)方式主要以單點(diǎn)測(cè)距定位、輔以激光方向指向接收靶來(lái)檢測(cè)橫向與垂向偏移量的形式為主。另外要有縱、橫兩個(gè)精密測(cè)傾儀輔助[7]。有些（日本）盾構(gòu)機(jī)廠商提供的測(cè)控裝置中包括陀螺定向儀，采用角度與距離積分的計(jì)算方法[1][2]，對(duì)較長(zhǎng)距離和較長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)后的盾構(gòu)機(jī)方位進(jìn)行校核，但精度偏低，對(duì)推進(jìn)只起到有限的參考作用。

2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)思路與功能特點(diǎn)

2.1開(kāi)發(fā)思路

基于對(duì)已有同類系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析，為達(dá)到更好的實(shí)用效果，我們就此從新進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，理論原理和方法同過(guò)去有所不同，主要體現(xiàn)在：其一，系統(tǒng)運(yùn)行不采用直接激光指向接收靶的引導(dǎo)方式，而是根據(jù)測(cè)點(diǎn)精確坐標(biāo)值來(lái)對(duì)盾構(gòu)機(jī)剛體進(jìn)行獨(dú)立解算，計(jì)算盾構(gòu)姿態(tài)元素的精確值，擯棄以往積分推算方法，防止誤差積累；其二，選用具有自主開(kāi)發(fā)功能的高精度全自動(dòng)化的測(cè)量機(jī)器人，測(cè)量過(guò)程達(dá)到完全自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)智能控制；其三，在理論上將平面加高程的傳統(tǒng)概念，按空間向量歸算，在理論上以三維向量表達(dá)，簡(jiǎn)化測(cè)量設(shè)置方式和計(jì)算過(guò)程。

目前全站儀具備了過(guò)去所沒(méi)有的自動(dòng)搜索、自動(dòng)瞄準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)量等多種高級(jí)功能，還具有再開(kāi)發(fā)的能力，這為我們得以找到另外的測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的方法，提供了思路上和技術(shù)上的新途徑。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)著眼于克服傳統(tǒng)測(cè)控方式的缺點(diǎn)，提高觀測(cè)可靠性和測(cè)量的及時(shí)性，減少時(shí)間占用，最大限度降低人工測(cè)量勞動(dòng)強(qiáng)度，避免大的偏差出現(xiàn)，有利于盾構(gòu)施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，在總體上提高盾構(gòu)法隧道施工水平。系統(tǒng)設(shè)計(jì)上改進(jìn)其他方式的缺點(diǎn)，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中無(wú)需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量。

2.2原理與功能特點(diǎn)

盾構(gòu)機(jī)能夠按照設(shè)計(jì)線路正確推進(jìn)，其前提是及時(shí)測(cè)量、得到其準(zhǔn)確的空間位置和姿態(tài)方向，并以此為依據(jù)來(lái)控制盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)，及時(shí)進(jìn)行糾正。系統(tǒng)功能特點(diǎn)與以往方式不同，主要表現(xiàn)在：

(1)獨(dú)特的同步跟進(jìn)方式：本系統(tǒng)采用同步跟進(jìn)測(cè)量方式，較好克服了隨著掘進(jìn)面推進(jìn)測(cè)點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn)造成的觀測(cè)困難和不便。

(2)免除輔助傳感器設(shè)備，六要素一次給出（六自由度）。

(3)三維向量導(dǎo)線計(jì)算：系統(tǒng)充分利用測(cè)量機(jī)器人(LeicaTCA全站儀)的已有功能，直接測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）,采用新算方法——“空間向量”進(jìn)行嚴(yán)密的姿態(tài)要素求解。

(4)運(yùn)行穩(wěn)定精度高：能充分滿足隧道工程施工對(duì)精度控制的要求以及對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。

(5)適用性強(qiáng)：能耐高低溫，適于條件較差的施工環(huán)境中的正常運(yùn)行（溫度變化大，濕度高，有震動(dòng)的施工環(huán)境）。

圖1系統(tǒng)主信息界面示意

系統(tǒng)連續(xù)跟蹤測(cè)定當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)的三維空間位置、姿態(tài)，和設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行比較獲得偏差信息。在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的主要信息如圖一所示。包括：盾構(gòu)機(jī)兩端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾構(gòu)機(jī)剛體三個(gè)姿態(tài)轉(zhuǎn)角：1)盾購(gòu)機(jī)水平方向偏轉(zhuǎn)角（方位角偏差）、2)盾構(gòu)機(jī)軸向旋轉(zhuǎn)角、3)盾構(gòu)機(jī)縱向坡度差（傾斜角差），以及測(cè)量時(shí)間和盾構(gòu)機(jī)切口的當(dāng)前里程，并顯示盾構(gòu)機(jī)切口所處位置的線路設(shè)計(jì)要素。

2.3運(yùn)行流程

系統(tǒng)采用跟蹤式全自動(dòng)全站儀（測(cè)量機(jī)器人），在計(jì)算機(jī)的遙控下完成盾構(gòu)實(shí)時(shí)姿態(tài)跟蹤測(cè)量。測(cè)量方式如圖二所示：由固定在吊籃（或隧道壁）上的一臺(tái)自動(dòng)全站儀[T2]和固定于隧道內(nèi)的一個(gè)后視點(diǎn)Ba，組成支導(dǎo)線的基準(zhǔn)點(diǎn)與基準(zhǔn)線。按連續(xù)導(dǎo)線形式沿盾構(gòu)推進(jìn)方向，向前延伸傳遞給在同步跟進(jìn)的車架頂上安置的另一臺(tái)自動(dòng)全站儀[T1]及棱鏡，由測(cè)站[T1]測(cè)量安置于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的固定點(diǎn){P1}、{P2}、{P3}，得到三點(diǎn)的坐標(biāo)。盾構(gòu)機(jī)本體上只設(shè)定三個(gè)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)。該方式能較好地解決激光指向式測(cè)量系統(tǒng)的痼疾——對(duì)曲線段推進(jìn)時(shí)基準(zhǔn)站設(shè)置與變遷頻繁的問(wèn)題。

2.4剛體原理

盾構(gòu)機(jī)體作為剛體，理論上不難理解，剛體上三個(gè)不共線的點(diǎn)唯一地確定其空間位置與姿態(tài)。由三測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)坐標(biāo)值，按向量歸算方法（另文），解算得出盾構(gòu)機(jī)特征點(diǎn)坐標(biāo)與姿態(tài)角度精確值。即通過(guò)三維向量歸算直接求得盾構(gòu)機(jī)切口和盾尾特征部位中心點(diǎn)O1和O2當(dāng)前的三維坐標(biāo)（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同時(shí)根據(jù)里程得到設(shè)計(jì)所對(duì)應(yīng)的理論值，兩者比較得出偏差量。

2.5系統(tǒng)初始化操作

系統(tǒng)初始化包括四項(xiàng)內(nèi)容：

1)設(shè)置盾構(gòu)機(jī)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)和后視基準(zhǔn)點(diǎn)；

2)固定站和動(dòng)態(tài)站上全站儀安置；

3)盾構(gòu)控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)與全站儀通訊纜連接；

4)系統(tǒng)運(yùn)行初態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)定和輸入。

在固定站[T2]換位時(shí)，相關(guān)的初態(tài)數(shù)據(jù)須重測(cè)重設(shè)，而其他幾項(xiàng)只在首次安裝時(shí)完成即可。

F1鍵啟動(dòng)系統(tǒng)。固定的[T2]全站儀后視隧道壁上的Ba后視點(diǎn)（棱鏡）進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)量定向。[T2]和安裝于盾構(gòu)機(jī)車架頂上的[T1]全站儀（隨車架整體移動(dòng)）以及固定于盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的測(cè)量目標(biāo)（反射鏡）P1、P2、P3構(gòu)成支導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)線自動(dòng)測(cè)量。

2.6運(yùn)行操作與控制

本系統(tǒng)在兩個(gè)測(cè)站點(diǎn)[T1]、[T2]安裝自動(dòng)全站儀，由通信線與計(jì)算機(jī)連接，除計(jì)算機(jī)“開(kāi)”與“關(guān)”外，運(yùn)行中無(wú)須人員操作和干予，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后直接進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量狀態(tài)界面，當(dāng)系統(tǒng)周而復(fù)始連續(xù)循環(huán)運(yùn)行時(shí)，能夠智能分析工作狀態(tài)來(lái)調(diào)整循環(huán)周期（延遲時(shí)間），直到命令停止測(cè)量或退出。

3系統(tǒng)軟件與設(shè)備構(gòu)成

3.1軟件開(kāi)發(fā)依據(jù)的基礎(chǔ)

測(cè)量要素獲得是系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，選用瑞士Leica公司TCA自動(dòng)全站儀（測(cè)量機(jī)器人）及相應(yīng)的配件，構(gòu)成運(yùn)行硬件基礎(chǔ)框架?；赥CA自動(dòng)全站儀系列的接口軟件GeoCom和空間向量理論及定位計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)即時(shí)空間定位，這在設(shè)計(jì)原理上不同于現(xiàn)有同類系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)啟動(dòng)自動(dòng)測(cè)量運(yùn)行程序，讓IPC機(jī)和通訊設(shè)備遙控全站儀自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，完成全部跟蹤跟進(jìn)測(cè)量任務(wù)。

3.2系統(tǒng)硬件組成的五個(gè)部分

■全自動(dòng)全站儀

測(cè)量主機(jī)采用瑞士徠卡公司的TCA1800自動(dòng)測(cè)量全站儀，它是目前同類儀器中性能最完善可靠的儀器之一。TCA1800的測(cè)角精度為±1”、測(cè)距精度為1mm+2ppm；儀器可以在同視場(chǎng)范圍內(nèi)安裝二個(gè)棱鏡并實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量，使觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置自由靈活，大大提高了系統(tǒng)測(cè)量的精度。

■測(cè)量附屬設(shè)備

包括棱鏡和反射片等。

■自動(dòng)整平基座

德國(guó)原裝設(shè)備，糾平范圍大(10o48’)，反應(yīng)快速靈敏(±32”)。

■工業(yè)計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S計(jì)算機(jī)，它能在震動(dòng)狀態(tài)、5。~50。C及80%相對(duì)濕度環(huán)境中正常運(yùn)行，工礦環(huán)境下能夠防塵、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ處理器

——32M內(nèi)存

——10G硬盤(pán)或更高

——3.5英寸軟驅(qū)

——SuperVGA1024*768液晶顯示器

——PC/AT（101/102鍵）鍵盤(pán)接口

——標(biāo)準(zhǔn)PS/2鼠標(biāo)接口

——8串口多功能卡（內(nèi)置于計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽）

■雙向通訊（全站儀D計(jì)算機(jī)）設(shè)備

系統(tǒng)長(zhǎng)距離雙向數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的元器件，性能優(yōu)良，使得本系統(tǒng)通訊距離允許長(zhǎng)達(dá)1000米（通常200米以內(nèi)即滿足系統(tǒng)使用要求），故障率較國(guó)外同類系統(tǒng)低得多，約減少90％以上。通訊原理如圖三所示。

3.3系統(tǒng)硬件組成簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)

從設(shè)備構(gòu)成可知，系統(tǒng)不使用陀螺儀，也不必配裝激光發(fā)射接收裝置，并舍去其他許多系統(tǒng)所依賴的傳感設(shè)備或測(cè)傾儀設(shè)備，從而最大限度地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)簡(jiǎn)化提高了其健壯性，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)和最優(yōu)。

帶來(lái)上述優(yōu)點(diǎn)的原因，在于機(jī)器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三維框架，通過(guò)在計(jì)算理論和方法上突破過(guò)去傳統(tǒng)方式的框框，使之能夠高精度直接給出盾構(gòu)機(jī)上任意（特征）點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）以及三個(gè)方向的（偏轉(zhuǎn)）角度（α，β，γ），這樣在盾構(gòu)機(jī)定位定向中，即使是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盾構(gòu)機(jī)也能夠簡(jiǎn)單地同時(shí)確定任意多個(gè)特征點(diǎn)。比如DOT式雙圓盾構(gòu)需解決雙軸中心線位或其他盾構(gòu)更多軸心、以及鉸接式變角等問(wèn)題，可通過(guò)向量和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算解出而不必增加必要觀測(cè)。

由此可知，本構(gòu)架組成系統(tǒng)的硬件部件少，運(yùn)行更加可靠，較其他形式的姿態(tài)測(cè)量方式優(yōu)點(diǎn)明顯。實(shí)際上本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是由測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)直接解算來(lái)直接給定測(cè)量對(duì)象（剛體）的空間姿態(tài)。

另外特別說(shuō)明一點(diǎn)：本系統(tǒng)由兩臺(tái)儀器聯(lián)測(cè)時(shí)，每次測(cè)量都從隧道基準(zhǔn)導(dǎo)線點(diǎn)開(kāi)始，測(cè)量運(yùn)行過(guò)程中每點(diǎn)和每條邊在檢驗(yàn)通過(guò)之后才進(jìn)行下步。得到的姿態(tài)結(jié)果均相互獨(dú)立，無(wú)累積計(jì)算，故系統(tǒng)求解計(jì)算中無(wú)累計(jì)性誤差存在。因此，每次結(jié)果之間可以相互起到檢核作用，從而避免產(chǎn)生人為的或系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運(yùn)行錯(cuò)誤。這種每次直接給出獨(dú)立盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的測(cè)算模式，在同類系統(tǒng)中是首次采用。

冗余觀測(cè)能夠避免差錯(cuò)，也是提高精度的有效方法。最短可設(shè)置每三分鐘測(cè)定一次盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，由此產(chǎn)生足量冗余，不僅確保了結(jié)果的準(zhǔn)確，也保證了提供指導(dǎo)信息的及時(shí)性，同時(shí)替代了隧道不良環(huán)境中的人工作業(yè)，改善了盾構(gòu)隧道施工信息化中的一個(gè)重要但較薄弱的環(huán)節(jié)。

4工程應(yīng)用及結(jié)論

4.1工程應(yīng)用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延長(zhǎng)路站區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)工程，本系統(tǒng)在該隧道的盾構(gòu)掘進(jìn)中成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量，通過(guò)了貫通檢驗(yàn)。該工程包括上行線和下行線二條隧道，單線全長(zhǎng)1267米。每條隧道包含15段平曲線（直線、緩和曲線、圓曲線）和17段豎曲線（坡度線、圓曲線），線型復(fù)雜。

盾構(gòu)姿態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2001年12月11日至2002年3月7日在盾構(gòu)推進(jìn)施工中調(diào)試應(yīng)用。首先在下行線（里程SK15+804～SK16+103）安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，調(diào)試獲得成功，由于下行線推進(jìn)前方遇到灌注樁障礙被迫停工，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移安裝到上行線的盾構(gòu)推進(jìn)施工中使用，直到上行線于2002年3月7日準(zhǔn)確貫通，取得滿意結(jié)果。

4.2系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果精度分析

盾構(gòu)機(jī)非推進(jìn)狀態(tài)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)精度估計(jì)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試和施工運(yùn)行引導(dǎo)推進(jìn)表明，系統(tǒng)在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中連續(xù)跟蹤測(cè)量盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)運(yùn)行狀況良好。測(cè)量一次大約2~3分鐘。在“停止”狀態(tài)測(cè)得數(shù)據(jù)中，里程是不變的，此時(shí)的偏差變化，直接反映出系統(tǒng)在低度干擾狀態(tài)下的內(nèi)符合穩(wěn)定性，其數(shù)據(jù)——偏差量用來(lái)指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)和糾偏。盾構(gòu)不推進(jìn)所測(cè)定盾構(gòu)機(jī)偏差的較差<±1cm，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)測(cè)定盾構(gòu)機(jī)偏差的誤差<±2cm。表三中和人工測(cè)量的結(jié)果對(duì)比，考慮對(duì)盾構(gòu)機(jī)特征點(diǎn)預(yù)置是獨(dú)立操作的，從而存在的不共點(diǎn)誤差，由此推估測(cè)量結(jié)果和人工測(cè)量是一致的，在盾構(gòu)機(jī)貫通進(jìn)洞時(shí)得到驗(yàn)證。

4.3開(kāi)發(fā)與應(yīng)用小結(jié)

經(jīng)數(shù)據(jù)隨機(jī)抽樣統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出中誤差（表一、表二）表明：以兩倍中誤差為限值，盾構(gòu)機(jī)停止和推進(jìn)兩種狀態(tài)偏差結(jié)果的中誤差均小于±20毫米，滿足規(guī)范要求。

為了檢核盾構(gòu)姿態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)精度，仍采用常規(guī)的人工測(cè)量方法，測(cè)定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并與同里程的自動(dòng)測(cè)量記錄相比較（表三），求得二者的較差()。由于二者各自確定的切口中心點(diǎn)O1和盾尾中心點(diǎn)O2不一致偏差約為2cm，所以各自測(cè)定的偏差不是相對(duì)于同一中心點(diǎn)的，即二者之間先期存在著系統(tǒng)性差值。

通過(guò)工程實(shí)用運(yùn)行，對(duì)多種困難條件適應(yīng)性檢驗(yàn)，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的性能：

1)實(shí)時(shí)性——系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量反映當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)空間(六自由度)狀態(tài)；

2)動(dòng)態(tài)性——系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤跟進(jìn)，較好解決了彎道轉(zhuǎn)向問(wèn)題；

3)簡(jiǎn)易性——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，操作和維護(hù)方便，易于推廣使用；

4)快速性——系統(tǒng)測(cè)量一次僅需約兩分鐘；

5)準(zhǔn)確性——結(jié)果準(zhǔn)確精度高，滿足規(guī)范要求，在各種工況狀態(tài)都小于±20毫米；

6)穩(wěn)定性——適應(yīng)震動(dòng)潮濕的地下隧道環(huán)境，系統(tǒng)可以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

本系統(tǒng)已成功用于上海市復(fù)興東路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾構(gòu)推進(jìn)中。我們相信對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，精確度高，維護(hù)方便的盾構(gòu)姿態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在盾構(gòu)施工中將發(fā)揮其應(yīng)有作用。

[參考文獻(xiàn)]

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篇6

關(guān)鍵詞：公路隧道 監(jiān)控量測(cè) 回歸分析 拱頂下沉 位移

中圖分類號(hào)：X734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 前言

目前國(guó)內(nèi)外山嶺隧道設(shè)計(jì)施工基礎(chǔ)理論為新奧法，新奧法主要內(nèi)容可以概括為一個(gè)核心三個(gè)基本點(diǎn)，一個(gè)核心即為利用圍巖的自承內(nèi)力使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡狀態(tài)；三個(gè)基本點(diǎn)分別為：一是運(yùn)用監(jiān)控量測(cè)手段時(shí)刻關(guān)注圍巖變化情況；二是適時(shí)支護(hù)，在最合理時(shí)間內(nèi)進(jìn)行支護(hù)；三是光面爆破，減少出現(xiàn)應(yīng)力集中情況[1][2]?？梢?jiàn)監(jiān)控量測(cè)在山嶺隧道施工中占有重要的地位，雖然國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者技術(shù)人員對(duì)監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行了大量的研究分析，但目前國(guó)內(nèi)隧道施工中監(jiān)控量測(cè)實(shí)際使用效果并不是很理想，問(wèn)題根源主要有以下幾個(gè)方面：一是監(jiān)控量測(cè)并未得到現(xiàn)場(chǎng)施工單位應(yīng)有的重視，即使實(shí)施了監(jiān)控量測(cè)，也未發(fā)揮監(jiān)控量測(cè)應(yīng)有的作用；二是實(shí)施監(jiān)控量測(cè)的技術(shù)人員功底較薄，其對(duì)監(jiān)控量測(cè)的理解只停留在判斷圍巖是否安全的階段；三是監(jiān)控量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差，數(shù)據(jù)采集往往誤差較大，影響技術(shù)人員分析。本文主要是結(jié)合筆者多年的隧道施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)目前監(jiān)控量測(cè)存在問(wèn)題提出了自己的見(jiàn)解并給出具體分析實(shí)例。

2 監(jiān)控量測(cè)簡(jiǎn)介

我國(guó)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/F60—2009）[3][4]對(duì)公路隧道監(jiān)控量測(cè)目的、測(cè)點(diǎn)布設(shè)、精度要求、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析給出了較為詳細(xì)的論述，并推薦了三種回歸分析函數(shù)?，F(xiàn)將必測(cè)項(xiàng)目周邊收斂、拱頂下沉和地表下沉采用的儀器及目的做一簡(jiǎn)要說(shuō)明：

表1 必測(cè)項(xiàng)目及其監(jiān)測(cè)方式

上述表格給出了必測(cè)項(xiàng)目幾種常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)手段及其優(yōu)缺點(diǎn)，其中精度主要依據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)中誤差結(jié)果得到。

3 回歸分析在處理數(shù)據(jù)中的運(yùn)用

王建宇在文獻(xiàn)[5]中從全位移角度闡述了回歸分析在監(jiān)控量測(cè)中的運(yùn)用，但這與實(shí)際監(jiān)控量測(cè)有所出入，本文主要從隧道設(shè)計(jì)的預(yù)留變形量及建筑限界角度重新剖析回歸分析在監(jiān)控量測(cè)中的運(yùn)用。下圖給出了回歸分析擬合曲線示意圖：

圖1 圍巖位移與時(shí)間關(guān)系示意圖

規(guī)范推薦了對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和雙曲線函數(shù)三種回歸模式，其原理一致，即得到的函數(shù)，從而可分析開(kāi)始采集數(shù)據(jù)前的位移變化情況，同時(shí)依據(jù)的數(shù)值判斷圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖1，橫軸為時(shí)間軸，縱軸為位移累計(jì)變化軸，其中時(shí)間=0表示圍巖開(kāi)挖開(kāi)始時(shí)間節(jié)點(diǎn)（放炮結(jié)束時(shí)間），= 為開(kāi)挖結(jié)束時(shí)間節(jié)點(diǎn)，也是支護(hù)開(kāi)始時(shí)間節(jié)點(diǎn)，= 為支護(hù)結(jié)束后某時(shí)刻，即開(kāi)始測(cè)點(diǎn)布設(shè)和數(shù)據(jù)初始采集時(shí)間節(jié)點(diǎn)。故圍巖=+++，其中：表示圍巖受隧道開(kāi)挖引起的所有位移，表示可量測(cè)得到的位移，表示=至=時(shí)間內(nèi)圍巖的位移，表示=0至=內(nèi)圍巖開(kāi)挖期間的位移，表示圍巖開(kāi)挖對(duì)引起前方圍巖的位移，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可求得。

因此，=++與隧道設(shè)計(jì)的預(yù)留變形量進(jìn)行比較，從而可知預(yù)留變形量是否滿足設(shè)計(jì)要求；=+初期支護(hù)完成后初期支護(hù)累計(jì)變形量，此值更直觀反映隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移值。

4工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

感坑隧道位于廈門(mén)至成都國(guó)家高速公路贛州至崇義（贛湘界）段新建工程A3標(biāo)，為單向2車道連拱隧道，感坑隧道位于上猶縣黃埠鎮(zhèn)小感坑村附近，隧道穿越小感坑村一小山包。隧道起止樁號(hào)為K467+203~K467+480，全長(zhǎng)為277m。本隧道均為半徑R=1318m的左偏圓線上，羅線縱坡為上下分別為2.096％和-1.3％的雙面坡，隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)符合隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[3]要求。

4.2 數(shù)據(jù)采集

斷面布置按《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》[4]規(guī)定，在隧道Ⅳ級(jí)圍巖每20m布設(shè)一個(gè)拱頂沉降斷面，若遇到變形較大時(shí)加密斷面。下表給出左洞埋深110m 的ZK467+340斷面初期支護(hù)拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示在持續(xù)監(jiān)測(cè)一周后日變化量小于0.2mm/day。表2給出不同時(shí)間ZK467+340斷面拱頂下沉中間測(cè)點(diǎn)G1累計(jì)變化情況：

表2 拱頂下沉實(shí)測(cè)值與時(shí)間關(guān)系

其中隧道開(kāi)挖至出渣完成共耗時(shí)7個(gè)小時(shí)，支護(hù)時(shí)間5個(gè)小時(shí)，支護(hù)完成后18個(gè)小時(shí)開(kāi)始布設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)初次采集。

4.3 回歸分析

時(shí)間=30小時(shí)，時(shí)間=12小時(shí)。利用指數(shù)函數(shù)，其中表示可量測(cè)的部分的收斂值，表示數(shù)據(jù)變形發(fā)展的趨勢(shì)。

利用Origin軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到G1點(diǎn)的沉降累計(jì)變化量和時(shí)間函數(shù)關(guān)系如下：

，上述擬合函數(shù)的方差=0.8654，相關(guān)系數(shù)平方=0.99416，故擬合函數(shù)與實(shí)際測(cè)值有較好的擬合關(guān)系。

故：=49.2mm，==7.2mm，==9.5mm，開(kāi)挖后圍巖拱頂部位豎向位移=++=65.9mm。

同時(shí)參考利用文獻(xiàn)[5]可知=（++），取=0.314，得=30.2mm。

=+++=96.1mm。

上述分析可知，從監(jiān)測(cè)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合得到開(kāi)挖面在爆破至開(kāi)始初期支護(hù)期間圍巖拱部位移達(dá)到7.2mm，開(kāi)始支護(hù)到開(kāi)始采集數(shù)據(jù)期間圍巖（初期支護(hù)結(jié)構(gòu)）拱頂部位位移達(dá)到9.5mm，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)之后可測(cè)得圍巖（初期支護(hù)結(jié)構(gòu)）拱頂部位位移達(dá)到49.2mm，由于前面掌子面開(kāi)挖導(dǎo)致的先行位移達(dá)到30.2mm。圍巖由于隧道施工在豎向位移變化可達(dá)到96.1mm，圍巖變形大小是圍巖安全穩(wěn)定性重要分析依據(jù)，圍巖全位移的大小直接反映了圍巖安全狀態(tài)。

5結(jié)論及建議

依據(jù)隧道實(shí)際施工中不同階段時(shí)間內(nèi)圍巖位移變化的不同含義，確定了四個(gè)時(shí)間段位移值的求得方法，分析圍巖位移變化和時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，得出了主要以下主要結(jié)論。

圍巖由于受到之前圍巖的開(kāi)挖引起的先期位移占圍巖總的位移變化較大的比重，分析感坑隧道ZK467+340斷面數(shù)據(jù)可知，先期位移達(dá)到30.2mm，此位移也是判斷圍巖穩(wěn)定性重要依據(jù)；

分析感坑隧道ZK467+340斷面數(shù)據(jù)可知，從爆破結(jié)束至開(kāi)始采集數(shù)據(jù)期間，圍巖拱頂部位位移變形量占可測(cè)位移變化量34%，故對(duì)于判斷隧道預(yù)留變形量必須使用回歸分析方可得到參照依據(jù)；

開(kāi)始初期支護(hù)至開(kāi)始采集數(shù)據(jù)期間圍巖（初期支護(hù)）拱頂部分位移變形占可測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)19%，故初期支護(hù)時(shí)間雖然較短，但此期間圍巖變形相對(duì)較大；

從回歸分析過(guò)程可知，初始數(shù)據(jù)采集時(shí)間越早，回歸分析引起的誤差越小。

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篇7

摘要：在我國(guó)西南、中南地區(qū)，巖溶地質(zhì)災(zāi)害分布較為普遍。由于巖溶分布不明顯，因此在該地區(qū)實(shí)施隧道施工較為困難。那么，如何在巖溶分布較多的地區(qū)進(jìn)行隧道施工，提高隧道質(zhì)量呢？結(jié)合實(shí)際，筆者通過(guò)巖溶對(duì)隧道影響的分析，提出了在巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道施工的關(guān)鍵性技術(shù)，望能拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū) 隧道 影響 施工技術(shù)

巖溶是地表水和地下水經(jīng)過(guò)不斷補(bǔ)給、徑流、滲透和循環(huán)對(duì)可溶性巖層進(jìn)行化學(xué)溶解作用和機(jī)械破壞作用的產(chǎn)物。作為巖溶發(fā)育的基本條件，巖石的可溶性和裂隙性以及水的侵蝕性和流通性是巖溶地區(qū)隧道施工的難點(diǎn)。如何提高巖溶地區(qū)隧道施工技術(shù)成了當(dāng)前業(yè)界所面臨的重要課題。

一、巖溶對(duì)隧道施工的影響

巖溶是地表水和地下水對(duì)可溶性巖層經(jīng)過(guò)化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用而形成的各種地表或地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。

在巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道工程的建設(shè)，阻力很大。溶洞位于底部，因充填物軟而松，不利于隧道基底的施工；位于上部，施工時(shí)容易出現(xiàn)充填物坍塌，不宜開(kāi)挖；有些地區(qū)的溶洞巖質(zhì)不堅(jiān)固，破碎物較多，施工時(shí)稍有不慎，容易發(fā)生坍塌情況；的遇到填滿飽含水分的充填物溶囊，當(dāng)隧道掘進(jìn)至其邊緣時(shí)，含水充填物不斷涌入隧道，難以遏止，甚至地表開(kāi)裂下沉，山體壓力劇增；在施工時(shí)，也有可能遇上較大的水囊，導(dǎo)致巖石、泥土隨水大量沖向隧道；還有的溶洞，錯(cuò)綜復(fù)雜、迂回交錯(cuò)，其中的分支分布較廣，處理起來(lái)具有一定的難度。

二、隧道施工常采取的主要技術(shù)手段

1 地質(zhì)預(yù)報(bào)

采取地質(zhì)預(yù)報(bào)的方式主要目的有兩個(gè)：1）在施工期間，避免地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)，從而給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的危害；2）對(duì)地質(zhì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，可隨動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境及調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容。目前，我國(guó)地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段有地質(zhì)素描、物探、鉆探及洞探，其檢測(cè)的可信度隨其前后順序遞增。然而，由于巖溶地質(zhì)千變?nèi)f化，不可能僅靠單一的檢測(cè)手段就可準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。下面是筆者總結(jié)出的地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)手段的優(yōu)缺點(diǎn)，望能給業(yè)界人士根據(jù)實(shí)際需要綜合應(yīng)用：

1）TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

a 優(yōu)點(diǎn)。（1）使用范圍廣。該種預(yù)報(bào)手段可在極軟巖地質(zhì)中監(jiān)測(cè)，也可在極硬巖中工作，因此使用范圍廣；（2）跨度大。能預(yù)報(bào)掌子面前方100~ 350 m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況, 圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長(zhǎng)度就越大；（3）干擾小。TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)間大約需30分鐘，在隧道施工休息間隙，便可安排此項(xiàng)工作；（4）預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及時(shí)。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的第2天，便可出報(bào)告。

b 缺點(diǎn)。（1）TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是根據(jù)24個(gè)爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時(shí)間，來(lái)確定其預(yù)報(bào)地質(zhì)體距離掌子面的位置，而實(shí)際情況與地質(zhì)體預(yù)報(bào)的位置有所不同，導(dǎo)致其準(zhǔn)確性有些變化；（2）預(yù)報(bào)的精度所能反映出的地質(zhì)體的寬度是根據(jù)采樣間隔和巖體彈性波速度來(lái)確定的；（3）該種預(yù)報(bào)方法對(duì)斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，而對(duì)溶洞等點(diǎn)狀地質(zhì)體的放射信號(hào)不強(qiáng)，尤其是寬度小于0. 4m 的小型溶洞更是難以預(yù)報(bào)。

2）地質(zhì)雷達(dá)

a 優(yōu)點(diǎn)。（1）在地表探測(cè)5~ 30m 范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體如溶洞、空隙等)反射信號(hào)比較明顯；灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前采用中~ 低頻率的天線可作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段；（2）而隧道混凝土襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)可采用高頻率的天線。

b 缺點(diǎn)。（1）由于雷達(dá)儀器的密封性能不好，導(dǎo)致其容易損壞，且操作不方便，不適合遠(yuǎn)距離的探測(cè)；（2）雷達(dá)的使用環(huán)境應(yīng)較為寬敞，而隧道內(nèi)的空間條件不大適合雷達(dá)的探測(cè)，再加上洞內(nèi)鋼架、鋼軌等金屬構(gòu)件的干擾，使其探測(cè)效果不佳。

3）紅外探測(cè)

a 優(yōu)點(diǎn)。該儀器體形較小，容易攜帶，操作程序簡(jiǎn)便，且可對(duì)探測(cè)地區(qū)實(shí)施全空間、全方位角度的探測(cè)，能對(duì)隧道空間及掘進(jìn)面前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造進(jìn)行預(yù)測(cè)，占用隧道施工的時(shí)間基本可忽略，后期的數(shù)據(jù)分析、總結(jié)，簡(jiǎn)潔易懂、耗時(shí)較短。

b 缺點(diǎn)。預(yù)測(cè)隧道內(nèi)是否存在水體只限于在探測(cè)點(diǎn)前方30m 范圍內(nèi)，且水體的具體情況如水量、具體方位等都無(wú)法探測(cè)，可以說(shuō)紅外探測(cè)正處于定性分析階段，定量分析還有待研究。

2 隧道底部遇到溶洞的處理技術(shù)

對(duì)已無(wú)太大變化、空間小且無(wú)水的溶洞，可依據(jù)其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石等予以回填封閉。而是否需要邊墻基礎(chǔ)可根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況來(lái)決定。

1）當(dāng)遇到大且深的溶洞時(shí)， 可采用梁拱跨越。實(shí)施這種邊墻基礎(chǔ)應(yīng)注意，梁端、拱座應(yīng)選在較為穩(wěn)固的基石上進(jìn)行建設(shè)，為了增加穩(wěn)定性，也可用混凝土進(jìn)行加固；2）在溶洞進(jìn)行隧道施工時(shí)，若遇到狹長(zhǎng)且深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過(guò)；3）當(dāng)隧道底部遇到較大溶洞并有流水時(shí)，可在隧底以下砌筑漿砌片石或混凝土支墻，支撐隧道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水；4）若是遇到大溶洞，那么隧道施工的處理較為復(fù)雜，可視實(shí)際情況而定，采取邊墻梁及行車梁通過(guò)。

3 隧道拱部上方遇到溶洞的處理技術(shù)

當(dāng)溶洞具有較為穩(wěn)固的完整頂板、無(wú)明顯滲漏水現(xiàn)象，且其厚度在巖洞跨度的1/2以上時(shí)，可采用一般的路基及橋梁施工方案直接在溶洞中施工，可不需要襯砌結(jié)構(gòu)；若出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，應(yīng)做好襯砌結(jié)構(gòu)，以保護(hù)溶洞內(nèi)通行的車輛安全。在對(duì)溶洞內(nèi)的松石進(jìn)行清除時(shí)，應(yīng)采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體，防止巖洞或頂板的塌方。

總而言之，巖洞地區(qū)進(jìn)行隧道的施工較為復(fù)雜，為了提高施工質(zhì)量，施工人員應(yīng)不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)各種巖洞情況的認(rèn)識(shí)，此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而提升自己解決問(wèn)題的能力，為我國(guó)西南、中南巖洞地區(qū)隧道的施工貢獻(xiàn)一份力量。

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篇8

關(guān)鍵詞：混凝土；受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線；本構(gòu)關(guān)系；受彎截面

中圖分類號(hào)：TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

0 引言

混凝土受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線是其最基本的本構(gòu)關(guān)系，又是多軸本構(gòu)模型的基礎(chǔ)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析中，例如構(gòu)件的截面剛度、承載力、延性、超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力等過(guò)程中，它是不可或缺的物理方程，對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性起決定性作用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究及改進(jìn)，已有數(shù)十條曲線表達(dá)式，其中部分具有代表性的表達(dá)式已經(jīng)被各國(guó)規(guī)范采納。常用的表達(dá)式包括我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)、CEB-FIP Model Code(1990)、清華過(guò)鎮(zhèn)海以及美國(guó)學(xué)者Hognestad建議的混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在已有研究的基礎(chǔ)上，本文將對(duì)各個(gè)表達(dá)式在實(shí)際運(yùn)用中的情況進(jìn)行比較，并且通過(guò)實(shí)際算例運(yùn)用這些表達(dá)式進(jìn)行受彎截面彈塑性分析。

1 常用混凝土受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線比較

至今已有不少學(xué)者提出了多種混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，常用的表達(dá)式采用兩類，一類是采用上升段與下降段采用統(tǒng)一曲線的方程，一類是采用上升段與下降段不一樣的方程。

中國(guó)規(guī)范

我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）采用的模式為德國(guó)人Rüsch1960年提出的二次拋物線加水平直線，上升階段的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系式為：

（1-1）

拋物線頂點(diǎn)應(yīng)力為，是壓應(yīng)力的最大值，該點(diǎn)的壓應(yīng)變?yōu)?。第二階段的關(guān)系式為：

（1-2）

當(dāng)壓應(yīng)變超過(guò)εu時(shí)，認(rèn)為混凝土已破壞，故取εu為混凝土受壓時(shí)的極限應(yīng)變。

歐洲規(guī)范

歐洲規(guī)范CEB-FIP Model Code(1990)建議的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為Sargin1971年提出的有理分式來(lái)表示，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為：

（1-3）（1-4）

式中:εc1為相應(yīng)于壓應(yīng)力峰值σ0的壓應(yīng)變?chǔ)與1=-0.0022，εc1為從原點(diǎn)到壓應(yīng)力峰值點(diǎn)的割線模量, =/0.0022，為混凝土初始彈性模量；εu為混凝土極限壓應(yīng)變, 其大小與、及εc1有關(guān)。

1.3清華過(guò)鎮(zhèn)海曲線

清華大學(xué)的過(guò)鎮(zhèn)海教授在1982年結(jié)合自己多年的研究成果提出了自己的混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線表達(dá)式。第I階段仍為二次拋物線，與德國(guó)人Rüsch提出的拋物線模式相同如下：

（1-1）

第II階段中，下降段用有理分式表示如下：

（1-5）

其中，ε0見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。

1.4 美國(guó)Hognestad曲線

美國(guó)人E.Hognestad在1951年提出的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程分為上升段和下降段，上升段與德國(guó)人Rüsch所提出模型的上升段相同，但是下降段采用一條斜率為負(fù)的直線來(lái)模擬，上升段表達(dá)式如下：

（1-1）

下降段表達(dá)式為：

（1-6）

其中：α=0.015；εu=0.038。

對(duì)于以上四種常見(jiàn)的混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線先將其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，如下表：

3 計(jì)算原理

混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線最常見(jiàn)的用途就是進(jìn)行受彎截面彈塑性分析，即在外加荷載作用下分析混凝土的最大彎矩，最大剛度。在進(jìn)行計(jì)算之前應(yīng)假定混凝土受彎構(gòu)件滿足平截面假定，不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度，以及材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

2.1 基本方程

（1）平衡條件

（2-1）

（2）變形條件

（2-2）

（3）物理?xiàng)l件

①混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線。根據(jù)實(shí)際情況從常用曲線中選取。

②鋼筋受拉（壓）曲線 ，方程式如下：

(2-3)

(2-4)

2.2 計(jì)算方法

先將變形（相容）條件代入物理?xiàng)l件，再將σs=εsEs和σs=σy代入式(2-1)即可求解受壓區(qū)高度x（其中），最后將受壓區(qū)高度x代入式（2-2）即可求得截面破壞時(shí)的彎矩以及截面破壞后卸載時(shí)的彎矩。

3應(yīng)用舉例

已知某鋼筋混凝土受彎構(gòu)件As=942mm2，b=200mm，h=440mm，h0=400mm，Es=2×105MPa，σot= 2.2MPa，σy=364MPa。 其中：σ0=22MPa，ε0=0.002,εu =0.0038,σy=364MPa, εy=0.00182?，F(xiàn)對(duì)該構(gòu)件使用四種曲線分別進(jìn)行對(duì)比分析。

當(dāng)ε=ε0時(shí)，不管使用哪一種曲線最大彎矩均相同，經(jīng)過(guò)計(jì)算M0為146.92KN·m。當(dāng)ε=εu時(shí)，應(yīng)用我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)，由于σ=σu，Mu仍為146.92KN·m；應(yīng)用美國(guó)Hognestad提出的曲線模式計(jì)算可得Mu為146.32KN·m，由此可見(jiàn)兩者相差只有0.4%。歐洲規(guī)范和清華過(guò)鎮(zhèn)海中所提出的混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線雖然更接近于實(shí)際情況，但是公式復(fù)雜不宜在工程中列出，這里就不再贅述。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）四種常用的混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線各有其特點(diǎn)及適用范圍，通過(guò)對(duì)四種混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的對(duì)比分析，方便了在實(shí)際工程當(dāng)中更好的應(yīng)用。

（2）在進(jìn)行混凝土受彎構(gòu)件彈塑性分析時(shí)，需要用到混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，這里對(duì)其計(jì)算方法做了簡(jiǎn)介并且通過(guò)實(shí)際舉例進(jìn)一步闡明了在實(shí)際工程中如何應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

【1】GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】CEB-FIP MODEL CODE 1990, European commission - the International

association of prestressed concrete (Lausanne),1991 [S]

【3】 過(guò)鎮(zhèn)海.混凝土的強(qiáng)度和變形:試驗(yàn)基礎(chǔ)和本構(gòu)關(guān)系[M].北京:清華大學(xué)出版社.1997.

【4】刁波，葉英華，焦俊婷，等.用不同本構(gòu)關(guān)系分析鋼筋混凝土壓彎截面[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005,37（6）.

【5】徐自然，胡立華，危自然，等.不同本構(gòu)模型對(duì)壓彎截面分析的模擬[J].工業(yè)建筑，2011,41.

作者簡(jiǎn)介：

篇9

【關(guān)鍵詞】軟巖；隧道；小間距；施工技術(shù)

前言

在進(jìn)行軟巖隧道的施工過(guò)程中，會(huì)遇到很多常見(jiàn)的問(wèn)題，例如長(zhǎng)期的風(fēng)吹日曬而導(dǎo)致地層風(fēng)化較嚴(yán)重、由于巖石較軟導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性太差、淺埋、偏壓、有裂隙水發(fā)育等，但是這些問(wèn)題在施工方法和施工過(guò)程中只要稍加注意，就能解決，因此一定要多加注意。

小間距的軟巖隧道是一種較為特殊的隧道形式，它的雙線之間的凈間距應(yīng)該是在隧道與雙線分離式隧道的凈距離之間，在施工時(shí)需要非常精細(xì)。但是又由于小間距隧道有一些長(zhǎng)隧道所沒(méi)有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，例如小間距隧道所受的地形限制條件較小、占地面積比較少、間距較小所以線形順暢、施工的周期相對(duì)較短、所需要的工程造價(jià)比較低等，在近些年來(lái)越來(lái)越受到隧道工程界的重視。對(duì)于小間距隧道的施工來(lái)說(shuō)，必須要根據(jù)不同工程的特點(diǎn)首先計(jì)算其模型，然后選擇較為合適的開(kāi)挖方法進(jìn)行適當(dāng)、合理的模擬分析，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證之后，根據(jù)哪種方法的可行性更大而選擇合適的開(kāi)挖方法。本文主要分析以下幾種開(kāi)挖方法，并對(duì)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析與比對(duì)。

一、幾種常用的開(kāi)挖方法

1、中壁法

中壁法通常使用在一些掌子面較不穩(wěn)定，巖層埋深較淺，周圍巖石較軟、較差的隧道工程之中。使用這種方法可以縱向分割巖層的斷面，所以可以確保巖層掌子面的穩(wěn)定性，這種方法開(kāi)挖出的掌子面比其他兩種方法小，在開(kāi)挖時(shí)如果有及時(shí)的支護(hù)，就可以防止軟巖隧道周圍的一些軟巖、圍巖因?yàn)殚_(kāi)挖的松弛而擴(kuò)大。當(dāng)隧道施工中部分地質(zhì)情況變化較大時(shí)，可以采用CD法或者CRD法等方法進(jìn)行施工的轉(zhuǎn)換[1]。

2、CD法

CD法主要用于大面積的分割工程，這種方法的施工技術(shù)難度相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，并且施工工序也很簡(jiǎn)單，可以減少工程施工的工期與工程造價(jià)，所以經(jīng)常在許多大型水電站以及城市的地下建設(shè)工程中使用。但是這種方法由于有中壁的存在，導(dǎo)致施工的工作空間減少，只能使用中小型機(jī)械進(jìn)行施工。在CD這種施工方法中，中壁扮演著一個(gè)非常重要的受力構(gòu)件的角色，一定要把握好中壁的拆除時(shí)機(jī)，因?yàn)橹斜诔惺苤麄€(gè)洞室的重量，它的拆除將直接影響到洞室的穩(wěn)定性。所以，在這種隧道施工時(shí)，應(yīng)該在整個(gè)的開(kāi)挖完成之后，確保洞室中的支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠形成一個(gè)整體的閉合環(huán)，最后再拆除中壁[2]。

3、CRD法

CRD的開(kāi)挖方法對(duì)于一些跨度較大的地下工程、超淺埋的工程最為有效。CRD的施工方法最法的特點(diǎn)就是把較大的斷面分割成小斷面，一步一步地緊緊相扣，其每一個(gè)施工的階段都是由一個(gè)非常完整的受力體系構(gòu)成，受力的結(jié)構(gòu)非常明確，洞室的變形小，施工時(shí)的安全系數(shù)更高。在使用CRD的方法進(jìn)行施工時(shí)，一般都會(huì)配合使用一些較為超前的支護(hù)手段，要嚴(yán)格控制好施工的每一個(gè)尺寸，并且在每一步都要及時(shí)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的信息和模型所設(shè)定的信息進(jìn)行施工進(jìn)尺的調(diào)整[2]。

4、比較法

通過(guò)大量的實(shí)際測(cè)量資料相比對(duì)，使用CRD的方法比CD的方法能夠減小地面的沉降將近百分之五十，所以在進(jìn)行CRD法的施工過(guò)程中，一定要嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行施工，在確定好每一個(gè)臺(tái)階步距并且經(jīng)過(guò)認(rèn)真的測(cè)量確認(rèn)過(guò)后才能施工，認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)施工細(xì)節(jié)，這樣就可以很有效地減小地表的下沉幅度與地中土體的移位。但是雖然在一些超淺埋和大跨度的工程施工中，也可以使用CRD法把地表下沉的幅度控制在三十五毫米以內(nèi)，同時(shí)把水平位移控制在十毫米以內(nèi)[3]。

除了上述以外，在施工中會(huì)遇到臨時(shí)中隔墻或者橫撐的情況，在遇到這類問(wèn)題時(shí)，開(kāi)挖的階段是一個(gè)非常重要的步驟，作為整個(gè)工程的支撐構(gòu)件，使得CRD發(fā)能夠發(fā)揮其步步封閉的特性。但是當(dāng)整個(gè)初期的支護(hù)封閉之后，隧道中中墻和水平橫撐并沒(méi)有很明顯的作用，把它們拆除之后對(duì)地表下沉或者地中土體以為的影響都很小，所以它們可以進(jìn)行重復(fù)使用，不僅能節(jié)省工程造價(jià)，還能節(jié)約能源。

5、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法主要就是把相對(duì)較大的斷面分割成許多較小的斷面之后，再進(jìn)行斷面的開(kāi)挖，這種方法較為封閉和安全，尤其適用于容易塌方松散的巖層、坡積土、破碎的巖層帶、溶洞堆積體等地方，所以使用這種方法的工程主要是一些地下工程，例如地鐵和地下停車場(chǎng)之類的，并不適合在山嶺隧道的工程中使用[4]。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的主要特點(diǎn)是：第一，工程的步驟較多，能夠施工作業(yè)的面積較小，不利于機(jī)械化的使用，因此施工進(jìn)度相對(duì)較慢。第二，可以很好的控制地表及其內(nèi)部的一些變形，減少拱腳下沉的幅度與拱頂?shù)膲毫?。第三，?huì)使用多次支護(hù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，工程造價(jià)相對(duì)較高。第四，對(duì)測(cè)量及加固等施工要求較高，在拆除拱架的施工時(shí)也不太安全。

6、環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土的方法

使用這種施工方法最先應(yīng)該加固隧道及其周邊的圍巖，并對(duì)斷面上半面的環(huán)行部分進(jìn)行人工與挖掘機(jī)的共同挖掘，可以在挖掘機(jī)上安裝一些勺形的牙齒，以便加快施工進(jìn)度。這種方法具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：第一，要注意到圍巖所形成的拱作用，在測(cè)量之后對(duì)其支護(hù)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。第二，在進(jìn)行斷面上半部分的開(kāi)挖之前，要先了解好各部分的地質(zhì)情況，根據(jù)不同的需要來(lái)調(diào)整支護(hù)，并且發(fā)揮圍巖本身的自承能力。第三，如果支護(hù)不能滿足斷面的需要，就應(yīng)該加強(qiáng)支護(hù)，把大斷面的施工改為小斷面施工，及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。第四，因?yàn)檫@種方法可以使用機(jī)械施工，所以施工速度較快，更容易進(jìn)行各種公益的轉(zhuǎn)化。第五，不利于控制隧道的變形[1]。

二、對(duì)以上三種方法所做的比較

以上所述的三種開(kāi)挖方法的比對(duì)如表1所示：

三、施工的保證措施

1、做好監(jiān)控測(cè)量

軟巖隧道最重要的決策依據(jù)就是其監(jiān)控測(cè)量的數(shù)據(jù)，要根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，才能選出應(yīng)該使用哪一種更為合適的開(kāi)挖方法。進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量是為了掌握圍巖在施工中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，在圍巖變形之前提前做好預(yù)防措施。應(yīng)該成立專門(mén)的監(jiān)控小組，一方面確保施工的安全，另一方面要在洞室內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量與判定。每天都應(yīng)測(cè)量一至兩次，如果發(fā)現(xiàn)異常，更要增多測(cè)量的次數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，確立正確的施工方法[1]。尤其是對(duì)于淺埋與偏壓的地段要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要認(rèn)真分析，使用及時(shí)加固的措施，選取合適的施工方法，防止出現(xiàn)意外。

2、對(duì)施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理

由于之前有一些隧道在施工時(shí)遭遇了坍塌，鑒于這些教訓(xùn)，每一位施工人員都應(yīng)該非常謹(jǐn)慎，對(duì)于施工方案進(jìn)行反復(fù)的推敲與論證，直至找到最為合適的方案再進(jìn)行施工。如果在施工中遇到了問(wèn)題，一定要及時(shí)詢問(wèn)專家的意見(jiàn)，對(duì)開(kāi)挖方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?。同時(shí)，要引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與設(shè)計(jì)理念，更加優(yōu)化隧道的設(shè)計(jì)，成立一個(gè)動(dòng)態(tài)管理小組，對(duì)施工的每一部分進(jìn)行管理，在施工遇到問(wèn)題時(shí)及時(shí)決策，超前指揮，加強(qiáng)施工的安全管理與技術(shù)管理，每一步驟完成、每一天的工作、每一星期的工作完成之后都要進(jìn)行分析，嚴(yán)格按照管理人員制定的計(jì)劃進(jìn)行施工，確保隧道能夠在預(yù)計(jì)的工期之內(nèi)保質(zhì)、保量、安全、有序地完成。

結(jié)語(yǔ)

篇10

【關(guān)鍵詞】隧道；淺埋偏壓；地表注漿

1.工程概況及地質(zhì)條件

馬鞍山隧道為連拱隧道，起訖里程K1733+135～K1733+505，長(zhǎng)370m，隧道穿越一坡體，最大埋深約42m，進(jìn)出口段均處于淺埋偏壓段。隧道平面線形進(jìn)口段位于R=1100m的圓曲線上，出口段位于直線段上；隧道縱坡坡度-2.75%。位處大方縣六龍鎮(zhèn)北面的鄭家灣東面，機(jī)耕道可至隧址，交通條件一般。

地質(zhì)：隧道區(qū)上覆第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土層，黃褐色、橙黃色，含碎石及角礫5～20%，硬塑～可塑狀，厚1～4m；下伏基巖為二疊系下茅口組灰白色中厚～厚層狀灰?guī)r，呈灰色，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖石節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎，取芯呈柱狀、短柱狀。根據(jù)聲波測(cè)試及地震勘探結(jié)果，Vp=4200m/s。

場(chǎng)區(qū)位于黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)兩路口背斜南東翼，地層單斜、緩傾，巖層產(chǎn)狀75～85°∠18～28°，主要發(fā)育的兩組節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀為195°∠80°和252°∠85°，節(jié)理裂隙發(fā)育密度一般5～20條/m3，局部可達(dá)30條/m3。

根據(jù)本隧道的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采取從出口端進(jìn)洞，首先施工中導(dǎo)洞，其次再施工隧道右幅，最后再開(kāi)挖隧道左幅。洞口段進(jìn)洞均采用超前大管棚施工。在進(jìn)洞段20m范圍左幅洞頂?shù)乇泶嬖谝粵_溝, 沖溝坡度約20°, 位于K1733+485處，沖溝內(nèi)最小埋深僅50cm，見(jiàn)所附照片1所示。明暗交接位置左幅K1733+500斷面隧道洞頂埋深約120cm, 右洞K1733+500斷面隧道洞頂埋深約280cm。隧道穿越洞口淺埋偏壓段，施工存在極大的坍方、冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)。且因?yàn)槎纯诿鞫炊伪崎_(kāi)挖，致使淺埋段地表開(kāi)裂，土石分離。施工前須對(duì)該段進(jìn)行預(yù)處理。

2.方案比較

施工完中導(dǎo)洞，再行開(kāi)挖主洞，針對(duì)隧道洞口段處理偏壓提出2種方案：

A 方案：對(duì)淺埋偏壓段開(kāi)挖路塹，施做偏壓明洞。

B 方案：沖溝下緣設(shè)置擋墻進(jìn)行地表回填，對(duì)淺埋偏壓段地表鋼管注漿加固，并上覆錨桿掛網(wǎng)噴混凝土蓋板，隧道進(jìn)洞施工按正常設(shè)計(jì)進(jìn)行。

A方案，由于路塹的開(kāi)挖, 形成三面高邊坡, 增加大量的開(kāi)挖面、邊仰坡臨時(shí)防護(hù)外, 隧道暗洞開(kāi)挖與明洞段的施工銜接處理比較艱難，而且屆時(shí)施工正處于雨季施工, 該方案對(duì)隧道的穩(wěn)定和施工非常不利。B方案，該淺埋偏壓段縱向呈臺(tái)階式，高差達(dá)2m；橫向自然坡度較緩, 隧道位于半山腰位置, 擋土墻施工相對(duì)困難，但沖溝回填工程方量較小，回填完成后進(jìn)行偏壓段地表鋼管注漿, 通過(guò)對(duì)地表采用鋼花管注漿加固，并采用砂漿錨桿掛網(wǎng)噴混凝土將鋼花管連接成一體。原則上避開(kāi)了雨季施工的影響，但施工工藝相對(duì)要求較高，需要增加征地，采取“取高填低”辦法，以人力、畜力就近取土進(jìn)行沖溝回填。

左幅隧道洞頂沖溝位置示意圖

通過(guò)對(duì)淺埋偏壓段進(jìn)行地表注漿加固, 隧道從加固體中通過(guò), 可有效地減小偏壓的影響；錨桿掛網(wǎng)噴混凝土將注漿鋼花管連成一體, 不僅加強(qiáng)了抗偏壓能力, 而且進(jìn)一步防止隧道開(kāi)挖時(shí)冒頂、坍塌?？紤]該隧道的地形、地質(zhì)條件，確定該隧道地表豎向注漿預(yù)加固，縱向范圍為整個(gè)淺埋段，橫向范圍按隧道中線左幅左側(cè)12m、右幅右側(cè)10m，兩隧道中線間全部加固。錨桿掛網(wǎng)噴混凝土區(qū)域按隧道中線左幅左側(cè)10m，右幅右側(cè)8m，兩隧道中線間滿鋪。

綜合考慮上述兩方案的優(yōu)缺點(diǎn), 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程的管理措施以及該隧道的特點(diǎn), 采用地表鋼管豎向注漿預(yù)加固并設(shè)置錨桿掛網(wǎng)噴混凝土方案。

3.方案的實(shí)施

豎向鋼管注漿設(shè)計(jì)鋼管采用ф42×4mm，混凝土蓋板范圍以內(nèi)鋼管, 管口高出蓋板頂面30cm。蓋板頂面以下15cm 范圍內(nèi)管身不設(shè)鉆眼，注漿段管身按梅花形間距15cm鉆6mm 的花孔。鋼管間距為150cm×150cm?；炷辽w板范圍以外鋼管，管口設(shè)置C20混凝土止?jié){塞，尺寸為30cm×30cm×15cm。管口高出止?jié){塞頂面30cm。止?jié){塞底面以下15cm范圍內(nèi)管身不設(shè)鉆眼，注漿段管身按梅花形間距15cm 鉆6mm的花孔。鋼管間距為200cm×200cm。鋼管打入深度視埋深位置分段進(jìn)行控制：隧道開(kāi)挖線以外范圍打入至隧道圓心水平線以下100～200cm；隧道開(kāi)挖線以內(nèi)范圍打入至隧道圓心水平線。除采用少量雙液漿封堵地表處止?jié){塞口或管口，鋼管注漿材料采用水泥漿，分次間歇式注入，注漿初壓在0.5～1MPa，超過(guò)2MPa時(shí)終止壓漿。單孔注漿量由漿液擴(kuò)散半徑及圍巖的孔隙率確定，可按下式進(jìn)行計(jì)算:Q=αβN·πR2L。

式中:Q為漿液注入量，單位：m3；R為漿液有效擴(kuò)散半徑，單位：m；L為注漿段長(zhǎng)度，單位m；α為漿液充盈系數(shù)；β為漿液消耗系數(shù)；N為圍巖裂隙率，%。

混凝土蓋板為C20噴混凝土，厚度30cm；縱、橫向鋼筋采用ф6.5盤(pán)條，網(wǎng)片規(guī)格25×25cm, 并與鋼花管出露段焊接牢固，錨桿為Φ22螺紋鋼，噴混凝土前對(duì)地表適當(dāng)整平, 清除浮土。噴混凝土?xí)r, 預(yù)留排氣孔，并在注漿前對(duì)排氣孔進(jìn)行有效封堵。施工后在蓋板及注漿范圍培土植草進(jìn)行綠化處理。

對(duì)該隧道淺埋偏壓段處理完成后，方可進(jìn)行隧道主洞超前大管棚施工，進(jìn)而開(kāi)挖支護(hù)。

4.監(jiān)控量測(cè)分析

為評(píng)價(jià)淺埋偏壓段帶沖溝處理的效果, 在施工期對(duì)隧道洞口段30m范圍斷面進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè);連續(xù)監(jiān)控45天，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明洞身周邊位移收斂量較小, 隧道側(cè)墻水平累積位移值在3mm, 平均每天水平位移收斂值為0.15mm; 拱頂累積沉降量2.4mm, 平均每天沉降值0.12mm, 基本認(rèn)定隧道圍巖趨于穩(wěn)定。隧道側(cè)墻水平和拱頂位移～ 時(shí)間曲線見(jiàn)圖4、圖5；說(shuō)明采用地表豎向鋼管注漿以及C20噴射混凝土蓋板方案對(duì)隧道淺埋偏壓及沖溝回填處治問(wèn)題有較好的效應(yīng)。

隧道初期支護(hù)沉降收斂位移～時(shí)間曲線

洞口淺埋偏壓處治斷面圖

5.結(jié)語(yǔ)

山區(qū)隧道洞口段淺埋偏壓?jiǎn)栴}受地形、地質(zhì)以及施工等條件的限制, 橫向沖溝易造成冒頂, 處理起來(lái)有一定難度。通過(guò)工程實(shí)踐證明, 采用地表豎向鋼管注漿以及噴射混凝土蓋板方案, 對(duì)淺埋偏壓段進(jìn)行地表注漿加固, 可有效地減小偏壓的影響；同時(shí)通過(guò)混凝土蓋板將注漿鋼花管連成一體,進(jìn)一步加強(qiáng)了抗偏壓能力, 而且防止了隧道開(kāi)挖時(shí)冒頂、坍塌, 使隧道施工安全得到了一定保障。地表豎向鋼管注漿并上覆鋼筋混凝土蓋板方案對(duì)山區(qū)隧道洞口段淺埋偏壓處治是一種有效的隧道進(jìn)洞措施。

【參考文獻(xiàn)】

［1］關(guān)寶樹(shù).隧道工程施工要點(diǎn)集．北京:人民交通出版社，2003．