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图书分类

Book classification
  1. 本书是研究特殊地质及特殊结构情形下交通隧道设计、施工技术的专著,围绕综合交通隧道中小净距隧道这一类结构型式特点鲜明的隧道工程建设,以全国已建和在建的小净距隧道工程案例为基础,论述了施工过程各个阶段的力学行为特点以及工程风险巨大的环节,进而系统分析、阐述小净距隧道设计和施工的关键技术。具体内容包括:针对不同地质条件和边界环境下小净距隧道施工方法如何进行比选;小净距隧道控制爆破如何设计、如何实施以及减...查看更多

  2. 我国是一个多山的国家,受地理、地形环境因素的影响,隧道工程建设数量和规模居于世界前列,是名副其实的隧道大国。由于线路线形、地质构造、建设环境等的影响和要求,各种不良地质隧道和特殊结构型式隧道也越来越多。
    作为特殊结构型式隧道的一种,小净距隧道中隔岩柱厚度远小于分离式隧道,在修建过程中,由于二次应力场叠加,会出现应力集中和塑性区,导致隧道结构易失稳、破坏,乃至坍塌,其支护结构的受力机制、设计和施工方法与普通隧道有明显不同,建设难度和风险更大,有必要对这种隧道修建技术进行系统的总结和梳理。
    本书作者有着丰富的隧道工程建设经验,具备扎实的理论功底,在不良地质隧道和特殊结构型式隧道修建技术方面做出了有益的探索和总结。本书围绕小净距隧道这种特殊的隧道结构修建,在数学力学理论、设计关键技术、施工关键技术和监控量测四个方面进行了较为系统深入的论述:在数学力学理论方面,详细分析了隧道开挖的解析解求解过程,推导了双洞马蹄形断面隧道开挖解析解求解方法,丰富了小净距隧道修建的数学和力学理论方法;围绕小净距隧道设计的关键问题,阐述了深埋、浅埋不同工况下设计荷载的确定,论证了两洞间科学合理的净距取值,阐述了各种施工方法的力学行为和变形机理;在施工技术方面,基于小净距隧道地质条件差、周边环境复杂以及结构受力薄弱等特点,系统阐述了加固技术应用实施的针对性和有效性,针对隧道施工常用的钻爆法和铣挖法,从理论、设计到实施,进行了系统全面的阐述,分析了相关开挖技术应用于小净距隧道的注意事项;在监控量测方面,系统地总结了监控量测体系的构建,以及如何用于完善理论分析、反馈修正设计、指导施工。
    本书的鲜明特点是理论密切结合工程实践,其理念、观点和方法都是建立在作者长期工程实践的基础上,这就使本书具有鲜明的工程背景,也正是其水平和实用价值之所在。其中,无论是超前加固技术还是开挖技术相关内容,都有作者详细的工程实践经验和心得体会,不仅仅是对小净距隧道工程,对于其他类型隧道和地下工程,亦有重要的参考价值和借鉴意义。我相信,本书的出版对广大隧道工作者会有所裨益,对小净距隧道工程修建技术的发展也会有推动作用。
    我与丁睿博士相识已十余年,这些年来他一直辛勤工作在隧道建设第一线,也欣慰于这些年来他在隧道工程建设技术领域的追求和进步。“桐花万里丹山路,雏凤清于老凤声。”在隧道工程建设技术发展的征程中,祝愿青年技术工作者在技术攻关的道路上更进一步,取得更大的成绩。

    中国科学院院士  
    2020年4月1日

    前  言
    我国是一个多山的国家,随着近年基础设施建设方兴未艾,隧道工程建设进入了高速发展的黄金时期,小净距隧道这种特殊结构型式的隧道工程也越来越多。
    以公路隧道为例,我国公路隧道设计为上、下行分离的独立双洞,当两洞净距超过各自的扰动影响宽度之和时,两隧道施工才相互独立、互不影响。从理论上讲,将两相邻隧道分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外,有利于降低支护结构造价与施工难度,这一规定在公路隧道建设中也发挥了积极作用。但是,在山地地形陡峭、接线困难区域或城市建构筑物密集、线路线位受限区域,隧道与洞外接线的矛盾将会十分突出,大量的挖填方工程也会加大对自然环境的破坏。小净距隧道具有减少占地、降低投资、节约地下空间、保护环境等优点,成为特定地形、环境条件下修建隧道的理想选择之一。
    小净距隧道施工力学行为远较普通分离式双洞隧道复杂,由于其中隔岩柱厚度较小,双洞施工相互干扰、影响严重,受力体系转换频繁,开挖后产生的应力交叠极易导致围岩变形,产生较大的塑性区,使衬砌结构承受较大的围岩压力,甚至导致结构失稳、破坏。因此,小净距隧道的受力机制、设计和施工方法也与其他结构型式隧道的侧重点不同,建设难度和风险更大。
    隧道小净距洞段多位于进出洞浅埋区域,围岩松软破碎、自稳性差,城市小净距隧道更是以第四纪沉积系地层为主,工程地质具有非连续、非均匀、流-固耦合的特性,普遍具有低强度、高含水率、高压缩性等不良工程特性。这些条件都不利于工程施工,容易诱发灾害。此外,随着隧道工程埋深的减小,开挖对地面的影响越来越大,在浅埋、超浅埋条件下,开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关,是地下工程施工中最为复杂的问题。
    在城市区域修建小净距隧道,不可避免地要邻近或穿越既有建筑物、道路、立交桥桩基础、既有隧道、地下管线等施工,工程建设常在人口集中、大型建筑物密集、管线密布、工程地基别无选择的工程环境下进行。在这种客观环境条件下,沉降变形要求极为严格,城市小净距隧道施工的风险性极高:在不良地质体的影响下,隧道施工引起的地层突然破坏和地表坍塌;施工引起的管线或地下构筑物破坏,继而造成灾害;施工引起的地层变形过大,造成地面建筑物破坏。一旦发生事故,后果将非常严重。
    小净距隧道大多采用钻爆法开挖,爆破振动控制要求严格。后行洞爆破开挖会对先行洞结构造成扰动,影响先行洞结构安全,同时会引起爆源附近地表及地中构筑物振动。当爆破振动达到一定强度时,会对附近构筑物或管线造成损伤或破坏,如造成建筑物墙体开裂、附属物垮落、管线破裂等,严重时甚至可能造成建筑物倒塌的灾难后果。
    正是由于小净距隧道工程具有地质及环境条件复杂、施工难度大、技术要求高、对环境影响控制要求严等特点,其修建是一项相当复杂的高风险性系统工程。有鉴于此,作者基于参建的都汶高速紫坪铺隧道、贵阳北京东路隧道、济南顺河高架玉函路隧道、厦门万石山钟鼓山隧道群、贵阳地铁二号线等具有典型特点和代表性的小净距隧道工程,同时综合国内其他大量小净距隧道工程实例分析、总结,精心编撰完成本书。
    本书在编写过程中,注重理论联系实际,强调理论与技术在工程实践中的应用:首先从数学力学角度,详细推导了双洞隧道开挖的解析解求解,完善了理论体系;在此基础上,针对小净距隧道设计关键技术,重点论述了设计荷载确定、合理净距确定、支护设计及施工方法选择;在施工关键技术方面,结合工程地质及周边环境特点,系统深入地阐述了超前加固技术、开挖技术、监控量测及反馈分析等关键技术;最后一章详细介绍了两个特色鲜明的非对称小净距隧道工程案例,很有参考、借鉴价值。各个章节既有系统的理论分析,又有翔实的作业指导,更有鲜明的工程案例。同时,本书也结合了作者在隧道工程建设领域多年的经验与心得。
    二十一世纪,是人类开发利用地下空间大发展的新时代,对于隧道及地下工程业内人士而言,这是最好的时代。“登山则情满于山,观海则意溢于海”,治学、从业二十余年,我始终对隧道和地下工程这个领域充满了热爱与敬畏,而这热爱与敬畏,将是我持续前行的动力。
    在本书编写过程中,中国科学院院士刘宝珺先生给予了大量指导并友情作序,中铁二局杨家松总给予了帮助并提出了宝贵意见,在此对他们致以衷心感谢!书稿绝大部分工程案例来自作者参建的工程项目,感谢项目技术干部对于作者给予的帮助和支持!此外,本书引用、参考了大量专业书籍及文献,在此,对原作者致以真诚的感谢!
    限于作者水平,书中疏漏在所难免,不足之处,敬请广大读者批评指正。

    丁  睿
    2020年4月于成都
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  1. 第1章  小净距隧道概述 1
    1.1  隧道结构型式比选 2
    1.2  隧道净距影响 3
    1.3  工程案例 5
    第2章  小净距隧道开挖理论解析解 19
    2.1  单洞圆形断面隧道开挖经典解析解 20
    2.1.1  应力场的理论解析 20
    2.1.2  位移场的理论解析 24
    2.2  单洞圆形断面隧道开挖复变函数解析解 25
    2.2.1  弹性力学的复变函数表示 25
    2.2.2  圆形隧道围岩应力场的柯西积分解法 28
    2.3  单洞马蹄形断面隧道开挖解析解 31
    2.3.1  等代圆方法 31
    2.3.2  复变函数方法 33
    2.4  双洞马蹄形断面隧道开挖解析解 42
    2.4.1  Schwarz交替法 42
    2.4.2  解析延拓法 42
    2.4.3  双洞任意形状断面隧道开挖的解析延拓法求解 43
    2.4.4  双洞马蹄形断面隧道开挖解析解求解 47
    第3章  小净距隧道设计关键技术 48
    3.1  分  类 49
    3.2  设计荷载确定 50
    3.2.1  深埋和浅埋隧道分界标准 51
    3.2.2  深埋小净距隧道设计荷载 52
    3.2.3  浅埋小净距隧道设计荷载 55
    3.3  合理净距 60
    3.3.1  基于开挖力学分析的合理净距 60
    3.3.2  基于强度折减法的合理净距 70
    3.3.3  基于开挖弹性应变能密度的合理净距 71
    3.4  支护设计 78
    3.4.1  超前支护设计 79
    3.4.2  初期支护设计 80
    3.4.3  二次衬砌设计 83
    3.4.4  预留变形量 83
    3.5  设计案例 83
    3.5.1  济南顺河高架玉函路隧道 83
    3.5.2  贵阳北京东路隧道 93
    3.5.3  都汶高速紫坪铺隧道 104
    第4章  小净距隧道施工力学行为与施工方法 113
    4.1  施工力学行为 115
    4.1.1  围岩及隧道变形分析 116
    4.1.2  围岩应力分析 117
    4.1.3  塑性区分析 118
    4.2  施工方法 119
    4.2.1  全断面开挖法 121
    4.2.2  台阶法 122
    4.2.3  中隔壁法和交叉中隔壁法 125
    4.2.4  双侧壁导坑法 127
    第5章  小净距隧道超前加固技术 129
    5.1  注  浆 129
    5.1.1  注浆原理 129
    5.1.2  注浆分类 132
    5.1.3  注浆材料 134
    5.1.4  注浆设计 139
    5.1.5  注浆设备及器具 144
    5.1.6  注浆工艺 149
    5.2  超前长管棚 151
    5.2.1  施工准备 152
    5.2.2  工作室施工 152
    5.2.3  钻  孔 154
    5.2.4  注  浆 154
    5.2.5  注意事项 155
    5.3  超前小导管和超前锚杆 155
    5.3.1  超前小导管 156
    5.3.2  超前锚杆 157
    5.4  中隔岩柱加固 159
    5.4.1  中隔岩柱受力特性 159
    5.4.2  中隔岩柱加固 161
    5.5  周边环境预加固与保护 166
    5.5.1  隔离桩保护 167
    5.5.2  袖阀管加固与保护 168
    5.6  工程案例 170
    5.6.1  贵阳地铁七云区间隧道 170
    5.6.2  都汶高速紫坪铺隧道 176
    5.6.3  济南顺河高架玉函路隧道 179
    第6章  小净距隧道开挖技术 189
    6.1  爆破开挖技术 189
    6.1.1  炸药破岩机理 189
    6.1.2  小净距隧道爆破设计 191
    6.1.3  爆破振动控制 216
    6.1.4  爆破开挖施工 223
    6.2  铣挖法开挖技术 228
    6.2.1  装配式铣挖机施工 229
    6.2.2  整体式悬臂掘进机施工 230
    6.3  工程案例 235
    6.3.1  都汶高速紫坪铺隧道 235
    6.3.2  贵阳北京东路隧道 247
    6.3.3  济南顺河高架玉函路隧道 264
    第7章  小净距隧道施工监测及沉降预测技术 279
    7.1  施工监控量测项目与方法 279
    7.1.1  隧道及围岩沉降位移变形监测 280
    7.1.2  围岩及隧道应力监控量测 284
    7.1.3  浅埋洞段环境监测 286
    7.1.4  中隔岩柱监测 289
    7.2  监控量测信息分析与反馈 291
    7.2.1  隧道沉降位移变形信息分析 291
    7.2.2  地表沉降信息分析与预测 293
    7.2.3  监控量测数据的反馈方法 297
    7.3  监控量测控制准则 297
    7.4  工程案例 300
    7.4.1  都汶高速紫坪铺隧道 300
    7.4.2  贵阳北京东路隧道 312
    7.4.3  济南顺河高架玉函路隧道 320
    第8章  特殊型式小净距隧道工程案例 324
    8.1  厦门万石山钟鼓山地下互通立交隧道群 324
    8.1.1  工程概况 324
    8.1.2  小净距洞段施工 326
    8.1.3  控制爆破 329
    8.1.4  立交近接施工 338
    8.2  成都地铁3号线设计起点—红牌楼南站区间隧道 343
    8.2.1  工程概况 343
    8.2.2  施工方案 346
    8.2.3  降水施工 347
    8.2.4  下穿运营西环铁路 348
    8.2.5  下穿既有建筑物 350
    8.2.6  建筑物及重要管线监控量测 352
    参考文献 354
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  2. 丁睿,工学博士,中铁隆工程集团总工程师、教授级高工,西南交通大学兼职教授;全国“五一劳动奖章”获得者,享受国务院特殊津贴专家;曾获詹天佑铁道科学技术奖、四川省青年科技奖、茅以升铁道工程师奖等奖项。

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