捷運施工過程數值仿真及安全性分析
作者：王洪德、馬雲東、崔鐵軍
圖書詳細信息：
ISBN：9787302316053定價：56元
印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2013-3-18
圖書簡介：
本專著通過對捷運施工過程中的隧道、深基坑、豎井等圍護結構的變形機理分析，以及施工引起地表沉降和施工對周圍建（構）築物結構影響的數值仿真，結合實際監測數據反演及驗證分析，探討捷運工程施工過程的安全性分析、預測和控制技術，研究捷運車站及隧道火災、施工爆破振動破壞、地下管線破壞等問題，以期提高捷運施工過程安全性監測與預控水平，有效預防重大施工事故發生，減少事故損失，建立捷運施工安全長效機制。全書共7章，分別為： 緒論；
深基坑工程安全性分析及其套用；
隧道工程安全性仿真與實測對比分析；
盾構施工過程仿真與安全性分析；
捷運施工過程火災仿真與安全性分析；
捷運施工過程風險監控預警技術；
捷運工程安全性分析方法的拓展。
本專著可直接或間接地為建築、軌道、公路、礦山、市政建設及其他相關部門安全隱患排查、工程風險預測預報等提供技術支持，為預防地下工程施工過程安全提供技術保障。可供從事地下工程設計、施工和研究工作的工程技術人員參考，也可作為地下結構或岩土工程專業研究生的教材，以及隧道與地下工程、鐵路與城市軌道工程、礦山井巷工程等專業大學生的參考用書。
前言
捷運工程是一項投資大、建設周期長、技術複雜的大型土木工程。與其他工程相比，捷運工程具有施工過程隱蔽、周邊建（構）築物密集、地質環境不確定、施工技術複雜等特點，勢必造成工程在施工期內的風險大、災害種類複雜。一旦出現事故，會造成重大人員傷亡或財產損失，產生極其嚴重的負面社會影響。本專著以捷運工程為對象，對施工過程中隧道和深基坑穩定性、爆破震速對建築物的影響，以及可能造成的工程事故進行數值仿真和實測校驗分析。基於FLAC3D、FDS和MATLAB數值仿真，結合神經網路、差異進化算法、支持向量機等預測技術，實現對捷運施工過程安全性的定量分析及判定。
本專著旨在介紹作者近10年在捷運工程施工過程仿真及安全性分析技術、結合工程套用領域開展研究所取得的成果。主要介紹結合工程套用領域拓寬建立的安全性分析方法，涉及領域主要包括岩土工程、結構力學理論和技術，以及流固耦合作用影響下的富水軟岩地層中工程施工過程仿真技術。工程套用方面，則將研究目標設定為根據施工監測所得到的結果，藉助機理分析和反演分析，基於信息化施工技術，研究捷運工程建設安全性的動態預報與控制的途徑、理論與方法。
自20世紀90年代起，隨著經濟建設的騰飛，我國在城市交通工程、市政建設、礦山、水利和水電等領域的基礎設施建設得到了快速發展。其中，尤其是城市捷運工程的發展，更因其與人們日常生活密切相關而備受矚目。捷運工程建設的快速發展，使捷運施工過程的安全性問題成為國內外專家學者關注的新課題，因為隧道及捷運車站等地下工程是直接在地層中建造，由此使其工程地質特徵對各類建築結構的最佳化選型及施工方法的合理選擇必然會起制約作用。一般來說，對於隧道和地下結構工程的設計與施工，人們已經積累了豐富的經驗； 然而由於岩土地層自身性質所具有的複雜性，而且在市區工程建設中對環境保護的要求較高，再加上岩土工程的建設規模越來越大、技術難度越來越高，以及對一些複雜工程問題的處理缺乏經驗等原因，致使地下工程施工安全事故時有發生。例如，深基坑開挖施工中橫向支撐和側向圍護結構的失穩破壞，或者因周圍地層變形過大從而導致附近房屋及地下管道產生移位或開裂； 盾構隧道或頂管管道施工中，由盾構推進或管道頂進導致地面隆沉而引起的附近建築物、構築物的損壞； 高速公路建設中軟土路基的過量沉降或車輛行駛易於遭遇的橋頭跳車； 岩石隧道在穿越斷層破碎帶時易於塌方，穿越岩溶地帶時易於遭遇突水涌泥，並導致災難性事故發生等。
為了避免發生工程事故，人們從設計、施工方法最佳化和現場監測等方面對確保岩土工程施工的安全性進行了研究，並且都取得了豐碩成果。近年來，捷運工程的施工力學及其安全性問題研究均已取得巨大進展，所建立的計算方法不僅已可追蹤施工開挖步驟等的影響，而且可根據由現場施工監測所得到的位移量隨時間增長而變化的曲線，特別是藉助反演分析方法，可確定地層材料的性態模型及其特性參數，進而對捷運施工過程形成可實現信息化施工與安全性預報，以及信息化設計與安全性控制的成套技術。
本專著共分7章，所介紹的內容主要是大連交通大學王洪德教授及其研究團隊在這一領域中進行的研究工作和所取得的成果。著作內容包括遼寧工程技術大學安全科學與工程學院崔鐵軍博士、大連交通大學馬雲東教授的部分研究成果； 同時包括高秀鑫、張立漫、沈秀峰、秦玉賓等完成的學位論文成果。
這些研究成果不僅可大大豐富包含捷運工程在內的岩土力學理論內涵，而且可大大促進捷運工程施工技術的進步。
第1章為緒論，主要敘述捷運工程建設發展所面臨的安全性問題，概述捷運工程施工全過程安全性分析、預測和控制的途徑； 第2章主要研究不同類型的捷運車站深基坑施工過程仿真及安全性分析方法； 第3章主要採用數值仿真與實測對比分析等手段，結合人工神經網路和差異進化算法等預測技術，研究淺埋暗挖隧道施工過程對地表沉降量以及地表建（構）築物的振動影響及安全性問題； 第4章通過對盾構施工過程仿真及施工引起地表沉降機理分析，研究盾構施工建模的影響因素，研究盾構施工對既有地下管線的影響程度； 第5章基於均勻和非均勻溫度場條件，研究施工隧道火災對襯砌結構的流固熱耦合作用影響，仿真分析捷運車站火災情景及最佳避災路線； 第6章主要研究捷運施工過程遠程監測預警技術； 第7章主要對捷運工程安全性分析問題作進一步拓展研究。
針對捷運工程施工過程的數值仿真及安全性分析
來源於工程建設發展的實際需要，研究工作的進展多數也都針對工程實踐及其在採用這類方法時遇到的理論問題和實際問題。近十年來，大連交通大學的研究人員遵循理論聯繫實際原則，在該領域結合工程實踐開展研究，取得了較多研究成果，由此不僅對道路與城市軌道工程學科理論的發展起到了較好促進作用，而且在服務工程實踐方面也做出了一定貢獻。
捷運工程施工過程數值仿真及安全性分析是實踐性極強的學科分支，發展該學科理論需要密切結合工程施工的實踐，並應注重結合需要解決的工程問題開展研究工作。在捷運施工過程仿真和安全分析技術的研究方面雖已取得一些成果，但有待繼續研究的課題卻仍有很多，需要對其繼續進行創造和完善。
限於水平，書中難免存在不足之處，敬請讀者指正。對捷運工程施工過程進行數值仿真和安全性分析是城市軌道交通行業發展的需要，期盼這本專著的出版能夠有助於學科理論研究的繼續發展。
著者2013年2月
目錄
第1章緒論1.1捷運工程問題安全性綜述
1.1.1捷運工程問題安全性內涵
1.1.2捷運工程問題安全等級劃分
1.1.3捷運工程問題安全性預測預報
1.1.4捷運工程問題安全性控制
1.2捷運工程問題安全性研究進展
1.2.1地下工程安全性分析研究進展
1.2.2地下工程結構研究方法進展
1.2.3隧道及地下工程火災研究方法進展
1.3反演理論及其工程套用研究進展
1.3.1反演理論研究概況
1.3.2捷運工程力學反分析數學描述
1.3.3反分析數值反演方法及其套用
1.4本書主要研究內容
參考文獻
第2章深基坑工程安全性分析及其套用
2.1深基坑安全性分析概述
2.2深基坑變形機理
2.2.1深基坑底部土體回彈和隆起
2.2.2圍護結構變形
2.2.3深基坑周圍地層位移
2.3深基坑工程安全性判定及控制
2.3.1動態預報過程
2.3.2深基坑工程安全性判別
2.3.3深基坑工程監測方案最佳化與安全性控制
2.4深基坑施工過程仿真及地表沉降量驗證分析
2.4.1深基坑工程概況
2.4.2圍護結構特點及監測方案
2.4.3本構模型和單元參數
2.4.4深基坑模型構建
2.4.5圍護結構仿真分析
2.4.6深基坑開挖及地表沉降仿真
2.4.7實測與仿真數據對比分析
2.5帶陽角深基坑變形特徵仿真與實測對比分析
2.5.1陽角基坑工程研究進展
2.5.2工程背景及環境概況
2.5.3有限元分析原理及其實現
2.5.4帶陽角土岩組合基坑變形特性分析
2.5.5現場測試分析
參考文獻
第3章隧道工程安全性仿真與實測對比分析
3.1常用隧道施工方法分析
3.1.1典型的隧道施工方法
3.1.2隧道施工方法的選擇
3.2隧道施工過程仿真和安全性預報
3.2.1隧道開挖施工過程仿真的計算方法
3.2.2位移量和安全性的預報
3.3隧道施工引起地表沉降的神經網路預測
3.3.1捷運施工引起地表沉降概述
3.3.2ANN預測技術及其套用
3.3.3地表沉降規律分析
3.3.4BP神經網路模型構建及程式編制
3.3.5仿真與實測對比分析
3.3.6結果分析
3.4雙線隧道CRD開挖過程仿真及地表沉降分析
3.4.1雙線隧道的CRD開挖概述
3.4.2工程概況及監測方案
3.4.3隧道本構模型及結構單元選取
3.4.4隧道施工數值模型構建
3.4.5CRD法開挖過程數值仿真
3.4.6CRD法施工對地表建築物的影響
3.5基於差異進化的爆破振速參數反演分析
3.5.1爆破振速研究概述
3.5.2差異進化算法
3.5.3基於DE的爆破振速參數識別
3.5.4工程套用
3.5.5結果分析
3.6隧道爆破施工對地表建築物的微振動效應分析
3.6.1爆破地震波的產生機理
3.6.2爆破地震波的類型
3.6.3爆破振動效應的控制參數分析
3.6.4工程實例概況
3.6.5爆破地震波控制驗算
3.6.6結果分析
3.7捷運隧道爆破對建築物微振動影響仿真分析
3.7.1有限元模型的建立及特性分析
3.7.2爆破地震波選取
3.7.3建築結構在爆破地震波作用下的動力回響分析
3.7.4爆破地震波幅值對結構的微振動回響影響
3.7.5爆破地震波頻率對結構的微振動回響影響
3.7.6爆破地震波持續時間對結構的微振動回響影響
參考文獻
第4章盾構施工過程仿真與安全性分析
4.1盾構施工引起的地表沉降機理分析
4.1.1盾構施工過程概述
4.1.2盾構隧道的地表沉降機理及其影響因素
4.1.3地表沉降的安全性判斷與控制標準分析
4.2盾構隧道施工建模影響因素仿真分析
4.2.1盾構施工建模影響因素
4.2.2模型構建及監測點選擇
4.2.3建模因素對比分析
4.2.4建模因素分析結果
4.3土壓平衡雙線盾構隧道施工引起地表沉降分析
4.3.1雙線捷運隧道引起地表沉降概述
4.3.2工程概況
4.3.3FLAC3D仿真
4.3.4仿真與實測數據對比
4.3.5仿真結果分析
4.4厚硬岩層盾構隧道施工對地下管線影響分析
4.4.1盾構施工對地下管線影響概述
4.4.2工程概況
4.4.3模型選取
4.4.4數值仿真分析
4.4.5計算結果分析
4.4.6驗證分析
4.5盾構接收井施工仿真及地表沉降分析
4.5.1工程概況
4.5.2模型選擇
4.5.3數值仿真分析
4.5.4仿真與實測結果對比分析
參考文獻
第5章捷運施工過程火災仿真與安全性分析
5.1捷運施工過程火災研究概述
5.1.1捷運施工過程火災的特點
5.1.2捷運施工過程火災研究方法綜述
5.1.3國內外捷運施工過程火災研究現狀
5.2均勻溫度場條件下盾構隧道管片熱輻射性能分析
5.2.1計算流程
5.2.2FLAC3D模型參數確定
5.2.3火災時期管片的熱力分析
5.2.4模型受力分析
5.3非均勻溫度場盾構隧道襯砌熱傳導性能分析
5.3.1隧道火災時期熱能傳遞概述
5.3.2本構模型構建
5.3.3火災時期管片的熱力分析
5.3.4結果分析
5.4基於FDS的捷運車站施工過程火災仿真分析
5.4.1捷運車站施工過程火災概述
5.4.2FDS仿真套用概述
5.4.3FDS計算步驟
5.4.4模型構建
5.4.5仿真結果及分析
參考文獻
第6章捷運施工過程風險監控預警技術
6.1捷運施工風險監控預警技術概述
6.1.1捷運工程風險的內涵
6.1.2捷運工程風險分析與管理現狀
6.1.3工程風險管理
6.1.4捷運施工過程風險預警動力機制
6.2深基坑圍護結構變形遠程監測預警裝備技術
6.2.1深基坑圍護結構監測預警技術概述
6.2.2深基坑結構變形監測物聯網框架
6.2.3監控系統的物理結構
6.2.4系統軟體體系
6.2.5預警功能介紹及實例分析
6.2.6結果分析
6.3長大隧道健康狀況遠程監測診斷裝備系統構建
6.3.1長大隧道健康狀況監測診斷裝備系統研究概述
6.3.2長大隧道健康狀況監測診斷裝備系統組成
6.3.3長大隧道感測器布設
6.3.4影響長大隧道健康狀況因素
6.3.5健康診斷指標判定標準確定
6.3.6工程實例分析
參考文獻
第7章捷運工程安全性分析方法的拓展
7.1Duncan?Chang E?B模型軟化技術研究
7.1.1Duncan?Chang E?B模型存在的缺陷
7.1.2Duncan?Chang E?B模型及其改進
7.1.3Duncan?Chang E?B改進模型的二次開發
7.1.4模型計算與比較
7.1.5結果分析
7.2基於差異進化支持向量機的坑外土體沉降預測
7.2.1概述
7.2.2坑外岩土體沉降預測的DE?SVM方法
7.2.3實例分析
7.2.4結果分析
參考文獻
