捷運施工過程數值仿真及安全性分析

圖書簡介

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。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。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。

捷運施工過程數值仿真及安全性分析

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