隧道论文

第一篇：隧道论文

隧道新技术新理念及发展趋势

摘要：隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道。近年来，随着城市和现代交通建设的飞速发展，地下空间开发规模越来越大，一些隧道及地下工程不得不在复杂地质条件下修建，当围岩稳定性和结构变形控制不能满足隧道施工和环境安全时，必须采取辅助施工方法对其进行处理。一般有注浆方法与施工方法。关键词：注浆、施工、围岩

一、注浆法

注浆作为地下软弱围岩和地下水处理的一项关键技术，已经成为隧道及地下工程施工技术研究和应用的重要部分。主要有以下几种：

1、全断面帷幕注浆工法全断面帷幕注浆工法由日本于70年代结合青函隧道创建。该工法是对隧道开挖引起的松动圈进行注浆加固，形成全断面注浆帷幕，以此来抵外抗水压力。其假定地层是均匀的，外侧水压力均匀分布，注浆堵水加固范围与水压力有关，水压力越高、水量越大，加固范围也就越大。目前平导普遍采用3～5m注浆圈，正洞采用5～8m注浆圈。

2、精细化注浆设计新工法，实际工程中地层是不均匀的，其透水性、外侧水压力也是不完全相同的。精细化注浆设计工法就是根据工程地质情况，先进行分区定位，确定地质情况，通过前期顶水注浆改变透水场条件，使地层中水量得到有效控制，然后按均匀地层进行“合理步距，由外及内”方式实现基本注浆加固，保证隧道开挖安全的基本要求。该工法主要包含四个方面关键技术：

①分区定位、锁定区域

先考虑对隧道外3～5m基本注浆区进行钻探注浆相结合，确定需要注浆时按基本加固区进行注浆。施工时，选取周边4～6个注浆孔进行钻探注浆，遇水顶水，遇破碎加固。通过这4～6个孔确定隧道周围强水区与弱水区。

②外堵内固、区域加强

先对基本注浆区进行钻孔注浆，基本注浆区只设计两圈，外圈孔位于隧道外3～5m，内圈孔为1～3m。严格按照“先外圈后内圈，同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆。基本注浆区完成后，对锁定的强水区进行补注浆，注浆范围为5～8m。③环环相扣、过程控制

严格按照“先外圈后内圈、同圈间隔跳孔”的顺序进行注浆，基本注浆区完成后，必须对强水区进行补孔注浆。④效果检查、标准评定

高压富水断层既要达到堵水效果，又要起到加固作用，因此，应严格按制定的标准进行注浆效果检查，不达到标准必须进行补注浆。

3、施工模式探注结合施工模式在确定前方地层“富水、软弱破碎” 必须通过注浆堵水加固施工才能保证安全开挖的前提下，提出“软弱地层、分区定位，探注结合”的系统化过程控制施工理念。注浆孔兼超前探孔进行施工，“一孔两用”达到既对前方不良地层进行判断，优化方案的指导价值又对注浆预设计进行试验的目的，有效地节约了时间。

4、新型注浆材料：普通水泥单液浆强度高，但凝胶时间长；双液浆凝胶时间短，但强度低，且耐久性差。经过现场研究硫铝酸盐水泥单液浆，并在工程中应用。该浆液凝胶时间为1h30min左右，8h抗压强度达5MPa以上，7天抗压强度达到18MPa以上。浆液具有：凝结可控、高强可靠、操作简单、扩散控域、工艺匹配、经济适用、绿色环保、堵水高效的特点，既具有普通水泥单液浆高强的特点，又兼备双液浆短凝的优势，使用成本低于双液浆，具有很高的推广应用价值。

5、注浆效果检查新方法：对注浆效果进行合理评价是保证安全施工和确保注浆质量的关键。目前采用的评定方法可以分为四大类。（1）分析法；（2）检查孔法；（3）开挖取样；（4）物探。最为直观且常用的方法为检查孔法。对于以堵水为目的的，通过检查孔可以通过分析出水量来评价注浆效果；而对于以加固地层为目的的常采用取芯法，分析浆液填充加固情况。但由于目前施工技术水平限制，取芯过程受机械破坏，取芯施工用水等影响，芯样很难真实反映加固效果，且取芯耗时长，一般很少采用该方法。目前利用孔内成像技术进行注浆效果评定，能够较为直观的对浆液充填度和地层的稳定性以及出水情况进行分析判识，是一种操作方便实用的方法，可取代钻孔取芯在施工中推广应用，目前象山隧道注浆就采用该方法。

二、隧道施工方法

浅埋隧道是一种特定条件下的隧道工程，其施工不仅受覆盖层地质因素的制约，而

且还受地面环境的影响。浅埋隧道有整座隧道浅埋和隧道部分地段浅埋两种情况。常用的施工方法有

1、明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法及盾构法等。

1、明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。

2、盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部的工程在封闭的顶盖下进行施工，主体结构可以顺作，也可逆作，盖挖法施工主要有以下几种类型：盖挖顺作法；盖挖逆作法。盖挖半逆作法；盖挖顺作法与盖挖逆作法的组合（浅埋暗挖法则是在特定条件下），不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧

道施工方法。

3、隧道工程采用盾构法在软弱地质条件下进行暗挖法施工已很普遍，当然也可适用于浅埋隧道的施工。修建浅埋地段隧道有时因周围环境等要求须采用暗挖法施工，称为浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是参考新奥法的基本原理，开挖中采用多种辅助施工措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效地抑制围岩过大变形的一种综合施工技术。采用浅埋暗挖法应与明挖法、盖挖法、盾构法等施工方法，进行经济、技术及环境因素等方面的分析比较。

4、沉管法也称预制管段沉放法，简单地说就是先在干坞中或船台上预制大型混凝土箱形构件或是混凝土和钢的组合箱形构件，并于两端用临时隔墙封闭，舾装好拖运、定位等设备，然后将这些构件浮运沉放在河床上预先浚挖好的沟槽中并联接起来，最后回填砂石并拆除隔墙形成隧道。悬浮隧道是沉管隧道的一种特殊形式，其特殊性表现在沉管管段不是埋在河底沟槽内，而是悬浮于水中，隧道用锚索锚固于一定间隔的海底锚座上，锚索另一端则通过各固定在隧道上的套环与隧道主体结构相连。沉管技术在本世纪经历过多次革新。1958年古巴哈瓦那建成第一座完全预应力的沉管隧道；荷兰于60年代发明了举世闻名的吉那止水带，使得水力压接法更加简洁有效，这是管段水下连接的重大革新。在基础处理技术方面，丹麦于40年代发明出喷砂法；瑞典于60年代首先成功采用灌囊法，荷兰在70年代发明了更为先进的压砂法，这是沉埋技术中的又一项重大革新；日本在70年代推出压注混凝土法和压浆法。此外，日本在接头抗震方面也取得不少进展，过去在地震区修建隧道时，对地震缺乏特别的预防措施，而现在设计的接头处可以有相当挠度和纵向位移，在允许范围内对沉陷和温度影响也采取了类似的措施。近年来，随着现代科学技术的发展，激光测量仪、电子定位系统等先进设备已应用于施工中，使得沉管隧道质量更加优良，同时工期大大缩短。在我国，香港和台湾借助国外

先进技术共已建成四条沉管隧道，中国大陆第一条沉管道路隧道—广州珠江隧道已于1993年底通车，此外，宁波甬江隧道也已建成。我国目前的沉管隧道设计及施工技术还处在积累经验阶段，但我国经济的迅猛发展为其进一步发展创造了良好的条件。

5、顶管隧道是公路与铁路构成立体交叉的一种特殊构造物。是在不中断既有铁路线交通的条件下，确保铁路交通能照常安全运行；不影响或较小影响列车车速的一种构筑立体交叉的方式，是把在线路一侧基坑内预制好的钢筋混凝土箱涵，用顶进施工方法穿越铁路，与铁路构成的立体交叉。以这种方式建成的结构称为顶管隧道，或称顶进箱涵桥。这种方式还可运用于建造穿越铁路的过水涵管、水渠以及矿山排洪沟等。用电算程序取代了繁杂的手算工作，缩短了设计周期。箱涵的横断面形式也由单孔、双孔及三孔的一次顶进，发展到用单孔组合成分离式双孔、三孔等不同形式。还相应地改良了顶进设备，改变顶进工艺，减小设备功率、从而达到节省投资的目的。在施工方法上也变得多样化，由单一的“顶”演变到对顶、顶拉、牵引等多种方式，在采用中继千斤顶设施后大幅度地降低了传到后背上的反顶力。此外，还在减摩措施上得到进展，把顶力减少到相当低的程度。

6、盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需千斤顶；钢筒尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，应在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井处安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。盾构施工法之所以能在各国迅速发展，主要是它具有以下优点：

1、可在盾构支护下安全地开挖、衬砌。

2、掘进速度快。盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现机械化、自动化作

业，施工劳动强度低。

3、施工时不影响地面交通与设施，穿越河道时不影响航运。

4、施工中不受季节，风雨等气候条件影响。

5、施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰。

6、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。21世纪是信息技术突飞猛进的时代,隧道工程建设也必将朝着信息化设计与施工的方向发展。目前,土木工程中计算机的应用可以划分为四个层次哪,第一层次是应用一些通用软件,如:DOS、WINDOWS、OFFICE、AUTOCAD等;第二层次是一些设计和施工中的专用软件,如;PKPM、ZD一

6、FLAC、ANSYS、概预算软件等;第三层次是使用综合性施工软件或系统;第四层次是集成化的设计施工系统。目前开发应用的一些地下工程应用软件,大多数停留在第二层次和第三层次,而且在许多方面也有待于完善。研制开发适应新时期隧道工程建设的各种实时、快捷、准确和网络化的实用软件,己是必然趋势。近年来,工程监测技术不断朝自动化、网络化、数字化(可视化)和实时快速化的方向发展。随着监测技术、通讯技术、网络技术、自动化技术和计算机技术的不断发展,研制开发信息化设计与施工网络系统也势在必行。该系统的主要目标是利用监测技术、通信技术、计算机技术、网络及隧道设计、施工与管理技术建立一个集信息采集、分析处理、信息反馈为一体的局域网络,并通过Intemet实现业主方、监理方、设计方与施工方之间的信息通讯以及对建设工程的实时监控等。这些系统的开发与应用必将对隧道工程建设的日趋规范化、信息化水平和建设效率的提高有重要的促进作用。

参考文献

[1]冯卫星主编.铁路隧道设计.成都：西南交通大学出版社，2005.[2]黄成光主编.公路隧道.交通普通中等专业学校内部试用教材2008.[3]刘建航等编著.盾构法隧道.北京：中国铁道出版社，1997.[4]铁道部基建总局编.铁路隧道新奥法指南.北京：中国铁道出版社，2007.[5]铁道隧道光面爆破技术规则.北京，中国铁道出版社，2008.

第二篇：隧道工程课程设计及论文

《隧道工程》课程设计及论文

1、以青岛拟建第二条海底隧道为例，对隧道选址、线路走向、长度、埋深，断面及坡道形式及功能进行设计及研究

2、以山东科技大学日益增多的校园汽车所带来的问题为研究背景，拟规划校园交通隧道，对隧道选址、线路走向、长度、埋深，断面及坡道形式及功能进行设计及研究（可以包括地下停车场）

3、以更好的发展西海岸经济新区、加强各地域之间的联系为例，来规划小珠山隧道，对隧道选址、线路走向、长度、埋深，断面及坡道形式及功能进行设计及研究

4、从各个方面比较青岛海底隧道和厦门翔安海底隧道的异同点（包括选址、地质情况、埋深、施工方法、造价、施工工期、断面形式、路面形式、通风形式、照明、内装、以及通车及收费系统情况等），并且要写出你自己的体会，要求：

1、每人一题，可以是一个题目的某一个方面，也可以是多个方面；

2、可以是设计，也可以是研究；

3、字数：3000字以上；

4、格式：以科技论文的格式，具体见附录

第三篇：论文：隧道渗漏水技术总结

隧道渗漏水处理技术总结

摘要：通过大梅沙－盐田坳隧道工程实例，介绍隧道二衬结构渗漏水处理施工工艺及其应用

关键词：渗漏 堵漏 注浆

1、工程概况

大梅沙－盐田坳共同沟隧道工程，全长2666米，隧道内安装有Φ600PE给水管、Φ600夹砂玻璃钢排水管、电信电缆桥架、隧道照明、隧道消防、监控设备等。隧道初支Ⅰ类围岩段设钢拱架@0.7米，喷20CMC20混凝土；Ⅱ、Ⅳ类围岩段Φ22锚杆挂网（Φ6@200mm）喷10CMC20混凝土。上述围岩段地质条件较差，地下水埋丰富，而地下水对混凝土有弱酸性腐蚀，对钢筋混凝土中的钢筋具有中等腐蚀。隧道二衬结构渗漏水的处理是决定了结构外观质量的关键。同时也保证了隧道内所有设备、管线良好的运转环境。通过采用堵漏与注浆相结合的施工技术,通过认真做好注浆、堵漏，保证防水工程的工程质量。

2、渗漏水处理使用材料简要说明 2.1 堵漏

堵漏材料：京汤水不漏、130瞬间止水剂等。

“金汤牌水不漏”是吸收国内外先进技术开发的高效防潮、抗渗、堵漏材料，也是极好的粘结材料。分“缓凝型”、“速凝型”和“超速凝型”三种，均为单组份灰色粉料。“缓凝型”主要用于防潮、防渗；“速凝型”和“超速凝型”主要用于抗渗、堵漏。其主要技术指标：凝固时间：1~90分钟；抗压强度：30~40MPa；不透水性：>0.7MPa；其主要特点：快速带水堵漏；迎背水面均可使用，施工简便；凝固时间可隔，防水粘贴均可。

130瞬间止水剂是一种不收缩，且具有膨胀性的遇水硬化之粉状聚合物，加水即可使用。接着性很强，在水中或潮湿空气养护条件下，固结体具有微膨胀性（膨胀率为1‰～3‰左右），以填塞所有孔隙达到防水功效，没有氧化和收缩的现象。当温度不低于10°C时，可在46秒内凝固，早期强度高，1小时强度达15Mpa，28天强度达40Mpa，后期强度继续增大；使用年限与一般砼一样长久。2.2 注浆

注浆材料采用普通水泥和水玻璃。水玻璃为传统注浆材料，对处理混凝土中细微裂缝有独到的效果。

3、施工设计程序

二衬施工完毕后，进行二衬墙渗漏水处理。隧道二衬一般在侧墙起拱线以下的墙面上发生渗漏水现象。针对不同部位，采取不同的处理措施。墙面点状、面状渗漏水侧重于堵漏施工，施工缝部位重于注浆施工，但均采用堵漏、注浆、引流相结合的施工工艺其施工工艺流程图如下图所示：

4、渗漏水处理施工工艺

4.1 检查墙面，标出渗漏水部位，根据渗漏水情况，确定处理方案。对于点及裂纹渗漏水的，采用凿槽堵漏方案；对于面渗漏水的，视渗水轻重程度分别采用堵漏和注浆方案；对于施工缝的渗漏水，将采用注浆方案。但也不是绝对的，要根据具体情况，综合分析漏水原因而采取最适宜的处理方案。4.2 堵漏施工工艺

4.2.1 对于裂缝渗漏水，沿裂缝剔凿出宽深各为20mm、40mm的凹型槽，对于渗漏点，则以渗漏点为圆心凿洞，孔洞直径为10～30mm，深为20～40mm，孔洞尽量保持与基面垂直。另外，凿连续墙槽缝要适当加深加宽，按接缝两边的疏松程度而定。4.2.2 彻底清理并清洗凹型槽及孔洞；

4.2.3 取适当量的堵漏材料加水拌制成泥状，搓成条形或锥形，迅速将胶泥堵漏到槽(洞)中，并用力挤压密实，保持45～60秒不动。

4.2.4 对漏水情况严重的，将采用注浆施工方案。4.3 注浆、引流施工工艺

根据渗漏水情况，本站采取综合注浆方案。4.3.1 传统注浆工艺

注浆主要是在施工缝部位，该部位主要是由于浇筑混凝土时处在模板的端头部位，部分施工缝处由于工人施工时操作不到位，混凝土不能完全密实填充，尤其在拱顶部位，这样，该处的膨胀型止水条便起不到止水的作用，同样，由于止水条安装不规范，在施工缝整个断面上，都会有漏水的可能，而这种情况也比较普遍，因此用采注浆的方法可达到较好的堵漏效果。(1)查渗漏点

将基层表面擦干，立即均匀撒一层干水泥，若表面有湿点或印湿线，即为漏水孔、缝，从而确定渗漏部位。(2)凿眼及钻孔

先以渗漏点为中心点凿一直径约100mm，深度约40mm的凹坑，再用冲击钻或专用打孔设备，自渗漏点向砼内打Φ20mm的孔Ⅰ，孔深200～300mm，以同样的方法在同一断面的拱顶部位打孔Ⅱ。如下图所示：

(3)埋设注浆管：

采用Φ20mm水管（带丝扣连接阀门）埋设，管口中心对正钻眼位置。然后用凝结快（初凝8min,终凝15～20min）粘结好的环氧树脂砂浆封管。封管时将表面凿除部分全部封堵。(4)注浆

注浆管埋设1小时后方可注浆。采用双液注浆泵泵注浆，注浆材料水泥水玻璃双液浆，配比为水泥：水玻璃=1：1。注浆压力为0.5Mpa，注浆系统如下图所示：

注浆前，先用水代替浆液灌注，以检查除注浆注管外其它部位是否有漏水现象，以免出现漏浆。试灌时记录灌水量和灌水时间，为确定灌浆量和灌注压力提供参考。注浆时，垂直缝应按先下后上的顺序进行。注浆管接埋设好的注浆管Ⅰ，打开注浆管Ⅱ阀门，灌浆开始后，逐渐升压，待注浆管Ⅱ出水后先不要封闭，见浆液后立即封闭其孔，仍继续压浆，使浆液沿着漏水通道推进。并把注浆泵开泵到规定压力值，停泵。让灰浆慢慢渗入，到表面压力下降到0.1Mpa时，二次开泵升到规定压力值，如此反复进行，直到压力稳定在规定压力值不再下降为止。当压力解除后不再有漏水和渗水现象时，该处注浆完毕，移到下一注浆孔灌注。(5)拔管及封堵

注浆完成后，将注浆管沿孔根部用手砂轮割除，然后将孔口清刷干净，孔底用130瞬间止水剂材料封堵，表面用1：2～1：2.5水泥砂浆抹平。

4.3.2 引流

对于墙面大面积渗水，这方面原因主要是二衬内部防水板被破坏，而底板泻水管堵塞，致二衬内水位上升，便造成二衬混凝土大面积渗水，对于这种渗漏水情况的处理，主要是通过引流的方法加以处理。方法如下图所示：

(1)、先在渗水区域的下部距潮湿印记边缘300mm处，紧贴地板表面打两个Ф32的泻水孔，使二衬后的地下水得以排除；然后，在泻水孔的下部底板上凿一直径10CM深10CM的积水坑，并在隧道底板上凿10CM深宽5CM的沟槽，槽中埋Ф32PVC排水管，将墙底泻水孔的水引至隧道排水沟中。

(2)、孔洞和沟槽的封堵，在墙脚泻水孔与积水坑之间先用PVC盲沟材（大粒径碎石也可）填充，在盲沟材上盖一层土工布，防止砂浆堵塞盲沟材缝隙，孔洞先用京汤水不漏堵漏材料堵2～3CM厚一层，等水不漏凝固后，用1：2.5防水砂浆把孔洞部位及泻水管槽抹面即可。4.3.3施工注意事项及安全措施 4.3.3.1注意事项：

(1)、所选用的输浆管必须有足够的强度；浆液在管内流动顺畅。

(2)、注浆施工力求一次注好，对注浆量较大部位必须连续注注，设备的压力和流量满足施工需要。

(3)、注浆过程中要始终注意观察注浆压力和输浆管的变化，当泵压骤增、注浆量减少，多为管路堵塞或被注物不畅，当泵压升不上去，进浆量较大时，检查浆液粘度和凝固时间。(4)、注浆过程中出现跑浆、冒浆，多属封闭不严导致，当出现此种情况应停止注浆，重做封闭工作。4.3.3.2安全措施

(1)、注浆前严格检查机具、管路及接头的牢固程度，以防压力爆破伤人。

(2)、操作人员在配制浆液和注浆时，要戴眼镜、口罩、手套等劳保用品，以防止损伤眼睛和皮肤。

(3)、注浆时注浆管附近严禁站人，以防爆管、脱管伤人。

5、结束语：

通过施工实践，采取上述施工技术，很好的控制了结构的渗漏水现象，为同类隧道工程结构的渗漏水处理积累了一些经验。需要强调的是，关键是在二衬施工前的防水工程的施工质量及混凝土的浇筑质量，最大可能的做好防止渗漏水的的施工关键工序。当然没有一种材料是百分之百可靠的，没有一种施工方法是尽善尽美美的，只有在正确选材、合理施工，才能达到彻底防水的目的。参考文献：

地下防水工程质量验收规范》（ＧＢ ５０２０８—２００２）—— 中国工业出版社出版 《地下工程防水技术规范》（ＧＢ ５０１０８—２００１）

—— 中国工业出版社出版 《建筑材料标准汇编——建筑防水材料２００３》——中国标准出版社出版

第四篇：隧道照明设计的软件开发实现的论文

摘要：目前国内外没有专门针对隧道照明设计的软件。为实现隧道照明的自动化设计，设计一款专业的隧道照明设计软件。软件基于Winform框架进行开发。绘图是软件的核心功能，其中二维图形采用GDI+绘制，三维部分使用C#语言封装下的OpenGL图形软件接口实现。以VisualStudio为开发工具，利用SQLite实现数据库设计，软件能使设计人员快速、准确地制作设计方案，并进行仿真模拟。经过测试，软件整体设计符合规范要求，能有效减少隧道照明设计人员的工作量。

关键词：隧道照明；照明设计；GDI+；OpenGL

0引言

公路隧道是陆路交通体系中重要的组成部分，隧道照明设计作为光学、建筑学、信息学、交通安全等多个学科的交叉课题，是公路隧道设计过程中极其重要的环节。隧道照明设计过程中需考虑亮度、照度、均匀度、功率、可控性及安全性等设计参数[1]。现阶段我国对隧道照明的LED灯具设计与规划，仍采用传统散射光的配光设计，一般均为电气设计工程师代为规划，没有专业照明设计人员[2]。专业隧道照明配光软件是智能隧道技术及产业发展亟待满足的重要需求。针对隧道照明应用设计开发一款专业软件，可以方便照明企业与设计院快速、准确地制作设计方案，以便设计方选择灯具的配光、功率进行灯光布置。本软件是基于Microsoft。NETFramework开发环境，使用C#编程语言，基于Winform框架开发的一款标准的Windows桌面应用软件，其中二维图形绘制与输出采用GDI+图形设备接口，三维部分使用C#语言封装下的OpenGL图形软件接口。软件功能包括生成隧道的截面图、截面灯光图、纵向灯光图和三维仿真图，并能进行隧道的分段亮度计算，生成隧道布灯图。该软件极大简化了整个隧道灯光设计过程，且整体设计符合规范要求，能有效减轻隧道配光师和隧道灯光安装人员的工作强度。

1系统设计

1。1系统总体架构（1）总体架构。软件采用C#语言编写，是基于微软。netframework框架的Winform桌面应用程序[3]。（2）数据库架构。采用轻量级的SQLite数据库，用于存储用户权限信息、灯具信息和文件浏览历史信息等。（3）绘图与图像输出。软件主要功能是实现各种仿真和布灯图的绘制与输出。绘图主要是采用C#语言内置的GDI+进行绘制[4]，采用C#语言内置图形对象的输出方法进行输出。（4）三维图像的生成。软件的三维图采用SharpGL控件进行绘制。该控件在底层封装了OpenGL框架，能进行三维建模[5]。1。2系统功能模块设计根据软件界面划分的各模块的主要功能如下：（1）登录界面。该界面提供登录功能，用户输入用户名和密码后，登录系统，系统会根据用户所属类别，加载不同的功能页面。同时还提供浏览模式，该模式无需密码就能进入系统，但是只提供打开和浏览功能，不能进行任何修改。（2）软件主页面。该界面提供打开项目与新建项目的功能，点击相应按钮即可进入相应功能，并且提供打开项目历史记录的功能，可快速打开最近打开过的项目文件。（3）参数输入界面。该界面的功能是让用户输入隧道的基本参数、灯具的基本参数和灯具的布置参数还有项目相关信息等，为后续的仿真与设计提供基本的数据[6]。（4）隧道参数界面。该界面会展示前一界面输入的各项参数，如需修改可在此界面进行修改。后续也可在此界面展示其它界面中修改的隧道参数。（5）软件功能主界面。在打开项目或者新建项目输入参数确认后会进入此界面界面左侧有一列功能按钮，点击相应功能按钮即可进入相应功能，在界面右侧显示相应功能的子界面。（6）隧道截面图界面。该界面根据隧道基本参数自动生成隧道的截面图，并标注各项基本参数，让设计者对隧道有基本的直观认识。（7）隧道截面灯光图界面。该界面根据灯具的布置参数自动生成隧道的截面灯光仿真图，用户可根据此图参照设计规范和实际需求对灯具布置参数进行修改以满足实际项目需求。（8）隧道纵向灯光图界面。该界面根据灯具的布置参数自动生成隧道的纵向灯光仿真图，用户可根据此图参照设计规范和实际需求对灯具布置参数进行修改以满足实际项目需求。（9）分段亮度计算界面。该界面提供根据隧道照明设计规范自动计算的各段亮度值，如果实际项目中需要对其进行调整，可在该界面中完成。（10）布灯图界面。该界面根据隧道和灯具的各项参数自动生成隧道的布灯图并以矢量图格式输出，与布灯相关的各项参数能在此界面进行修改。（11）隧道三维图界面。该界面支持查看隧道的三维模型。（12）灯具数目统计界面。该界面支持对隧道布灯图中所使用的灯具规格和数目的统计。（13）权限管理界面。该界面支持对当前用户密码的修改，新建用户和重置用户密码等功能。该界面与用户权限相关联。只有管理员账户才能使用全部功能。

2系统实现

为方便设计人员使用，本软件采用基于C#语言的Winform框架进行开发，是一款标准的Windows桌面应用程序，由于软件功能模块较多，只选取最核心的功能介绍系统实现。2。1隧道、灯具和其它辅助类建立由于C#是面向对象开发语言，所以在正式功能算法实施之前，先要进行模型也就是类的建立。类就是对具有相同数据元素和功能对象的抽象，实际上就是一种数据类型。类的构成包括字段和函数。当用户新建项目时，要求用户输入隧道和灯具及灯具布置的相关参数，隧道参数包括[7]：车道宽度、左侧检修道宽度、右侧检修道宽度、建筑界限高度、隧道顶高、检修道高度、隧道长度、设计时速、纵坡、车道数、洞外亮度、通行方式、设计小时交通量等。灯具参数包括各分段灯具的功率、光效以及灯具利用系数、养护系数等。灯具安装参数有基本灯安装间距、灯具安装高度、灯具与隧道中线的距离、安装倾角、投射角、纵向投射角、布灯方式、出入口安装余量等。对于所需的参数，都封装到隧道类和灯具类中，然后再对其中需要处理的数据进行方法的封装[8]。除了两个核心类，软件同时需要建立一些辅助仿真与绘图的类，如三维图绘制所需的向量计算类和摄像机类[9]。还有隧道相关计算需要的隧道工具类，管理项目和权限的项目类和用户类等。2。2隧道截面图与平面配光图绘制各种二维图形的绘制与输出是本软件的核心功能，采用图形设备接口GDI+（GraphicsDeviceInterface）进行二维图形绘制。它是一组通过C++类实现的应用程序编程接口，主要负责在屏幕和打印设备输出有关信息。具体编程流程是：先创建一个图形对象（Graphics），然后通过面向对象的编程方式调用它的各种方法，如Draw—Line（Penpen、Pointpt1、Pointpt2），DrawElilpse（Penp、floatx、floaty、floatwidth、floatheight），实现图形绘制[10]。对于隧道建筑建模而言，隧道的走线及净空断面是模型的关键，走线指决定隧道长度及方向隧道纵向的主轴中心线净空断面决定隧道的外形结构。由于灯具属于隧道内建筑，还需要考虑隧道的建筑界限[11]。根据《公路隧道设计规范》关于隧道截面设计图的规定，软件通过GDI+接口进行编程绘制隧道的截面图。同时要根据输入的灯具布置参数如投射角、安装倾角灯进行隧道配光的仿真，包括截面与纵向灯光的配光仿真，其主要意义是验证配光的均匀性，同时使设计能满足一些其它配光上需要考虑的因素，如隧道配光要求灯光能照射到隧道侧壁两米高的范围，这样能通过侧壁反射，提高路面大概10%亮度。2。3隧道分段亮度计算隧道照明是隧道各项设计中一个重要环节，通常一个隧道的最低亮度由其车流量和设计时速决定[12]。由于人眼对光学的适应性是一个逐步的过程，所以从交通安全角度上，隧道被分为入口段、过渡段、中间段和出口段，从亮度角度而言先逐级递减，后逐级增加。《公路隧道照明设计细则》中对各个分段的亮度进行了详细的建议性规定，软件可根据用户输入的参数对隧道进行自动分段，并根据《公路隧道照明设计细则》计算出各段的亮度值，某些情况下设计师希望改变亮度值，软件也提供了修改各段亮度的功能，以方便调整后续的布灯操作。2。4隧道布灯图绘制与输出隧道布灯图绘制是该软件最核心的功能，它能直接指导隧道布灯工作[13]。隧道灯分为基本灯与加强灯，各个分段都要布置基本灯，基本灯布灯间距可根据规定算出参考值，设计师也可手动修改其值，一般除了中间段，其它分段都要布置加强灯，可根据计算出的各段亮度值、灯具的布置系数，结合《公路隧道照明设计细则》中的计算公式进行计算：Eav=ηφΜωWS由上式可得出各段的加强灯间距和各段基本灯间距内加强灯的个数。如果设计师需要修改各段基本灯间距内加强灯的个数，也可手动修改。绘图时同时要考虑隧道的布灯方式，布灯方式主要有：中线布置、中线侧偏布置、两侧对阵布置、两侧交错布置4种，绘制时可根据实际需求进行选择，布灯同时需要考虑一些其它条件，如入口段布灯通常比较密集，可以选择将入口段的灯具布成两排，这也是设计师通常会采用的布灯方式。隧道出口和入口一般会留有一定的余量不进行布灯，绘制布灯图时也要考虑该因素[14]。隧道布灯图要进行一些标注，比如要标注各分段名称及其长度、各分段加强灯的间距、出入口余量长度、行车方向，同时还要区分加强灯与基本灯。绘图时采用GDI+图形设备接口进行编程，输出时采用windows的矢量图格式emf进行输出，可以方便后期的编辑与使用。2。5隧道三维图绘制首先运用OpenGL建模功能。OpenGL虽然提供基本的点、线、多边形的绘制函数与一部分复杂空间体及其组合，然而面对具有复杂三维结构的隧道，无法直接使用函数进行绘制[15]。使用OpenGL以顶点为图元，以空间多边形为空间体的各个面，可以避免凹多面体不能被函数直接表示的问题，以基本几何图形尤其是矩形为基础绘制隧道形状。然后运用OpenGL中的纹理映射、材质的光反射设置、环境光源设置，完成对隧道内地面、检修道、隧道墙壁的材质、纹理等的渲染，使三维场景可以模拟现实中的隧道外形。OpenGL提供视点变化、视角变换、模型变换、投影变换等函数。利用摄像机类中封装好的的变换可以在模拟隧道中任意改变观察者位置，转变视线方向。利用封装方法可以初始化自己的视点，指定观察角度、方向，也可以静态地观察图像。通过这些方式，可以实现在模拟隧道中自由漫游，方便对模拟隧道进行多角度全方位的观察[16]。OpenGL中封装了计算光照强度和光照方向的算法，其中以平行光和二次衰减光为主，可以利用其确定光源位置、光源属性等接口完成方法的封装。通常由于第一个光源与其它光源有一定设置差距，经常被用作整体环境光源，在本文即为自然光源（洞外亮度L20（S））。完成光源设置后，根据光源的属性，以及隧道外观的材质属性可得到隧道内部呈现的亮度，场景中光强的调节通过改变光源属性中的RGBA分量实现。

3系统测试

软件安装后，通过桌面图标打开软件，进入登录界面，输入默认的管理员账号与密码，点击登录能正常进入软件主界面，当输入了错误的用户名或密码后，将提示密码错误，不能进入软件。进入软件主界面后能选择是新建项目还是打开已保存的项目，还能快速打开已记录的历史项目。当选择新建项目后，进入参数输入界面；当输入符合软件校验规则的参数后可进入软件的功能主界面，当输入的参数不符合预设规则时，软件会给出相应提示。软件功能主界面默认显示隧道的属性页面。主界面左侧列出各个子功能界面的按钮。

4结语

本文设计并实现了基于C#和Winform框架的隧道照明设计软件，功能包括生成隧道的截面图、截面灯光图、纵向灯光图和三维仿真图，并能计算隧道的分段亮度，生成并输出隧道布灯图，经过多次测试及工程师试用证明，该软件能大幅简化整个隧道的灯光设计过程，且整体设计符合规范要求，能有效减轻隧道配光师和隧道灯光安装人员的工作量。

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第五篇：隧道抗震设计研讨论文

北京地铁１０号线车站的工程背景，引用相关文献提出的刚度折减理论，探索对结构损伤缺陷的简化描述；同时基于数值模拟仿真，研究其在不同运营阶段的地震动力响应规律。目的是为了揭示地铁隧道在疲劳损伤积累作用下的抗震动力学机理，并为进一步合理地改进和优化地铁隧道等地下结构的设计和施工、地下结构抗震设计规范的制定提供一定的参考依据。

初始损伤缺陷的描述与长期累积效应表达

根据相关的试验及文献研究，在长期的荷载及环境腐蚀等作用下，结构的劣化过程是由于诸如微裂缝、微孔洞等这样的初始损伤缺陷随运营时间的增加在不断发展，最后导致结构失效。事实上，对于既有地铁隧道而言，引起结构初始损伤缺陷的因素是多方面的，初始损伤缺陷的定义也是多方面的。例如，可以定义为施工质量方面导致的初始缺陷、工后运营过程中由于沉降导致的初始缺陷以及受邻近或穿越施工影响带来的初始缺陷等等。为了保证隧道结构在运营期间的安全，地铁隧道结构在长期运营动载作用下随时间的动力响应及初始缺陷的演变机理在不断得到人们的关注，尤其是初始缺陷长期累积作用下结构的抗震动力学行为。这里不妨采用前人文献试验研究，采用刚度折减理论来体现隧道结构衬砌初始缺陷及其在列车不同运营阶段的抗震动力特性。

力学模型与计算参数

１工程背景

本文以１０号线双井车站由于列车振动所引起的隧道衬砌结构的动力响应为研究背景。１０号线双井站为地下三层两跨（局部三跨）岛式站台车站，全长１８１．０ｍ。车站地下一层为设备层，地下二层为站厅层，地下三层为站台层。车站南、北两段为地下三层明挖结构，中间段为地下一层暗挖结构。在图１中可以看出，北侧三层结构与中间暗挖段及中间暗挖段与南侧三层结构之间均有宽２０ｍｍ的变形缝。由于变形缝的存在，因此，构想以变形缝为界，只考虑对双井站中间暗挖段结构衬砌进行动力响应分析。此举目的在于，变形缝起着减振的作用，三段结构彼此振动影响不大；建立模型时能使计算单元的数量大大减少，即提高了计算运行速度，又能得到较理想的计算精度。

２基于ＦＬＡＣ３Ｄ地震响应的三维模型的建立

考虑到边界效应和地下结构开挖所影响的范围，整体模型截取范围为６１．３ｍ×５９．２４ｍ×４１．５５ｍ的土体。网格大小划分满足Ｋｕｈｌｅｍｅｙｅｒ和Ｌｙｓｍｅｒ通过模型的波传播精度的表达式，就是单元的空间尺寸ΔＬ，必须小于与输入波的最大频率相应的波长的１／８～１／１０。１０号线双井站模型示意图如图２所示。

３模型边界条件及计算参数的确定

根据北京地铁１０号线双井站的地质资料，将土体视为均匀介质，并取土性参数的加权平均值作为计算参数。计算中采用不同的本构模型模拟不同的材料，对于各层土体采用莫尔－库仑（Ｍ－Ｃ）本构模型，隧道衬砌应用线弹性本构模型。衬砌混凝土力学参数如下：密度为２．５ｇ／ｃｍ３，剪切模量为１５．２８ＧＰａ，体积模量为１１．４６ＧＰａ。静力计算时，模型四周分别约束相应的水平向位移，底部为竖向固定、水平自由的边界，上表面为自由边界。在设置动力边界条件及阻尼前，应将静力计算模型中的初始位移及初始速度设置为０。动力计算时，在模型四周边界上施加自由场边界条件，底部边界取为静态边界，上表面为自由边界。模型采用瑞丽阻尼机制，使用时需要考虑两个参数，即自振频率和阻尼比。自振频率的确定是使模型不设置阻尼，在重力作用下求解一定的步数，使模型产生振荡，分析模型关键节点响应，使其完成至少一个周期振荡。本文求解的振荡周期为０．０９ｓ，由此计算出自振频率为１１．１１Ｈｚ。阻尼比的确定是根据经验方法，选取岩土体的阻尼比参数为０．００５。

４地震波的选择

因工程建筑场地类别为Ⅱ类，且北京按８度设防，所以本文采用比较著名的埃尔森特（ＥＩＣＥＮ－ＴＲＯ）波，截取包括峰值加速度在内的５ｓ段进行分析，峰值加速度为１．９６ｍ／ｓ２，满足建设部颁发的《关于统一抗震设计规范地面运动加速度设计取值的通知》规定的８度设防取０．２ｍ／ｓ２加速度峰值的要求。由于输入的ＥＩ波为频率范围很广的离散载荷形式，因此在地震反应分析中对ＥＩ波中的高频波进行滤波处理，以提高计算精度。图３为滤波前后加速度时程曲线的对比图。本文采用地震过程中对结构破坏最大的横波（Ｘ方向传播）和纵波（Ｚ方向传播）共同作用于地下结构进行抗震性能研究。依据抗震设计规范中规定的水平向地震荷载设计谱乘以某一固定系数作为竖向设计抗震的说明，本文取竖向设计荷载为水平向的２／３。

地震动力响应分析

考虑在不同阶段下的３种工况对地铁车站结构进行抗震性能分析。在大量隧道震害调查中，发现隧道拱顶、拱肩及仰拱位置为薄弱部位，因此选取地铁结构衬砌的拱顶、拱肩和仰拱的Ｘ，Ｚ方向位移和应力进行全程监测，研究在地震荷载作用下各运营阶段的位移、大小主应力的时程曲线规律。

１位移时程分析

采用刚度折减理论对不同运营阶段的隧道结构进行动力响应数值分析，部分结果如图４～图６所示。数值结果表明，隧道结构各控制点的位移波动趋势具有极大的相似性，说明了隧道结构在地震动力作用下的整体性；位移曲线和地震波的波形基本一致，因此时程曲线主要取决于输入地震波的特性；各控制点的竖向位移比水平位移要小，这是因为输入的竖向地震动加速度小于水平地震动，并且竖向变形受到土体及结构自重的约束较为明显；在３种不同刚度下，各控制点的位移均呈现出随刚度的减小反而增大的趋势，如在水平地震作用下，１００％刚度下控制点（拱顶）的位移最大值为０．１５１ｍ，８０％刚度下变为０．１５４ｍ，６５％刚度下为０．１５７ｍ，较１００％刚度分别增大了１．９％和３．９％，这说明经长期损伤积累致使隧道衬砌刚度减小，增加了隧道变形破坏的风险。

２应力时程分析

在地震动力响应作用下，可以得到不同刚度条件下隧道结构在列车不同运营阶段的大小主应力时程效应，部分结果如图７和图８所示。数值结果表明，在列车运营不同阶段即不同刚度下应力时程曲线呈现出随刚度的减小而随之减小，但各控制点时程曲线趋势一致，可见，刚度变化与其曲线变化趋势无关。其中在８０％刚度及６５％刚度时拱肩的最大主应力分别较１００％刚度下降了９％和１５％，而最小主应力分别下降了４．７％和９．９％；仰拱的最大主应力分别较１００％刚度下降了１．６％和５％，对应的最小主应力分别下降了２．９％和６．７％；拱顶的最大主应力分别较１００％刚度下降了８．３％和１８．６％，同时最小主应力分别下降了４．４％和８．７％。可见，各控制点随着刚度的减小而出现不同程度的内力衰减，最大主应力及最小主应力均为负值，说明各控制点以压应力的形式出现；柱顶随刚度的衰减其表现形式最明显，主应力时程曲线随着刚度的衰减均比其余控制点应力时程曲线差异明显，说明刚度的大小对柱顶的内力影响最大；从大小主应力的表现看，仰拱所承受的内力应是最大的，因此此处是车站在地震作用下易出现应力集中导致破坏的位置，应进行注浆加固等处理措施，使其与自身结构刚度相匹配，提高抗震能力。

３塑性区分析

在静载或者动载激励作用下，车站结构周围土体破坏导致其所受影响最为直观的表现为土体产生下陷、震陷、隆起表错、甚至塌方等现象，在数值模拟计算中较为直观地表现出其周边土体破坏程度大小的为该模型的塑性区大小。其中图９中ｎｏｎｅ表示始终处于弹性状态；ｓｈｅａｒ－ｐ表示弹性，但之前曾剪切破坏；ｓｈｅａｒ－ｎ表示正在剪切破坏。在车站结构３种运营阶段状态下即３种不同刚度下车站结构受震后周围土体的塑性区分布模型图如图９所示。由图９可知，车站结构周边土体出现了不同程度剪切破坏，并且主要发生在车站结构周边及地面附近区域；在３种不同刚度下，其车站周边土体塑性区随着刚度的减小而减小。这说明隧道衬砌刚度越小，则与其周边土体的刚度越加匹配，两者产生了相对变形，使其更难到达塑性变形。也就是说，隧道衬砌因刚度的减小而产生变形增大，增加了其变形破坏的程度

结语

采用ＦＬＡＣ３Ｄ对隧道结构在不同运营阶段的地震动力响应进行数值模拟，初步得到以下结论。（１）隧道结构各控制点的位移波动趋势具有极大的相似性，隧道结构在地震动力作用下具有整体性，时程曲线主要取决于输入地震波的特性，在３种刚度作用下，其位移时程曲线随着刚度的减小而响应值却增大。这说明随着刚度的减小，衬砌结构在控制变形方面是不利的，增加了变形破坏的风险。（２）各控制点的大小主应力时程曲线均呈现出随刚度的减小而随之减小的变化，因为刚度减小即柔度增加，使其结构内力变小，但需结合静力变形条件，否则就会出现局部应力集中，导致发生破坏。隧道仰拱位置为地震作用下容易导致破坏的位置，应进行注浆加固等处理措施，使其与自身结构刚度相匹配，提高抗震能力；柱顶随刚度的衰减其表现形式最明显，说明刚度的变化对柱顶影响最大。（３）隧道周边土体易发生剪切破坏，其塑性区分布随着刚度的减小而减小。这说明地下结构中土体与结构是整体运动的，隧道衬砌刚度越小，则与其周边土体的刚度越加匹配，两者产生了相对变形，使其更难到达塑性变形，隧道衬砌因刚度的减小而变形增大，增加了其变形破坏的程度。