第一篇：隧道論文

隧道新技術新理念及發展趨勢

摘要：隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。一般可分為兩大類：一類是修建在巖層中的，稱為巖石隧道；一類是修建在土層中的，稱為軟土隧道。近年來，隨著城市和現代交通建設的飛速發展，地下空間開發規模越來越大，一些隧道及地下工程不得不在復雜地質條件下修建，當圍巖穩定性和結構變形控制不能滿足隧道施工和環境安全時，必須采取輔助施工方法對其進行處理。一般有注漿方法與施工方法。關鍵詞：注漿、施工、圍巖

一、注漿法

注漿作為地下軟弱圍巖和地下水處理的一項關鍵技術，已經成為隧道及地下工程施工技術研究和應用的重要部分。主要有以下幾種：

1、全斷面帷幕注漿工法全斷面帷幕注漿工法由日本于70年代結合青函隧道創建。該工法是對隧道開挖引起的松動圈進行注漿加固，形成全斷面注漿帷幕，以此來抵外抗水壓力。其假定地層是均勻的，外側水壓力均勻分布，注漿堵水加固范圍與水壓力有關，水壓力越高、水量越大，加固范圍也就越大。目前平導普遍采用3～5m注漿圈，正洞采用5～8m注漿圈。

2、精細化注漿設計新工法，實際工程中地層是不均勻的，其透水性、外側水壓力也是不完全相同的。精細化注漿設計工法就是根據工程地質情況，先進行分區定位，確定地質情況，通過前期頂水注漿改變透水場條件，使地層中水量得到有效控制，然后按均勻地層進行“合理步距，由外及內”方式實現基本注漿加固，保證隧道開挖安全的基本要求。該工法主要包含四個方面關鍵技術：

①分區定位、鎖定區域

先考慮對隧道外3～5m基本注漿區進行鉆探注漿相結合，確定需要注漿時按基本加固區進行注漿。施工時，選取周邊4～6個注漿孔進行鉆探注漿，遇水頂水，遇破碎加固。通過這4～6個孔確定隧道周圍強水區與弱水區。

②外堵內固、區域加強

先對基本注漿區進行鉆孔注漿，基本注漿區只設計兩圈，外圈孔位于隧道外3～5m，內圈孔為1～3m。嚴格按照“先外圈后內圈，同圈間隔跳孔”的順序進行注漿。基本注漿區完成后，對鎖定的強水區進行補注漿，注漿范圍為5～8m。③環環相扣、過程控制

嚴格按照“先外圈后內圈、同圈間隔跳孔”的順序進行注漿，基本注漿區完成后，必須對強水區進行補孔注漿。④效果檢查、標準評定

高壓富水斷層既要達到堵水效果，又要起到加固作用，因此，應嚴格按制定的標準進行注漿效果檢查，不達到標準必須進行補注漿。

3、施工模式探注結合施工模式在確定前方地層“富水、軟弱破碎” 必須通過注漿堵水加固施工才能保證安全開挖的前提下，提出“軟弱地層、分區定位，探注結合”的系統化過程控制施工理念。注漿孔兼超前探孔進行施工，“一孔兩用”達到既對前方不良地層進行判斷，優化方案的指導價值又對注漿預設計進行試驗的目的，有效地節約了時間。

4、新型注漿材料：普通水泥單液漿強度高，但凝膠時間長；雙液漿凝膠時間短，但強度低，且耐久性差。經過現場研究硫鋁酸鹽水泥單液漿，并在工程中應用。該漿液凝膠時間為1h30min左右，8h抗壓強度達5MPa以上，7天抗壓強度達到18MPa以上。漿液具有：凝結可控、高強可靠、操作簡單、擴散控域、工藝匹配、經濟適用、綠色環保、堵水高效的特點，既具有普通水泥單液漿高強的特點，又兼備雙液漿短凝的優勢，使用成本低于雙液漿，具有很高的推廣應用價值。

5、注漿效果檢查新方法：對注漿效果進行合理評價是保證安全施工和確保注漿質量的關鍵。目前采用的評定方法可以分為四大類。（1）分析法；（2）檢查孔法；（3）開挖取樣；（4）物探。最為直觀且常用的方法為檢查孔法。對于以堵水為目的的，通過檢查孔可以通過分析出水量來評價注漿效果；而對于以加固地層為目的的常采用取芯法，分析漿液填充加固情況。但由于目前施工技術水平限制，取芯過程受機械破壞，取芯施工用水等影響，芯樣很難真實反映加固效果，且取芯耗時長，一般很少采用該方法。目前利用孔內成像技術進行注漿效果評定，能夠較為直觀的對漿液充填度和地層的穩定性以及出水情況進行分析判識，是一種操作方便實用的方法，可取代鉆孔取芯在施工中推廣應用，目前象山隧道注漿就采用該方法。

二、隧道施工方法

淺埋隧道是一種特定條件下的隧道工程，其施工不僅受覆蓋層地質因素的制約，而

且還受地面環境的影響。淺埋隧道有整座隧道淺埋和隧道部分地段淺埋兩種情況。常用的施工方法有

1、明挖法、地下連續墻法、蓋挖法、淺埋暗挖法及盾構法等。

1、明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順作施工，完成隧道主體結構，最后回填基坑或恢復地面的施工方法。

2、蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部的工程在封閉的頂蓋下進行施工，主體結構可以順作，也可逆作，蓋挖法施工主要有以下幾種類型：蓋挖順作法；蓋挖逆作法。蓋挖半逆作法；蓋挖順作法與蓋挖逆作法的組合（淺埋暗挖法則是在特定條件下），不挖開地面，全部在地下進行開挖和修筑襯砌結構的隧

道施工方法。

3、隧道工程采用盾構法在軟弱地質條件下進行暗挖法施工已很普遍，當然也可適用于淺埋隧道的施工。修建淺埋地段隧道有時因周圍環境等要求須采用暗挖法施工，稱為淺埋暗挖法。淺埋暗挖法是參考新奧法的基本原理，開挖中采用多種輔助施工措施加固圍巖，充分調動圍巖的自承能力，開挖后即時支護，封閉成環，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，有效地抑制圍巖過大變形的一種綜合施工技術。采用淺埋暗挖法應與明挖法、蓋挖法、盾構法等施工方法，進行經濟、技術及環境因素等方面的分析比較。

4、沉管法也稱預制管段沉放法，簡單地說就是先在干塢中或船臺上預制大型混凝土箱形構件或是混凝土和鋼的組合箱形構件，并于兩端用臨時隔墻封閉，舾裝好拖運、定位等設備，然后將這些構件浮運沉放在河床上預先浚挖好的溝槽中并聯接起來，最后回填砂石并拆除隔墻形成隧道。懸浮隧道是沉管隧道的一種特殊形式，其特殊性表現在沉管管段不是埋在河底溝槽內，而是懸浮于水中，隧道用錨索錨固于一定間隔的海底錨座上，錨索另一端則通過各固定在隧道上的套環與隧道主體結構相連。沉管技術在本世紀經歷過多次革新。1958年古巴哈瓦那建成第一座完全預應力的沉管隧道；荷蘭于60年代發明了舉世聞名的吉那止水帶，使得水力壓接法更加簡潔有效，這是管段水下連接的重大革新。在基礎處理技術方面，丹麥于40年代發明出噴砂法；瑞典于60年代首先成功采用灌囊法，荷蘭在70年代發明了更為先進的壓砂法，這是沉埋技術中的又一項重大革新；日本在70年代推出壓注混凝土法和壓漿法。此外，日本在接頭抗震方面也取得不少進展，過去在地震區修建隧道時，對地震缺乏特別的預防措施，而現在設計的接頭處可以有相當撓度和縱向位移，在允許范圍內對沉陷和溫度影響也采取了類似的措施。近年來，隨著現代科學技術的發展，激光測量儀、電子定位系統等先進設備已應用于施工中，使得沉管隧道質量更加優良，同時工期大大縮短。在我國，香港和臺灣借助國外

先進技術共已建成四條沉管隧道，中國大陸第一條沉管道路隧道—廣州珠江隧道已于1993年底通車，此外，寧波甬江隧道也已建成。我國目前的沉管隧道設計及施工技術還處在積累經驗階段，但我國經濟的迅猛發展為其進一步發展創造了良好的條件。

5、頂管隧道是公路與鐵路構成立體交叉的一種特殊構造物。是在不中斷既有鐵路線交通的條件下，確保鐵路交通能照常安全運行；不影響或較小影響列車車速的一種構筑立體交叉的方式，是把在線路一側基坑內預制好的鋼筋混凝土箱涵，用頂進施工方法穿越鐵路，與鐵路構成的立體交叉。以這種方式建成的結構稱為頂管隧道，或稱頂進箱涵橋。這種方式還可運用于建造穿越鐵路的過水涵管、水渠以及礦山排洪溝等。用電算程序取代了繁雜的手算工作，縮短了設計周期。箱涵的橫斷面形式也由單孔、雙孔及三孔的一次頂進，發展到用單孔組合成分離式雙孔、三孔等不同形式。還相應地改良了頂進設備，改變頂進工藝，減小設備功率、從而達到節省投資的目的。在施工方法上也變得多樣化，由單一的“頂”演變到對頂、頂拉、牽引等多種方式，在采用中繼千斤頂設施后大幅度地降低了傳到后背上的反頂力。此外，還在減摩措施上得到進展，把頂力減少到相當低的程度。

6、盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。盾構是一個既可以支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需千斤頂；鋼筒尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環。盾構每推進一環距離，應在盾尾支護下拼裝（或現澆）一環襯砌，并向襯砌環外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構推進的反力由襯砌環承擔。盾構施工前應先修建一豎井，在豎井處安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面。盾構施工法之所以能在各國迅速發展，主要是它具有以下優點：

1、可在盾構支護下安全地開挖、襯砌。

2、掘進速度快。盾構的推進、出土、拼裝襯砌等全過程可實現機械化、自動化作

業，施工勞動強度低。

3、施工時不影響地面交通與設施，穿越河道時不影響航運。

4、施工中不受季節，風雨等氣候條件影響。

5、施工中沒有噪聲和振動，對周圍環境沒有干擾。

6、在松軟含水地層中修建埋深較大的長隧道往往具有技術和經濟方面的優越性。21世紀是信息技術突飛猛進的時代,隧道工程建設也必將朝著信息化設計與施工的方向發展。目前,土木工程中計算機的應用可以劃分為四個層次哪,第一層次是應用一些通用軟件,如:DOS、WINDOWS、OFFICE、AUTOCAD等;第二層次是一些設計和施工中的專用軟件,如;PKPM、ZD一

6、FLAC、ANSYS、概預算軟件等;第三層次是使用綜合性施工軟件或系統;第四層次是集成化的設計施工系統。目前開發應用的一些地下工程應用軟件,大多數停留在第二層次和第三層次,而且在許多方面也有待于完善。研制開發適應新時期隧道工程建設的各種實時、快捷、準確和網絡化的實用軟件,己是必然趨勢。近年來,工程監測技術不斷朝自動化、網絡化、數字化(可視化)和實時快速化的方向發展。隨著監測技術、通訊技術、網絡技術、自動化技術和計算機技術的不斷發展,研制開發信息化設計與施工網絡系統也勢在必行。該系統的主要目標是利用監測技術、通信技術、計算機技術、網絡及隧道設計、施工與管理技術建立一個集信息采集、分析處理、信息反饋為一體的局域網絡,并通過Intemet實現業主方、監理方、設計方與施工方之間的信息通訊以及對建設工程的實時監控等。這些系統的開發與應用必將對隧道工程建設的日趨規范化、信息化水平和建設效率的提高有重要的促進作用。

參考文獻

[1]馮衛星主編.鐵路隧道設計.成都：西南交通大學出版社，2005.[2]黃成光主編.公路隧道.交通普通中等專業學校內部試用教材2008.[3]劉建航等編著.盾構法隧道.北京：中國鐵道出版社，1997.[4]鐵道部基建總局編.鐵路隧道新奧法指南.北京：中國鐵道出版社，2007.[5]鐵道隧道光面爆破技術規則.北京，中國鐵道出版社，2008.

第二篇：隧道工程課程設計及論文

《隧道工程》課程設計及論文

1、以青島擬建第二條海底隧道為例，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究

2、以山東科技大學日益增多的校園汽車所帶來的問題為研究背景，擬規劃校園交通隧道，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究（可以包括地下停車場）

3、以更好的發展西海岸經濟新區、加強各地域之間的聯系為例，來規劃小珠山隧道，對隧道選址、線路走向、長度、埋深，斷面及坡道形式及功能進行設計及研究

4、從各個方面比較青島海底隧道和廈門翔安海底隧道的異同點（包括選址、地質情況、埋深、施工方法、造價、施工工期、斷面形式、路面形式、通風形式、照明、內裝、以及通車及收費系統情況等），并且要寫出你自己的體會，要求：

1、每人一題，可以是一個題目的某一個方面，也可以是多個方面；

2、可以是設計，也可以是研究；

3、字數：3000字以上；

4、格式：以科技論文的格式，具體見附錄

第三篇：論文：隧道滲漏水技術總結

隧道滲漏水處理技術總結

摘要：通過大梅沙－鹽田坳隧道工程實例，介紹隧道二襯結構滲漏水處理施工工藝及其應用

關鍵詞：滲漏 堵漏 注漿

1、工程概況

大梅沙－鹽田坳共同溝隧道工程，全長2666米，隧道內安裝有Φ600PE給水管、Φ600夾砂玻璃鋼排水管、電信電纜橋架、隧道照明、隧道消防、監控設備等。隧道初支Ⅰ類圍巖段設鋼拱架@0.7米，噴20CMC20混凝土；Ⅱ、Ⅳ類圍巖段Φ22錨桿掛網（Φ6@200mm）噴10CMC20混凝土。上述圍巖段地質條件較差，地下水埋豐富，而地下水對混凝土有弱酸性腐蝕，對鋼筋混凝土中的鋼筋具有中等腐蝕。隧道二襯結構滲漏水的處理是決定了結構外觀質量的關鍵。同時也保證了隧道內所有設備、管線良好的運轉環境。通過采用堵漏與注漿相結合的施工技術,通過認真做好注漿、堵漏，保證防水工程的工程質量。

2、滲漏水處理使用材料簡要說明 2.1 堵漏

堵漏材料：京湯水不漏、130瞬間止水劑等。

“金湯牌水不漏”是吸收國內外先進技術開發的高效防潮、抗滲、堵漏材料，也是極好的粘結材料。分“緩凝型”、“速凝型”和“超速凝型”三種，均為單組份灰色粉料。“緩凝型”主要用于防潮、防滲；“速凝型”和“超速凝型”主要用于抗滲、堵漏。其主要技術指標：凝固時間：1~90分鐘；抗壓強度：30~40MPa；不透水性：>0.7MPa；其主要特點：快速帶水堵漏；迎背水面均可使用，施工簡便；凝固時間可隔，防水粘貼均可。

130瞬間止水劑是一種不收縮，且具有膨脹性的遇水硬化之粉狀聚合物，加水即可使用。接著性很強，在水中或潮濕空氣養護條件下，固結體具有微膨脹性（膨脹率為1‰～3‰左右），以填塞所有孔隙達到防水功效，沒有氧化和收縮的現象。當溫度不低于10°C時，可在46秒內凝固，早期強度高，1小時強度達15Mpa，28天強度達40Mpa，后期強度繼續增大；使用年限與一般砼一樣長久。2.2 注漿

注漿材料采用普通水泥和水玻璃。水玻璃為傳統注漿材料，對處理混凝土中細微裂縫有獨到的效果。

3、施工設計程序

二襯施工完畢后，進行二襯墻滲漏水處理。隧道二襯一般在側墻起拱線以下的墻面上發生滲漏水現象。針對不同部位，采取不同的處理措施。墻面點狀、面狀滲漏水側重于堵漏施工，施工縫部位重于注漿施工，但均采用堵漏、注漿、引流相結合的施工工藝其施工工藝流程圖如下圖所示：

4、滲漏水處理施工工藝

4.1 檢查墻面，標出滲漏水部位，根據滲漏水情況，確定處理方案。對于點及裂紋滲漏水的，采用鑿槽堵漏方案；對于面滲漏水的，視滲水輕重程度分別采用堵漏和注漿方案；對于施工縫的滲漏水，將采用注漿方案。但也不是絕對的，要根據具體情況，綜合分析漏水原因而采取最適宜的處理方案。4.2 堵漏施工工藝

4.2.1 對于裂縫滲漏水，沿裂縫剔鑿出寬深各為20mm、40mm的凹型槽，對于滲漏點，則以滲漏點為圓心鑿洞，孔洞直徑為10～30mm，深為20～40mm，孔洞盡量保持與基面垂直。另外，鑿連續墻槽縫要適當加深加寬，按接縫兩邊的疏松程度而定。4.2.2 徹底清理并清洗凹型槽及孔洞；

4.2.3 取適當量的堵漏材料加水拌制成泥狀，搓成條形或錐形，迅速將膠泥堵漏到槽(洞)中，并用力擠壓密實，保持45～60秒不動。

4.2.4 對漏水情況嚴重的，將采用注漿施工方案。4.3 注漿、引流施工工藝

根據滲漏水情況，本站采取綜合注漿方案。4.3.1 傳統注漿工藝

注漿主要是在施工縫部位，該部位主要是由于澆筑混凝土時處在模板的端頭部位，部分施工縫處由于工人施工時操作不到位，混凝土不能完全密實填充，尤其在拱頂部位，這樣，該處的膨脹型止水條便起不到止水的作用，同樣，由于止水條安裝不規范，在施工縫整個斷面上，都會有漏水的可能，而這種情況也比較普遍，因此用采注漿的方法可達到較好的堵漏效果。(1)查滲漏點

將基層表面擦干，立即均勻撒一層干水泥，若表面有濕點或印濕線，即為漏水孔、縫，從而確定滲漏部位。(2)鑿眼及鉆孔

先以滲漏點為中心點鑿一直徑約100mm，深度約40mm的凹坑，再用沖擊鉆或專用打孔設備，自滲漏點向砼內打Φ20mm的孔Ⅰ，孔深200～300mm，以同樣的方法在同一斷面的拱頂部位打孔Ⅱ。如下圖所示：

(3)埋設注漿管：

采用Φ20mm水管（帶絲扣連接閥門）埋設，管口中心對正鉆眼位置。然后用凝結快（初凝8min,終凝15～20min）粘結好的環氧樹脂砂漿封管。封管時將表面鑿除部分全部封堵。(4)注漿

注漿管埋設1小時后方可注漿。采用雙液注漿泵泵注漿，注漿材料水泥水玻璃雙液漿，配比為水泥：水玻璃=1：1。注漿壓力為0.5Mpa，注漿系統如下圖所示：

注漿前，先用水代替漿液灌注，以檢查除注漿注管外其它部位是否有漏水現象，以免出現漏漿。試灌時記錄灌水量和灌水時間，為確定灌漿量和灌注壓力提供參考。注漿時，垂直縫應按先下后上的順序進行。注漿管接埋設好的注漿管Ⅰ，打開注漿管Ⅱ閥門，灌漿開始后，逐漸升壓，待注漿管Ⅱ出水后先不要封閉，見漿液后立即封閉其孔，仍繼續壓漿，使漿液沿著漏水通道推進。并把注漿泵開泵到規定壓力值，停泵。讓灰漿慢慢滲入，到表面壓力下降到0.1Mpa時，二次開泵升到規定壓力值，如此反復進行，直到壓力穩定在規定壓力值不再下降為止。當壓力解除后不再有漏水和滲水現象時，該處注漿完畢，移到下一注漿孔灌注。(5)拔管及封堵

注漿完成后，將注漿管沿孔根部用手砂輪割除，然后將孔口清刷干凈，孔底用130瞬間止水劑材料封堵，表面用1：2～1：2.5水泥砂漿抹平。

4.3.2 引流

對于墻面大面積滲水，這方面原因主要是二襯內部防水板被破壞，而底板瀉水管堵塞，致二襯內水位上升，便造成二襯混凝土大面積滲水，對于這種滲漏水情況的處理，主要是通過引流的方法加以處理。方法如下圖所示：

(1)、先在滲水區域的下部距潮濕印記邊緣300mm處，緊貼地板表面打兩個Ф32的瀉水孔，使二襯后的地下水得以排除；然后，在瀉水孔的下部底板上鑿一直徑10CM深10CM的積水坑，并在隧道底板上鑿10CM深寬5CM的溝槽，槽中埋Ф32PVC排水管，將墻底瀉水孔的水引至隧道排水溝中。

(2)、孔洞和溝槽的封堵，在墻腳瀉水孔與積水坑之間先用PVC盲溝材（大粒徑碎石也可）填充，在盲溝材上蓋一層土工布，防止砂漿堵塞盲溝材縫隙，孔洞先用京湯水不漏堵漏材料堵2～3CM厚一層，等水不漏凝固后，用1：2.5防水砂漿把孔洞部位及瀉水管槽抹面即可。4.3.3施工注意事項及安全措施 4.3.3.1注意事項：

(1)、所選用的輸漿管必須有足夠的強度；漿液在管內流動順暢。

(2)、注漿施工力求一次注好，對注漿量較大部位必須連續注注，設備的壓力和流量滿足施工需要。

(3)、注漿過程中要始終注意觀察注漿壓力和輸漿管的變化，當泵壓驟增、注漿量減少，多為管路堵塞或被注物不暢，當泵壓升不上去，進漿量較大時，檢查漿液粘度和凝固時間。(4)、注漿過程中出現跑漿、冒漿，多屬封閉不嚴導致，當出現此種情況應停止注漿，重做封閉工作。4.3.3.2安全措施

(1)、注漿前嚴格檢查機具、管路及接頭的牢固程度，以防壓力爆破傷人。

(2)、操作人員在配制漿液和注漿時，要戴眼鏡、口罩、手套等勞保用品，以防止損傷眼睛和皮膚。

(3)、注漿時注漿管附近嚴禁站人，以防爆管、脫管傷人。

5、結束語：

通過施工實踐，采取上述施工技術，很好的控制了結構的滲漏水現象，為同類隧道工程結構的滲漏水處理積累了一些經驗。需要強調的是，關鍵是在二襯施工前的防水工程的施工質量及混凝土的澆筑質量，最大可能的做好防止滲漏水的的施工關鍵工序。當然沒有一種材料是百分之百可靠的，沒有一種施工方法是盡善盡美美的，只有在正確選材、合理施工，才能達到徹底防水的目的。參考文獻：

地下防水工程質量驗收規范》（ＧＢ ５０２０８—２００２）—— 中國工業出版社出版 《地下工程防水技術規范》（ＧＢ ５０１０８—２００１）

—— 中國工業出版社出版 《建筑材料標準匯編——建筑防水材料２００３》——中國標準出版社出版

第四篇：隧道照明設計的軟件開發實現的論文

摘要：目前國內外沒有專門針對隧道照明設計的軟件。為實現隧道照明的自動化設計，設計一款專業的隧道照明設計軟件。軟件基于Winform框架進行開發。繪圖是軟件的核心功能，其中二維圖形采用GDI+繪制，三維部分使用C#語言封裝下的OpenGL圖形軟件接口實現。以VisualStudio為開發工具，利用SQLite實現數據庫設計，軟件能使設計人員快速、準確地制作設計方案，并進行仿真模擬。經過測試，軟件整體設計符合規范要求，能有效減少隧道照明設計人員的工作量。

關鍵詞：隧道照明；照明設計；GDI+；OpenGL

0引言

公路隧道是陸路交通體系中重要的組成部分，隧道照明設計作為光學、建筑學、信息學、交通安全等多個學科的交叉課題，是公路隧道設計過程中極其重要的環節。隧道照明設計過程中需考慮亮度、照度、均勻度、功率、可控性及安全性等設計參數[1]。現階段我國對隧道照明的LED燈具設計與規劃，仍采用傳統散射光的配光設計，一般均為電氣設計工程師代為規劃，沒有專業照明設計人員[2]。專業隧道照明配光軟件是智能隧道技術及產業發展亟待滿足的重要需求。針對隧道照明應用設計開發一款專業軟件，可以方便照明企業與設計院快速、準確地制作設計方案，以便設計方選擇燈具的配光、功率進行燈光布置。本軟件是基于Microsoft。NETFramework開發環境，使用C#編程語言，基于Winform框架開發的一款標準的Windows桌面應用軟件，其中二維圖形繪制與輸出采用GDI+圖形設備接口，三維部分使用C#語言封裝下的OpenGL圖形軟件接口。軟件功能包括生成隧道的截面圖、截面燈光圖、縱向燈光圖和三維仿真圖，并能進行隧道的分段亮度計算，生成隧道布燈圖。該軟件極大簡化了整個隧道燈光設計過程，且整體設計符合規范要求，能有效減輕隧道配光師和隧道燈光安裝人員的工作強度。

1系統設計

1。1系統總體架構（1）總體架構。軟件采用C#語言編寫，是基于微軟。netframework框架的Winform桌面應用程序[3]。（2）數據庫架構。采用輕量級的SQLite數據庫，用于存儲用戶權限信息、燈具信息和文件瀏覽歷史信息等。（3）繪圖與圖像輸出。軟件主要功能是實現各種仿真和布燈圖的繪制與輸出。繪圖主要是采用C#語言內置的GDI+進行繪制[4]，采用C#語言內置圖形對象的輸出方法進行輸出。（4）三維圖像的生成。軟件的三維圖采用SharpGL控件進行繪制。該控件在底層封裝了OpenGL框架，能進行三維建模[5]。1。2系統功能模塊設計根據軟件界面劃分的各模塊的主要功能如下：（1）登錄界面。該界面提供登錄功能，用戶輸入用戶名和密碼后，登錄系統，系統會根據用戶所屬類別，加載不同的功能頁面。同時還提供瀏覽模式，該模式無需密碼就能進入系統，但是只提供打開和瀏覽功能，不能進行任何修改。（2）軟件主頁面。該界面提供打開項目與新建項目的功能，點擊相應按鈕即可進入相應功能，并且提供打開項目歷史記錄的功能，可快速打開最近打開過的項目文件。（3）參數輸入界面。該界面的功能是讓用戶輸入隧道的基本參數、燈具的基本參數和燈具的布置參數還有項目相關信息等，為后續的仿真與設計提供基本的數據[6]。（4）隧道參數界面。該界面會展示前一界面輸入的各項參數，如需修改可在此界面進行修改。后續也可在此界面展示其它界面中修改的隧道參數。（5）軟件功能主界面。在打開項目或者新建項目輸入參數確認后會進入此界面界面左側有一列功能按鈕，點擊相應功能按鈕即可進入相應功能，在界面右側顯示相應功能的子界面。（6）隧道截面圖界面。該界面根據隧道基本參數自動生成隧道的截面圖，并標注各項基本參數，讓設計者對隧道有基本的直觀認識。（7）隧道截面燈光圖界面。該界面根據燈具的布置參數自動生成隧道的截面燈光仿真圖，用戶可根據此圖參照設計規范和實際需求對燈具布置參數進行修改以滿足實際項目需求。（8）隧道縱向燈光圖界面。該界面根據燈具的布置參數自動生成隧道的縱向燈光仿真圖，用戶可根據此圖參照設計規范和實際需求對燈具布置參數進行修改以滿足實際項目需求。（9）分段亮度計算界面。該界面提供根據隧道照明設計規范自動計算的各段亮度值，如果實際項目中需要對其進行調整，可在該界面中完成。（10）布燈圖界面。該界面根據隧道和燈具的各項參數自動生成隧道的布燈圖并以矢量圖格式輸出，與布燈相關的各項參數能在此界面進行修改。（11）隧道三維圖界面。該界面支持查看隧道的三維模型。（12）燈具數目統計界面。該界面支持對隧道布燈圖中所使用的燈具規格和數目的統計。（13）權限管理界面。該界面支持對當前用戶密碼的修改，新建用戶和重置用戶密碼等功能。該界面與用戶權限相關聯。只有管理員賬戶才能使用全部功能。

2系統實現

為方便設計人員使用，本軟件采用基于C#語言的Winform框架進行開發，是一款標準的Windows桌面應用程序，由于軟件功能模塊較多，只選取最核心的功能介紹系統實現。2。1隧道、燈具和其它輔助類建立由于C#是面向對象開發語言，所以在正式功能算法實施之前，先要進行模型也就是類的建立。類就是對具有相同數據元素和功能對象的抽象，實際上就是一種數據類型。類的構成包括字段和函數。當用戶新建項目時，要求用戶輸入隧道和燈具及燈具布置的相關參數，隧道參數包括[7]：車道寬度、左側檢修道寬度、右側檢修道寬度、建筑界限高度、隧道頂高、檢修道高度、隧道長度、設計時速、縱坡、車道數、洞外亮度、通行方式、設計小時交通量等。燈具參數包括各分段燈具的功率、光效以及燈具利用系數、養護系數等。燈具安裝參數有基本燈安裝間距、燈具安裝高度、燈具與隧道中線的距離、安裝傾角、投射角、縱向投射角、布燈方式、出入口安裝余量等。對于所需的參數，都封裝到隧道類和燈具類中，然后再對其中需要處理的數據進行方法的封裝[8]。除了兩個核心類，軟件同時需要建立一些輔助仿真與繪圖的類，如三維圖繪制所需的向量計算類和攝像機類[9]。還有隧道相關計算需要的隧道工具類，管理項目和權限的項目類和用戶類等。2。2隧道截面圖與平面配光圖繪制各種二維圖形的繪制與輸出是本軟件的核心功能，采用圖形設備接口GDI+（GraphicsDeviceInterface）進行二維圖形繪制。它是一組通過C++類實現的應用程序編程接口，主要負責在屏幕和打印設備輸出有關信息。具體編程流程是：先創建一個圖形對象（Graphics），然后通過面向對象的編程方式調用它的各種方法，如Draw—Line（Penpen、Pointpt1、Pointpt2），DrawElilpse（Penp、floatx、floaty、floatwidth、floatheight），實現圖形繪制[10]。對于隧道建筑建模而言，隧道的走線及凈空斷面是模型的關鍵，走線指決定隧道長度及方向隧道縱向的主軸中心線凈空斷面決定隧道的外形結構。由于燈具屬于隧道內建筑，還需要考慮隧道的建筑界限[11]。根據《公路隧道設計規范》關于隧道截面設計圖的規定，軟件通過GDI+接口進行編程繪制隧道的截面圖。同時要根據輸入的燈具布置參數如投射角、安裝傾角燈進行隧道配光的仿真，包括截面與縱向燈光的配光仿真，其主要意義是驗證配光的均勻性，同時使設計能滿足一些其它配光上需要考慮的因素，如隧道配光要求燈光能照射到隧道側壁兩米高的范圍，這樣能通過側壁反射，提高路面大概10%亮度。2。3隧道分段亮度計算隧道照明是隧道各項設計中一個重要環節，通常一個隧道的最低亮度由其車流量和設計時速決定[12]。由于人眼對光學的適應性是一個逐步的過程，所以從交通安全角度上，隧道被分為入口段、過渡段、中間段和出口段，從亮度角度而言先逐級遞減，后逐級增加。《公路隧道照明設計細則》中對各個分段的亮度進行了詳細的建議性規定，軟件可根據用戶輸入的參數對隧道進行自動分段，并根據《公路隧道照明設計細則》計算出各段的亮度值，某些情況下設計師希望改變亮度值，軟件也提供了修改各段亮度的功能，以方便調整后續的布燈操作。2。4隧道布燈圖繪制與輸出隧道布燈圖繪制是該軟件最核心的功能，它能直接指導隧道布燈工作[13]。隧道燈分為基本燈與加強燈，各個分段都要布置基本燈，基本燈布燈間距可根據規定算出參考值，設計師也可手動修改其值，一般除了中間段，其它分段都要布置加強燈，可根據計算出的各段亮度值、燈具的布置系數，結合《公路隧道照明設計細則》中的計算公式進行計算：Eav=ηφΜωWS由上式可得出各段的加強燈間距和各段基本燈間距內加強燈的個數。如果設計師需要修改各段基本燈間距內加強燈的個數，也可手動修改。繪圖時同時要考慮隧道的布燈方式，布燈方式主要有：中線布置、中線側偏布置、兩側對陣布置、兩側交錯布置4種，繪制時可根據實際需求進行選擇，布燈同時需要考慮一些其它條件，如入口段布燈通常比較密集，可以選擇將入口段的燈具布成兩排，這也是設計師通常會采用的布燈方式。隧道出口和入口一般會留有一定的余量不進行布燈，繪制布燈圖時也要考慮該因素[14]。隧道布燈圖要進行一些標注，比如要標注各分段名稱及其長度、各分段加強燈的間距、出入口余量長度、行車方向，同時還要區分加強燈與基本燈。繪圖時采用GDI+圖形設備接口進行編程，輸出時采用windows的矢量圖格式emf進行輸出，可以方便后期的編輯與使用。2。5隧道三維圖繪制首先運用OpenGL建模功能。OpenGL雖然提供基本的點、線、多邊形的繪制函數與一部分復雜空間體及其組合，然而面對具有復雜三維結構的隧道，無法直接使用函數進行繪制[15]。使用OpenGL以頂點為圖元，以空間多邊形為空間體的各個面，可以避免凹多面體不能被函數直接表示的問題，以基本幾何圖形尤其是矩形為基礎繪制隧道形狀。然后運用OpenGL中的紋理映射、材質的光反射設置、環境光源設置，完成對隧道內地面、檢修道、隧道墻壁的材質、紋理等的渲染，使三維場景可以模擬現實中的隧道外形。OpenGL提供視點變化、視角變換、模型變換、投影變換等函數。利用攝像機類中封裝好的的變換可以在模擬隧道中任意改變觀察者位置，轉變視線方向。利用封裝方法可以初始化自己的視點，指定觀察角度、方向，也可以靜態地觀察圖像。通過這些方式，可以實現在模擬隧道中自由漫游，方便對模擬隧道進行多角度全方位的觀察[16]。OpenGL中封裝了計算光照強度和光照方向的算法，其中以平行光和二次衰減光為主，可以利用其確定光源位置、光源屬性等接口完成方法的封裝。通常由于第一個光源與其它光源有一定設置差距，經常被用作整體環境光源，在本文即為自然光源（洞外亮度L20（S））。完成光源設置后，根據光源的屬性，以及隧道外觀的材質屬性可得到隧道內部呈現的亮度，場景中光強的調節通過改變光源屬性中的RGBA分量實現。

3系統測試

軟件安裝后，通過桌面圖標打開軟件，進入登錄界面，輸入默認的管理員賬號與密碼，點擊登錄能正常進入軟件主界面，當輸入了錯誤的用戶名或密碼后，將提示密碼錯誤，不能進入軟件。進入軟件主界面后能選擇是新建項目還是打開已保存的項目，還能快速打開已記錄的歷史項目。當選擇新建項目后，進入參數輸入界面；當輸入符合軟件校驗規則的參數后可進入軟件的功能主界面，當輸入的參數不符合預設規則時，軟件會給出相應提示。軟件功能主界面默認顯示隧道的屬性頁面。主界面左側列出各個子功能界面的按鈕。

4結語

本文設計并實現了基于C#和Winform框架的隧道照明設計軟件，功能包括生成隧道的截面圖、截面燈光圖、縱向燈光圖和三維仿真圖，并能計算隧道的分段亮度，生成并輸出隧道布燈圖，經過多次測試及工程師試用證明，該軟件能大幅簡化整個隧道的燈光設計過程，且整體設計符合規范要求，能有效減輕隧道配光師和隧道燈光安裝人員的工作量。

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第五篇：隧道抗震設計研討論文

北京地鐵１０號線車站的工程背景，引用相關文獻提出的剛度折減理論，探索對結構損傷缺陷的簡化描述；同時基于數值模擬仿真，研究其在不同運營階段的地震動力響應規律。目的是為了揭示地鐵隧道在疲勞損傷積累作用下的抗震動力學機理，并為進一步合理地改進和優化地鐵隧道等地下結構的設計和施工、地下結構抗震設計規范的制定提供一定的參考依據。

初始損傷缺陷的描述與長期累積效應表達

根據相關的試驗及文獻研究，在長期的荷載及環境腐蝕等作用下，結構的劣化過程是由于諸如微裂縫、微孔洞等這樣的初始損傷缺陷隨運營時間的增加在不斷發展，最后導致結構失效。事實上，對于既有地鐵隧道而言，引起結構初始損傷缺陷的因素是多方面的，初始損傷缺陷的定義也是多方面的。例如，可以定義為施工質量方面導致的初始缺陷、工后運營過程中由于沉降導致的初始缺陷以及受鄰近或穿越施工影響帶來的初始缺陷等等。為了保證隧道結構在運營期間的安全，地鐵隧道結構在長期運營動載作用下隨時間的動力響應及初始缺陷的演變機理在不斷得到人們的關注，尤其是初始缺陷長期累積作用下結構的抗震動力學行為。這里不妨采用前人文獻試驗研究，采用剛度折減理論來體現隧道結構襯砌初始缺陷及其在列車不同運營階段的抗震動力特性。

力學模型與計算參數

１工程背景

本文以１０號線雙井車站由于列車振動所引起的隧道襯砌結構的動力響應為研究背景。１０號線雙井站為地下三層兩跨（局部三跨）島式站臺車站，全長１８１．０ｍ。車站地下一層為設備層，地下二層為站廳層，地下三層為站臺層。車站南、北兩段為地下三層明挖結構，中間段為地下一層暗挖結構。在圖１中可以看出，北側三層結構與中間暗挖段及中間暗挖段與南側三層結構之間均有寬２０ｍｍ的變形縫。由于變形縫的存在，因此，構想以變形縫為界，只考慮對雙井站中間暗挖段結構襯砌進行動力響應分析。此舉目的在于，變形縫起著減振的作用，三段結構彼此振動影響不大；建立模型時能使計算單元的數量大大減少，即提高了計算運行速度，又能得到較理想的計算精度。

２基于ＦＬＡＣ３Ｄ地震響應的三維模型的建立

考慮到邊界效應和地下結構開挖所影響的范圍，整體模型截取范圍為６１．３ｍ×５９．２４ｍ×４１．５５ｍ的土體。網格大小劃分滿足Ｋｕｈｌｅｍｅｙｅｒ和Ｌｙｓｍｅｒ通過模型的波傳播精度的表達式，就是單元的空間尺寸ΔＬ，必須小于與輸入波的最大頻率相應的波長的１／８～１／１０。１０號線雙井站模型示意圖如圖２所示。

３模型邊界條件及計算參數的確定

根據北京地鐵１０號線雙井站的地質資料，將土體視為均勻介質，并取土性參數的加權平均值作為計算參數。計算中采用不同的本構模型模擬不同的材料，對于各層土體采用莫爾－庫侖（Ｍ－Ｃ）本構模型，隧道襯砌應用線彈性本構模型。襯砌混凝土力學參數如下：密度為２．５ｇ／ｃｍ３，剪切模量為１５．２８ＧＰａ，體積模量為１１．４６ＧＰａ。靜力計算時，模型四周分別約束相應的水平向位移，底部為豎向固定、水平自由的邊界，上表面為自由邊界。在設置動力邊界條件及阻尼前，應將靜力計算模型中的初始位移及初始速度設置為０。動力計算時，在模型四周邊界上施加自由場邊界條件，底部邊界取為靜態邊界，上表面為自由邊界。模型采用瑞麗阻尼機制，使用時需要考慮兩個參數，即自振頻率和阻尼比。自振頻率的確定是使模型不設置阻尼，在重力作用下求解一定的步數，使模型產生振蕩，分析模型關鍵節點響應，使其完成至少一個周期振蕩。本文求解的振蕩周期為０．０９ｓ，由此計算出自振頻率為１１．１１Ｈｚ。阻尼比的確定是根據經驗方法，選取巖土體的阻尼比參數為０．００５。

４地震波的選擇

因工程建筑場地類別為Ⅱ類，且北京按８度設防，所以本文采用比較著名的埃爾森特（ＥＩＣＥＮ－ＴＲＯ）波，截取包括峰值加速度在內的５ｓ段進行分析，峰值加速度為１．９６ｍ／ｓ２，滿足建設部頒發的《關于統一抗震設計規范地面運動加速度設計取值的通知》規定的８度設防取０．２ｍ／ｓ２加速度峰值的要求。由于輸入的ＥＩ波為頻率范圍很廣的離散載荷形式，因此在地震反應分析中對ＥＩ波中的高頻波進行濾波處理，以提高計算精度。圖３為濾波前后加速度時程曲線的對比圖。本文采用地震過程中對結構破壞最大的橫波（Ｘ方向傳播）和縱波（Ｚ方向傳播）共同作用于地下結構進行抗震性能研究。依據抗震設計規范中規定的水平向地震荷載設計譜乘以某一固定系數作為豎向設計抗震的說明，本文取豎向設計荷載為水平向的２／３。

地震動力響應分析

考慮在不同階段下的３種工況對地鐵車站結構進行抗震性能分析。在大量隧道震害調查中，發現隧道拱頂、拱肩及仰拱位置為薄弱部位，因此選取地鐵結構襯砌的拱頂、拱肩和仰拱的Ｘ，Ｚ方向位移和應力進行全程監測，研究在地震荷載作用下各運營階段的位移、大小主應力的時程曲線規律。

１位移時程分析

采用剛度折減理論對不同運營階段的隧道結構進行動力響應數值分析，部分結果如圖４～圖６所示。數值結果表明，隧道結構各控制點的位移波動趨勢具有極大的相似性，說明了隧道結構在地震動力作用下的整體性；位移曲線和地震波的波形基本一致，因此時程曲線主要取決于輸入地震波的特性；各控制點的豎向位移比水平位移要小，這是因為輸入的豎向地震動加速度小于水平地震動，并且豎向變形受到土體及結構自重的約束較為明顯；在３種不同剛度下，各控制點的位移均呈現出隨剛度的減小反而增大的趨勢，如在水平地震作用下，１００％剛度下控制點（拱頂）的位移最大值為０．１５１ｍ，８０％剛度下變為０．１５４ｍ，６５％剛度下為０．１５７ｍ，較１００％剛度分別增大了１．９％和３．９％，這說明經長期損傷積累致使隧道襯砌剛度減小，增加了隧道變形破壞的風險。

２應力時程分析

在地震動力響應作用下，可以得到不同剛度條件下隧道結構在列車不同運營階段的大小主應力時程效應，部分結果如圖７和圖８所示。數值結果表明，在列車運營不同階段即不同剛度下應力時程曲線呈現出隨剛度的減小而隨之減小，但各控制點時程曲線趨勢一致，可見，剛度變化與其曲線變化趨勢無關。其中在８０％剛度及６５％剛度時拱肩的最大主應力分別較１００％剛度下降了９％和１５％，而最小主應力分別下降了４．７％和９．９％；仰拱的最大主應力分別較１００％剛度下降了１．６％和５％，對應的最小主應力分別下降了２．９％和６．７％；拱頂的最大主應力分別較１００％剛度下降了８．３％和１８．６％，同時最小主應力分別下降了４．４％和８．７％。可見，各控制點隨著剛度的減小而出現不同程度的內力衰減，最大主應力及最小主應力均為負值，說明各控制點以壓應力的形式出現；柱頂隨剛度的衰減其表現形式最明顯，主應力時程曲線隨著剛度的衰減均比其余控制點應力時程曲線差異明顯，說明剛度的大小對柱頂的內力影響最大；從大小主應力的表現看，仰拱所承受的內力應是最大的，因此此處是車站在地震作用下易出現應力集中導致破壞的位置，應進行注漿加固等處理措施，使其與自身結構剛度相匹配，提高抗震能力。

３塑性區分析

在靜載或者動載激勵作用下，車站結構周圍土體破壞導致其所受影響最為直觀的表現為土體產生下陷、震陷、隆起表錯、甚至塌方等現象，在數值模擬計算中較為直觀地表現出其周邊土體破壞程度大小的為該模型的塑性區大小。其中圖９中ｎｏｎｅ表示始終處于彈性狀態；ｓｈｅａｒ－ｐ表示彈性，但之前曾剪切破壞；ｓｈｅａｒ－ｎ表示正在剪切破壞。在車站結構３種運營階段狀態下即３種不同剛度下車站結構受震后周圍土體的塑性區分布模型圖如圖９所示。由圖９可知，車站結構周邊土體出現了不同程度剪切破壞，并且主要發生在車站結構周邊及地面附近區域；在３種不同剛度下，其車站周邊土體塑性區隨著剛度的減小而減小。這說明隧道襯砌剛度越小，則與其周邊土體的剛度越加匹配，兩者產生了相對變形，使其更難到達塑性變形。也就是說，隧道襯砌因剛度的減小而產生變形增大，增加了其變形破壞的程度

結語

采用ＦＬＡＣ３Ｄ對隧道結構在不同運營階段的地震動力響應進行數值模擬，初步得到以下結論。（１）隧道結構各控制點的位移波動趨勢具有極大的相似性，隧道結構在地震動力作用下具有整體性，時程曲線主要取決于輸入地震波的特性，在３種剛度作用下，其位移時程曲線隨著剛度的減小而響應值卻增大。這說明隨著剛度的減小，襯砌結構在控制變形方面是不利的，增加了變形破壞的風險。（２）各控制點的大小主應力時程曲線均呈現出隨剛度的減小而隨之減小的變化，因為剛度減小即柔度增加，使其結構內力變小，但需結合靜力變形條件，否則就會出現局部應力集中，導致發生破壞。隧道仰拱位置為地震作用下容易導致破壞的位置，應進行注漿加固等處理措施，使其與自身結構剛度相匹配，提高抗震能力；柱頂隨剛度的衰減其表現形式最明顯，說明剛度的變化對柱頂影響最大。（３）隧道周邊土體易發生剪切破壞，其塑性區分布隨著剛度的減小而減小。這說明地下結構中土體與結構是整體運動的，隧道襯砌剛度越小，則與其周邊土體的剛度越加匹配，兩者產生了相對變形，使其更難到達塑性變形，隧道襯砌因剛度的減小而變形增大，增加了其變形破壞的程度。