地下建筑结构设计.

地下建筑结构设计1.挡土墙设计的关键计算内容有那些？1.土压力计算根据挡土墙的结构型式、墙后填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、填土顶面坡角及超荷载等因素进行土压力的计算。2.挡土墙稳定计算抗渗稳定计算、抗滑稳定计算、抗倾覆稳定计算、抗浮稳定计算、地基整体稳定计算、地基沉降计算。3.挡土墙结构计算水工挡土墙的结构计算内容应包括：建筑材料的选择和结构应力分析等。挡土墙结构应力分析应根据结构布置型式、尺寸、受力特点及工程地质条件进行。2.当前连续墙设计施工面临的突出问题有哪些？你有何建议？目前地下连续墙施工，主要面临三个问题：导墙破坏或变形、槽壁坍塌、漏浆。导墙破坏指的是导墙出现坍塌、不均匀沉降、裂缝等情况。槽壁坍塌指的是在成空、下方钢筋笼、浇筑混凝土时候，槽壁发生局部塌方的问题。漏浆指的是泥浆突然大规模流失的现象。1.加固导墙的方法：在导墙内侧设置横向木支撑，一般间隔3——5米；导墙周围设置排水沟，排水沟深度不宜过大；施工荷载分散设置，尽量使导墙受力均匀；禁止导墙周边重车行驶，禁止导墙周边堆放重型材料。2.解决槽壁坍塌：及时补浆，调节泥浆配合比；加固地基，降低水位；分段挖槽，一次挖槽长度不能过大；用优质粘土回填坍塌处，重新挖槽。3.漏浆解决办法：开挖时漏浆，应该停止开挖，测算漏浆速率。较小时，可以加大泥浆比重，加快搅拌速率；较大时，停止卡瓦，回填土，抽干泥浆，再次开挖，使用淤泥土与水泥进行拌合水泥参量为20%左右。开挖后漏浆，漏浆速率较小时，加快施工，提前吊放钢筋笼，浇筑混凝土；较大时，补充泥浆，调节配合比，必要时毁掉一小部分槽段，在两边设置钢板支护，抽出泥浆，添加水泥，重新施工。3.大型水下盾构隧道结构问题有哪些，其研究现状如何？未来研究发展方向有哪些？存在的结构问题盾构隧道是由管片与接头共同构成的复杂结构体.不同的结构型式,不同的拼装方式,都将导致结构横向和纵向力学性能的显著差异.另一方面,盾构工法在开挖方式、支护方式上有别于其他工法,从而使其荷载的作用机制复杂.鉴于隧道结构环境复杂、施工条件困难、营运条件特殊,其结构问题可分为设计阶段需要考虑的问题、施工阶段存在的问题及长期运营阶段可能出现的问题三方面.大断面水下盾构隧道结构设计需考虑的结构问题荷载体系在荷载理论方面,以Terzagh,i普氏理论等为代表的经典卸拱理论沿用至今,然而,水下隧道围岩风化作用、饱水软化作用、河床冲淤加卸载作用表现明显,围岩成拱作用较差,加之河床冲淤加卸载作用和岩层中可能存在的局部软弱破碎带,其适用性值得深入考究.另一方面,大型水下隧道可能面临极为复杂的地质条件,当穿越土层和岩层软硬交替地层时,其荷载难以准确定.横向结构水下盾构隧道工程位于江湖河海之下,水源丰富,水压力大,受季节性降雨或海潮的影响,水位变化频繁,因此,水下盾构隧道衬砌结构的受荷机制与普通盾构隧道大不相同.鉴于此,经典的衬砌结构设计理论与设计方法,诸如匀质圆环法、梁-弹簧模型等,因无法表征结构的三维力学状态,从而不能真实反映结构的受力情况.纵向结构大型跨江、海盾构隧道的一个显著特点是穿越较宽广的河床或基床,隧道穿越地层、上覆地层和下卧地层以及隧道埋深复杂多变,地层性质呈现很大的不均匀性.同时,当隧道纵向处于透水性不同的地层中时,水位变化的影响不同.另外,河床泥沙在冲刷和沉积作用下产生的河床局部淘空和局部抬高现象,对下伏隧道产生明显的卸载和加载作用,从而对隧道纵向变形和稳定性产生不利影响.此外,运营期间车辆振动也会对跨江、海盾构隧道纵向不均匀变形产生不利影响,需要按照铁路、公路隧道运营的要求和特点提出相应的设计策略.附属结构对于大型跨江、海盾构隧道,从使用性能和安全角度,大多数需要设置联络横通道,有的还设置江中通风竖井和通风井.这些重要附属结构的存在,使得隧道整体结构的刚度呈现出极大的不均匀性,附属结构与盾构隧道主体之间的连接部位成为结构最薄弱的环节.因此,附属结构的受力特征及其对隧道主体结构影响的评价十分重要.抗震与减震我国部分水下隧道的建设场地处于高烈度地震区,存在的地震震害问题将严重危及隧道的营运安全和使用寿命.然而,目前我国尚未形成比较系统和完整的地下结构抗震设计方法,常规方法不能全面、有效地反映和揭示地下结构,特别是处于水下环境的盾构隧道.应针对隧道横向和纵向的结构特点,考虑周围地层的动力状态和稳定性,寻求合理和实用的隧道抗震设计方法.施工阶段存在的结构问题施工期的流固耦合效应目前国内大型跨江、海盾构隧道施工主要采用泥水平衡式盾构机,在掘进拼装过程中,流固耦合效应造成衬砌结构周边水压力补给滞后,从而使施工期管片周边处于较小的水压力这一不利工况,对结构的安全性带来不利影响.施工荷载施工荷载主要包括千斤顶推力和注浆压力等.其中,千斤顶推力是盾构隧道施工阶段管片受到的主要荷载之一,当其与管片存在交角时,将造成力线倾斜,产生附加弯矩作用,对管片受力不利.此外,千斤顶撑靴中心偏位,甚至可能造成管片开裂.另外,注浆压力分布较为复杂,不均匀的注浆压力可能造成管片错台,甚至开裂.管片上浮机理及控制对策盾构隧道穿越江、河底浅覆土时,上浮问题尤为突出.对于刚脱离盾尾的管片,经常会出现局部或整体上浮,进而导致管片错台、裂缝、破损,乃至轴线偏位等现象,对隧道的安全性危害极大,必须予以关注.长期运营阶段可能出现的结构问题灾害、事故的影响与评估在长期运营阶段,灾害和事故包括火灾、爆炸、碰撞等.城市水下隧道一般交通流量大,遭遇来自内部的火灾、爆炸与撞击等大型突发公共事件时,将引起衬砌结构开裂甚至破坏.大量实例表明,火灾和爆炸产生的高温除了对隧道内的人员造成巨大伤害外,会导致混凝土爆裂和力学性能劣化,对衬砌结构产生不同程度的损坏.特别是对于高水压条件下的受损衬砌,不仅大大降低了结构的承载力和安全性,而且更换、修复非常困难,某些情况下甚至无法修复.同时,突发的高温环境使隧道地层的力学特性变化和孔隙水汽化加速,导致隧道荷载增大.当隧道内发生列车出轨、车辆冲撞等事故时,局部管片的破坏很可能危及整座隧道的安全,必须采取有效措施,以防患于未然.是否施作内衬,何时施作内衬,尚存在争议.鉴于此,对双层衬砌工作机理的探索很有必要.水环境作用下大型盾构隧道管片衬砌结构的长期耐久性及性能评价由于水下隧道特殊的工作环境,其结构长期性能的影响因素十分复杂,主要包括管片结构劣化和接缝防水材料老化两方面.首先,在水环境甚至高水压条件下,毛细作用、渗透作用、扩散作用、蒸发作用和管片钢筋与接头螺栓电化学腐蚀等,使隧道衬砌结构的耐久性退化.尤其是在近海或海洋环境下,氯离子侵蚀作用加剧,管片结构性能的退化更为明显.其次,在水下盾构隧道运营期间,其接缝防水材料防水性能的正常发挥及耐久性至关重要.橡胶密封垫在使用过程中发生的老化主要是热氧老化,同时受机械应力和地下水、霉菌等的作用.另外,在压应力的长期作用下,密封垫会产生应力松弛老化现象,从而使密封垫防水能力下降。研究现状：我国大型水下盾构隧道研究主要在整环管片衬砌结构力学特征与分析方法，管片接头力学性能，隧道结构纵向稳定性，，施工期流固耦合效应及上浮机理，施工荷载的影响，火灾的影响与评估，水环境作用下管片衬砌结构的长期耐久性及结构性能评价这几个方面取得很大的成果。未来发展：1.水环境作用下管片衬砌结构的长期耐久性及结构性能评价；2.灾害、事故对水下盾构隧道结构的影响与评估；3.双层衬砌工作机理;衬砌结构渐进性破坏及失稳机制。4.现有盾构隧道模型试验的现状如何，存在的问题有哪些，未来应如何改进？盾构隧道施工模型试验可分为离心模型试验和常规模型试验。研究内容：1.地层位移和应力变化研究模型试验应用于盾构施工引起的地层位移规律研究，对于了解盾构隧道施工引起地层位移的机理，揭示各个施工因素对地面沉降的影响具有重要意义，而且为检验其他方法的正确性提供了可靠的依据。但由于土体的隐蔽性，仪器的精度较差以及模型尺寸等因素致使量测数据较难准确收集。随着土体材料的改进以及测试技术的不断发展，这些问题将会得到有效的解决。2.盾构开挖面稳定性及支护压力研究开挖面的稳定性是盾构隧道法施工技术的关键问题，目前国内外在对开挖失稳的防治方面过分依赖于工程经验，因此开展盾构隧道开挖稳定性的模型试验研究显得尤为重要。但由于试验模拟实际掘进过程较难，尤其是掘进的动态过程难以把握，验数据较难准确收集使得这种方法的研究难以普及和深入，目前国内在这方面的研究还相当匮乏。3.地层适应性的综合研究盾构隧道开挖引起土体变形和破坏的研究已有很多，但深部土体沉降规律，开挖面破坏模式及极限支护压力计算方法等问题仍有待进一步研究。与常规模型试验相比，离心试验可以直接采用原材料，能够在较小的模型中重现原位应力场和应变场，比较简洁地实现全相似但其实验技术复杂，费用昂贵，尤其是在运转中模拟盾构施工过程很难。因此，盾构施工常规模型试验，特别是大规模试验，因土颗粒尺寸效应及边界效应小，具有很大的优势。