近年來,我國各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展如火如荼,一帶一路建設(shè)持續(xù)推進,許多重大工程項目如雨后春筍般蓬勃興建,諸如三峽工程、青藏鐵路、南水北調(diào)、三縱四橫高鐵網(wǎng)、港珠澳大橋、上海中心大廈,以及由我國援建的雅萬高鐵、中老鐵路、中泰鐵路、瓜達爾港、比雷埃夫斯港,等等,不一而足。毋庸置疑,我國已成為世界上建設(shè)重大工程最多的國家之一。這些重大工程項目就其建設(shè)規(guī)模、技術(shù)難度和資金投入等而言,不僅在國內(nèi),即使在全球范圍也都位居前茅,甚至名列世界第一。在這些工程的建設(shè)過程中涌現(xiàn)的一系列重大關(guān)鍵性技術(shù)難題,通過分析探索創(chuàng)新,很多都得到了很好的優(yōu)化和解決,有的甚至在原來的理論、技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)造出了新的技術(shù)手段和方法,申請了大量的技術(shù)專利。例如,632m的上海中心大廈,作為世界最高的綠色建筑,其建設(shè)在超高層設(shè)計、綠色施工、施工監(jiān)理、建筑信息化模型(BIM)技術(shù)等多方面取得了多項科研成果,申請到8項發(fā)明專利、授權(quán)12項實用新型技術(shù)。僅在結(jié)構(gòu)工程方面,就應(yīng)用到了超深基坑支護技術(shù)、超高泵送混凝土技術(shù)、復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)以及結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)等許多創(chuàng)新性的技術(shù)革新成果,有的達到了世界水平。這些優(yōu)化、突破和創(chuàng)新,對我國工程技術(shù)人員將是非常寶貴的參考和借鑒。
在2016年3月初召開的全國人大全體會議期間,很多代表談到,極大量的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展是十三五時期我國宏觀經(jīng)濟實現(xiàn)戰(zhàn)略性調(diào)整的一項關(guān)鍵性驅(qū)動因素,是實現(xiàn)國家總體布局下全面發(fā)展的根本支撐和關(guān)鍵動力。
同時,在新一輪科技革命的機遇面前,也只有在關(guān)鍵核心技術(shù)上一個個地進行創(chuàng)新突破,才能實現(xiàn)社會生產(chǎn)力的全面躍升,使我國的科研成果和工程技術(shù)掌控兩者的水平和能力盡早、盡快地全面進入發(fā)達國家行列,從而在國際上不斷提升技術(shù)競爭力,而國力將更加強大!當前,許多工程技術(shù)創(chuàng)新得到了廣泛的認可,但在創(chuàng)新成果的推廣應(yīng)用中卻還存在不少問題。在重大工程建設(shè)領(lǐng)域,關(guān)鍵工程技術(shù)難題在實踐中得到突破和解決后,需要把新的理論或方法進一步梳理總結(jié),再一次次地廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐,反過來又將再次推動技術(shù)的更進一步的創(chuàng)新和發(fā)展,是為技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展之巨大推動力。將創(chuàng)新成果進行系統(tǒng)總結(jié),出版一套有分量的技術(shù)專著是最有成效的一個方面。這也是出版重大工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究叢書的意義之所在。以推廣學術(shù)上的創(chuàng)新為主要目標,重大工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究叢書主要具有以下幾方面的特色:
1. 聚焦重大工程和關(guān)鍵項目。目前,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在各個領(lǐng)域蓬勃開展,各類工程項目不斷上馬,從項目體量和技術(shù)難度的角度,我們選擇了若干重大工程和關(guān)鍵項目,以此為基礎(chǔ),總結(jié)其中的專業(yè)理論和專業(yè)技術(shù)使之編纂成書。由于各類工程涉及領(lǐng)域和專業(yè)門類眾多,專業(yè)學科之間又有相互交叉和融合,難以單用某個專業(yè)來設(shè)定系列叢書,所以仍然以工程大類為基本主線,初步擬定了隧道與地下工程、橋梁工程、鐵道工程、公路工程、超高層與大型公共建筑、水利工程、港口工程、城市規(guī)劃與建筑共八個領(lǐng)域撰寫成系列叢書,基本涵蓋了我國工程建設(shè)的主要領(lǐng)域,以期為未來的重大工程建設(shè)提供專業(yè)技術(shù)參考指導(dǎo)。由于涉及領(lǐng)域和專業(yè)多,技術(shù)相互之間既有相通之處,也存在各自間的不同,在交叉技術(shù)領(lǐng)域又根據(jù)具體情況做了處理,以避免內(nèi)容上的重復(fù)和脫節(jié)。
2. 突出共性技術(shù)和創(chuàng)新成果,側(cè)重應(yīng)用技術(shù)理論化。系列叢書圍繞近年來重大工程中出現(xiàn)的一系列關(guān)鍵技術(shù)難題,以項目取得的創(chuàng)新成果和技術(shù)突破為基礎(chǔ),有針對性地梳理各個系列中的共性、關(guān)鍵或有重大推廣價值的技術(shù)經(jīng)驗和科研成果,從技術(shù)方法和工程實踐經(jīng)驗的角度進行深入、系統(tǒng)而又詳盡的分析和闡述,為同類難題的解決和技術(shù)的提高提供切實的理論依據(jù)和應(yīng)用參考。在復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件下隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)叢書(錢七虎院士任編委會主任)中,對當前隧道與地下工程施工建設(shè)中出現(xiàn)的關(guān)鍵問題進行了系統(tǒng)闡述并形成相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)理論體系,包括深長隧道重大突涌水災(zāi)害預(yù)測預(yù)警與風險控制、盾構(gòu)工程遇地層軟硬不均與極軟地層的處理、類矩形盾構(gòu)法、水下盾構(gòu)隧道、地面出入式盾構(gòu)法隧道、特長公路隧道、隧道地質(zhì)三維探測、盾構(gòu)隧道病害快速檢測、隧道及地下工程數(shù)字化、軟巖大變形隧道新型錨固材料等,使得關(guān)鍵問題在研究中得到了不同程度的解決和在后續(xù)工程中的有效實施。
3. 注重工程實用價值。系列叢書涉及的技術(shù)成果要求在國內(nèi)已多次采用,實踐證明是可靠的、有效的,有的還獲得了技術(shù)專利。系列叢書強調(diào)以理論為引領(lǐng),以應(yīng)用為重點,以案例為說明,所有技術(shù)成果均要求以工程項目為背景,以生產(chǎn)實踐為依托,使叢書既富有學術(shù)內(nèi)涵,又具有重要的工程應(yīng)用價值。如長大橋梁建養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)叢書(鄭皆連院士任編委會主任、陳政清院士任副主任),圍繞特大跨度懸索橋、跨海長大橋梁、多塔斜拉橋、特大跨徑鋼管混凝土拱橋、大跨度人行橋、大比例變寬度空間索面懸索橋等重大橋梁工程,聚焦長大橋梁的設(shè)計創(chuàng)新理論、施工創(chuàng)新技術(shù)、建設(shè)難點的技術(shù)突破、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與狀態(tài)評估、運營期維修養(yǎng)護等,主要內(nèi)容包括大型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)真空輔助灌注技術(shù)、大比例變寬度空間索面懸索橋體系、新型電渦流阻尼減振技術(shù)、長大橋梁的纜索吊裝和斜拉扣掛施工、超大型深水基礎(chǔ)超高組合橋塔、變形智能監(jiān)測、基于BIM的建養(yǎng)一體化等。這些技術(shù)的提出以重大工程建設(shè)項目為依托,包括合江長江一橋、合江長江二橋、巫山長江大橋、桂廣鐵路南盤江大橋、張家界大峽谷橋、西堠門大橋、嘉紹大橋、港珠澳大橋、虎門二橋等,書中對涉及具體工程案例的相關(guān)內(nèi)容進行了詳盡分析,具有很好的應(yīng)用參考價值。
4. 聚焦熱點,關(guān)注風險分析、防災(zāi)減災(zāi)、健康檢測、工程數(shù)字化等近年來出現(xiàn)的新興分支學科。在綠色、可持續(xù)發(fā)展原則指導(dǎo)下,近年來基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新在節(jié)能減排、低碳環(huán)保、綠色土木、風險分析、防災(zāi)減災(zāi)、健康檢測(遠程無線視頻監(jiān)控)、工程使用全壽命周期內(nèi)的安全與經(jīng)濟、可靠性和耐久性、施工技術(shù)組織與管理、數(shù)字化等方面均有較多成果和實例說明,系列叢書在這些方面也都有一定體現(xiàn),以求盡可能地發(fā)揮叢書對推動重大工程建設(shè)的長期、綠色、可持續(xù)發(fā)展的作用。
5. 設(shè)立開放式框架。由于上述的一些特性,使系列叢書各分冊的進展快慢不一,所以采用了開放式框架,并在后續(xù)系列叢書各分冊的設(shè)定上,采用靈活的分階段付梓出版的方式。
6. 主編作者具備一流學術(shù)水平,從而為叢書內(nèi)容的學術(shù)質(zhì)量打下了堅實的基礎(chǔ)。各個系列叢書的主編均是該領(lǐng)域的學術(shù)權(quán)威,在該領(lǐng)域具有重要的學術(shù)地位和影響力。如陳政清教授,中國工程院院士,985工程首席科學家,橋梁結(jié)構(gòu)與風工程專家;鄭皆連教授,中國工程院院士,橋梁設(shè)計施工專家;錢七虎教授,中國工程院院士,防護與地下工程專家;吳志強教授,中國工程院院士,城市規(guī)劃與建設(shè)專家;等等。而參與寫作的主要作者都是活躍在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)科研、教育和工程的一線人員,承擔過重大工程建設(shè)項目或國家級重大科研項目,他們主要來自中鐵隧道局集團有限公司、中交隧道工程局有限公司、中鐵十四局集團有限公司、中交第一公路工程局有限公司、青島地鐵集團有限公司、上海城建集團、中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司、陸軍研究院工程設(shè)計研究所、招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司、天津城建集團有限公司、浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院、江蘇交通科學研究院有限公司、同濟大學、河海大學、西南交通大學、湖南大學、山東大學等。各位專家在承擔繁重的工程建設(shè)和科研教學任務(wù)之余,奉獻了自己的智慧、學識和汗水,為我國的工程技術(shù)進步做出了貢獻,在此謹代表叢書總編委對各位的辛勞表示衷心的感謝和敬意。
當前,不僅國內(nèi)的各項基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)方興未艾,在一帶一路倡議下,我國在海外的重大工程項目建設(shè)也正蓬勃發(fā)展,對高水平工程科技的需求日益迫切。相信系列叢書的出版能為我國重大工程建設(shè)的開展和創(chuàng)新科技的進步提供一定的助力。
2017年12月,于上海
第1章緒論1
1.1隧道突涌水監(jiān)測預(yù)警作用和意義/1
1.2隧道突涌水災(zāi)害研究現(xiàn)狀與存在的問題/3
1.2.1隧道突涌水地質(zhì)特征方面/4
1.2.2隧道突涌水前兆信息方面/9
1.2.3隧道突涌水監(jiān)測預(yù)警方面/12
1.2.4存在的問題/13
1.3發(fā)展趨勢/14
第2章隧道突涌水地質(zhì)模式與前兆信息16
2.1防突結(jié)構(gòu)破壞模式與特征/16
2.1.1隔水巖體漸進破壞突涌水特征/21
2.1.2充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)突涌水特征/24
2.2災(zāi)害源地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式/27
2.2.1無補給型靜儲量含水致災(zāi)構(gòu)造/29
2.2.2強補給型動儲量含水致災(zāi)構(gòu)造/29
2.2.3弱補給型靜動儲量含水致災(zāi)構(gòu)造/30
2.3隧道突涌水災(zāi)害施工前兆信息/31
2.3.1地質(zhì)前兆信息/31
2.3.2地球物理場前兆信息/34
第3章隔水巖體漸進破壞突涌水前兆信息演化規(guī)律42
3.1隔水巖體漸進破壞突涌水模擬試驗系統(tǒng)/42
3.1.1總體設(shè)計思路/42
3.1.2伸縮組合式試驗臺架/44
3.1.3真三軸加載與控制系統(tǒng)/46
3.1.4多元信息實時監(jiān)測方法/52
3.2水力耦合巖體漸進破壞模擬試驗/54
3.2.1模擬工程概況/54
3.2.2流固耦合相似材料/56
3.2.3試驗思路與設(shè)計/60
3.2.4試驗方法與實施/61
3.3隔水巖體漸進破壞突涌水前兆信息演化規(guī)律/64
3.3.1突涌水災(zāi)變過程分析/64
3.3.2巖體破壞突涌水應(yīng)力場演化/65
3.3.3巖體破壞突涌水位移場演化/66
3.3.4巖體破壞突涌水滲流場演化/68
3.3.5多元信息融合分析與敏感性辨識/69
第4章充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)突涌水前兆信息演化規(guī)律71
4.1充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)突涌水模型試驗系統(tǒng)/71
4.1.1總體設(shè)計思路/71
4.1.2旋式可視試驗系統(tǒng)/73
4.1.3水壓加載與實時監(jiān)測系統(tǒng)/74
4.2充填體滲透破壞突涌水演化模擬試驗/75
4.2.1模擬工程概況/75
4.2.2試驗相似材料/77
4.2.3試驗設(shè)計與實施/81
4.3充填體滲透破壞突涌水前兆多元信息演化規(guī)律/82
4.3.1災(zāi)變過程水砂涌出量演化規(guī)律/82
4.3.2充填體孔隙率演化規(guī)律/83
4.3.3充填體滲透特性演化規(guī)律/84
4.3.4多元信息融合與臨界特征點識別/86
第5章隧道突涌水災(zāi)害實時監(jiān)測的物理基礎(chǔ)與設(shè)計方法88
5.1防突結(jié)構(gòu)破壞突涌水/88
5.1.1隔水巖體破壞突涌水過程與物理量變化特征/88
5.1.2充填結(jié)構(gòu)滲透失穩(wěn)過程與物理量變化特征/95
5.1.3防突結(jié)構(gòu)破壞臨界特征點識別/97
5.2防突結(jié)構(gòu)巖體破壞演化性態(tài)判識方法/101
5.2.1巖體脆性材料變形破壞特征/101
5.2.2巖體彈塑脆性突變模型/102
5.2.3巖體破壞及前兆信息判據(jù)/104
5.2.4突涌水危險性預(yù)警判別準則/104
5.3隧道突涌水災(zāi)害監(jiān)測設(shè)計方法/106
5.3.1監(jiān)測設(shè)計與布設(shè)方法/106
5.3.2實時監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)/109
5.3.3多源異構(gòu)信息采集方法/110
5.3.4遠距離并行長傳輸模式/114
第6章突涌水前兆多元信息融合與預(yù)測方法119
6.1突涌水過程信息演化與模式判定/119
6.1.1突涌水多元信息演化過程/119
6.1.2多元信息敏感性識別方法/121
6.1.3突涌水模式判定模型/126
6.2突涌水過程多元信息融合分析方法/127
6.2.1證據(jù)理論與信息融合方法/127
6.2.2突涌水信息融合分析模型/129
6.2.3模型檢驗與算例驗證/131
6.3隧道突涌水態(tài)勢動態(tài)預(yù)測方法/132
6.3.1突涌水態(tài)勢預(yù)測模型/133
6.3.2態(tài)勢評估與實時修正/134
6.3.3突涌水演化態(tài)勢預(yù)測方法/136
第7章隧道突涌水災(zāi)害實時監(jiān)測與預(yù)警平臺139
7.1突涌水通道空間定位/139
7.1.1微震檢波器特性參數(shù)/139
7.1.2微震檢波器設(shè)計指標/142
7.2信息融合與實時預(yù)測軟件/143
7.2.1總體架構(gòu)與設(shè)計思想/143
7.2.2軟件功能與架構(gòu)設(shè)計/144
7.2.3信息數(shù)據(jù)庫及程序?qū)崿F(xiàn)/145
7.2.4軟件開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)/147
7.3TMIWS軟件系統(tǒng)及測試/150
7.3.1功能模塊應(yīng)用/150
7.3.2預(yù)警案例驗證/162
7.4監(jiān)測預(yù)警平臺/163
7.4.1突涌水等級與時空預(yù)警/164
7.4.2遠程監(jiān)控與預(yù)警平臺/165
第8章代表性工程應(yīng)用168
8.1成蘭鐵路躍龍門隧道/169
8.1.1工程概況/169
8.1.2實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)/169
8.1.3遠程融合預(yù)警機制/174
8.2利萬高速齊岳山隧道/175
8.2.1工程概況/175
8.2.2實時遠程監(jiān)控系統(tǒng)/176
8.2.3突涌水災(zāi)害綜合預(yù)警/178
8.2.4突涌水災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機制/180
參考文獻184