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基于GIS的隧道开挖引起临近地下管线损害评价与防护决策系统研究

作 者: 张月珍
导 师: 于广明
学 校: 青岛理工大学
专 业: 岩土工程
关键词: 隧道施工 地下管线 GIS 损害评价 防护决策
分类号: TU990.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


城市地下空间的开发和利用是当今世界现代化城市建设的发展趋势,也是城市建设实现可持续发展的必由之路。随着我国经济的飞速发展,城市地下空间建设也蓬勃发展起来,与之同步进行的地下工程施工扰动对环境的影响也日趋严重,城市地下工程中以隧道开挖对环境扰动最为典型。城市隧道施工不可避免会对周围岩土体产生扰动,进而对邻近的建筑物(构筑物)及地下管线产生影响,严重时会危及建筑物(构筑物)及地下管线的安全。研究城市隧道开挖引起的岩土体变形及对邻近地下管线的影响,对于保证已有设施的安全和正常使用具有重要意义。本文以隧道开挖引起岩土体移动变形研究为出发点,系统研究隧道开挖引起的岩土体移动变形对地下管线的影响,以GIS地理信息系统软件为平台,以管线的损害评价防护决策为主要研究内容,全面深入进行研究,旨在为隧道开挖期间地下管线的防灾、减灾提供理论基础与技术路线,主要的研究内容包括:1.概要介绍了岩土体移动变形的几个特征,分别对地表下沉、水平位移分布、地表倾斜变形、水平变形和地表曲率变形分布曲线的特征进行分析;2.讨论了隧道开挖引起的岩土体移动变形对周围地下管线的影响及损害机理,分别归纳了岩土体移动变形中以地表下沉、地表隆起、地表倾斜、地表曲率和地表水平变形五种形式存在的变形对地下管线的影响;3.介绍地表移动变形的预测方法,主要包括解析法、数值模拟法、土工离心模拟试验法、弹性地基梁分析法和工程类比法;4.隧道开挖具有很强的空间效应。本文用沉陷仿真计算软件对地道开挖采用浅埋暗挖法施工方法下的上覆岩土体的下沉值进行了详细的计算,得出地道周围土体各点的下沉量,根据等值线图来确定开挖扰动的影响范围,并根据等值线图计算管线各点处离散下沉数值;5.以往的研究工作中多是针对管线受荷载影响下,对其内力的评定。本文区别于大多数研究工作者的思路,着重研究了管线受变形影响引起的应力应变问题,应用有限元分析软件ANSYS计算分析隧道开挖对周围土体及邻近管线的影响;6.基于GIS平台开发了地下管线损害评价和防护决策系统,根据相关规范和标准关于地下管线的应力应变限定值建立决策标准数据库,进而在实际工程中进行管线损害评价和防护决策,实现了地下开挖引起地下管线损害的数字化管理,为现代化管线“防灾”和“减灾”提供了重要技术支持。研究成果可以进一步充实变形控制设计,提高设计的可靠性和安全性,进而减少隧道开挖所造成的事故。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章 绪论  12-23
  1.1 问题的提出及研究意义  12-16
  1.2 国内外关于地下开挖对临近地下管线的影响研究现状  16-18
  1.3 国内外城市地下管网中GIS系统的应用及研发现状  18-20
  1.4 本文的研究路线与主要内容  20-23
    1.4.1 本文的研究路线  20-21
    1.4.2 本文的主要研究内容  21-23
第2章 地下管线损害评价的相关基础理论  23-45
  2.1 隧道开挖引起的土体变形特征  23-28
  2.2 土体变形对地下管线的作用机理及损害  28-34
    2.2.1 作用机理  28-32
    2.2.2 土体变形对地下管线的影响  32-34
  2.3 地下管线变形预测方法  34-38
  2.4 ANSYS简介  38-39
    2.4.1 ANSYS概述  38
    2.4.2 ANSYS评价管线的变形的优越性  38-39
  2.5 GIS系统简介  39-43
    2.5.1 GIS简介  39-41
    2.5.2 GIS系统的主要功能  41-42
    2.5.3 GIS能回答和解决的问题  42-43
  2.6 基于 GIS评价地下管线损害的优越性  43
  2.7 本章小结  43-45
第3章 地下管线的GIS损害评价与防护决策系统设计  45-61
  3.1 数据库的组成及系统功能  45-47
    3.1.1 数据库组成  45-46
    3.1.2 系统功能  46-47
  3.2 系统总体设计  47-48
    3.2.1 系统目标  47
    3.2.2 系统设计的基本原则  47-48
    3.2.3 系统运行环境  48
  3.3 系统总体框架和流程图  48-49
  3.4 数据库设计  49-53
  3.5 系统的基本界面与功能模块简介  53-60
    3.5.1 菜单设计  54-56
    3.5.2 数据管理模块  56-57
    3.5.3 沉陷预计模块  57-59
    3.5.4 损害评价模块  59-60
    3.5.5 防护决策模块  60
  3.6 本章小结  60-61
第4章 地下管线的GIS损害评价和防护决策系统应用实例  61-85
  4.1 工程概况  62-65
    4.1.1 工程地质和水文地质条件  62-64
    4.1.2 周围环境  64
    4.1.3 地道主体尺寸  64-65
  4.2 建立基础数据库  65-69
    4.2.1 地下管线基本信息录入  65-69
    4.2.2 图形信息输入  69
  4.3 地表变形数据预计  69-72
  4.4 地下管线损害评价分析  72-82
    4.4.1 基本假定及说明  73
    4.4.2 地下管线的有限元模型  73-75
    4.4.3 程序设计  75-77
    4.4.4 单元类型的选择  77
    4.4.5 计算条件  77-78
    4.4.6 计算参数  78
    4.4.7 施加的变形量及工况  78-79
    4.4.8 计算成果分析  79-81
    4.4.9 评价数据库的建立  81-82
    4.4.10 损害程度评价  82
  4.5 防护决策分析  82-84
  4.6 本章小结  84-85
第5章 结论与展望  85-88
  5.1 本文的主要结论  85-86
  5.2 开展进一步研究工作的思考  86-88
参考文献  88-93
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  93-94
攻读硕士学位期间参加的科研项目  94-95
致谢  95

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 管线工程
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