建筑与土木工程学术前言讲座读书报告.docx
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建筑与土木工程学术前言讲座读书报告
硕士研究生课程论文
（或读书报告）
课程名称：
前言讲座读书报告
题目：
前言讲座读书报告
题目类型：
课程论文
学院：
土木建筑学院
专业名称：
建筑与土木工程
姓名：
明文
学号：
xxxxx
任课教师：
xxxxx
授课时间：
2016年12月4日～2017年1月8日
提交时间：
2017年1月8日
摘要
本文主要根据老师上课讲的ppt,和自己上课笔记提炼一些学术前沿的知识。
主要内容有土层锚固技术、巷道TBM法施工技术、研究生研究方法以及自己的心得体会。
土层锚固技术介绍了土内撑开式伞形土锚和充气锚以及它们的构造和相关工作原理；巷道TBM法施工技术介绍了TBM的发展历史和国内外应用现状以及简单的施工流程；研究生研究方法介绍了论文写作流程和注意事项，如何利用我校图书馆电子资源和一些论文数据处理技巧以及答辩技巧。
关键词：
土层锚固技术；巷道TBM法施工技术；研究生研究方法
ABSTRACT
Thispaperismainlybasedontheteachersaidtheclassppt,andownclassnotestoextractsomeofthecutting-edgeknowledgeofscienceandtechnology.Themaincontentsaresoilanchoringtechnology,roadwayTBMconstructiontechnology,graduateresearchmethodsandtheirownfeelingsandexperiences.Soilanchoringtechnologyisintroducedinthispaper,andthestructureandrelatedworkingprincipleofthesoil-anchoredumbrella-shapedsoilanchorandinflatableanchorareintroduced.TheconstructiontechnologyofTBMinroadwayintroducesthedevelopmenthistoryofTBM,thepresentapplicationsituationathomeandabroadandthesimpleconstructionprocess;Thispaperintroducesthewritingprocessandprecautionsofthethesis,andhowtousetheelectronicresourcesofthelibraryandsomedataprocessingtechniquesandreplytechniques.
Keywords:
soilanchoringtechnology;roadwayTBMconstructiontechnology;postgraduateresearchmethods
目录
摘要I
ABSTRACTI
一、土层锚固技术1
1、土层描杆的特点2
2、关于土层锚杆技术前沿3
二、巷道TBM法施工技术8
1、隧道掘进机法基本概念8
2、掘进机法施工技术要求11
三、研究生研究方法14
1、查阅文献14
2、选题15
3、科研软件19
四、心得体会21
参考文献22
一、土层锚固技术
土层锚杆是指在深基础土壁未开挖的土层内钻孔，达到一定深度后，在孔内放入钢筋、钢管、钢丝束、钢绞线等材料，灌入泥浆或化学浆液，使其与土层结合成为抗拉（拔）力强的锚杆。
锚杆端部与护壁桩联结，防止土壁坍塌或滑坡。
1、土层描杆的特点
在土体内部的钻孔中，将土体与钢筋（或钢铰线）用水泥砂浆粘联在一起，作为一个整体的挡土结构，称之为锚杆。
它是由锚固体和受拉杆体两部分组成，通过设埋在土体中的锚杆，将上体和结构物紧密地粘联在一起，依靠锚杆和土体的抗剪强度传递结构物的拉力，使结构物和土体保持稳定性。
相对传统的结构物保持稳定性的方法来说，岩土锚杆技术具有许多鲜明的优点：
1.把锚杆和钢筋焊接在一起，形成了分布式铰接连续板结构形。
式，该结构具有足够的柔性维持土体在允许的范围内变形，各节点能够自行调节力的大小，从而改善土体的应力状态，有利于结构体的稳定性。
2.土层锚杆支护技术的特点为基坑边开挖边支护，立即提供支护抗力，边开挖边支护保证了工作的持续性，及时支护阻止土体的进一步扰动和微剪切滑移的发生，不会改变土体原位结构，将结构物和土体形成一个共同工作的体系。
3.锚杆的作用部位、结构参数、方向、密度和施工时机可根据需要方便地设定和调整，具有很大的灵活性和可调性，根据地质情况的变化及监测结果，可随时调整支护参数，能以最优的方案，达到最佳支护效果。
4.锚杆支护随基坑开挖分层施工，不需要单独占用施工场地和作业时间，施工效率高，特别是对于处于建筑群中的基坑支护，其优越性就更加明显。
5.由于锚杆结构用材少，能明显地节约工程材料，使土地利用率大大提高，经济效益非常显著。
6.锚杆施土技术具有噪声低，费用低，污染小，工期短等特点，对预防、整治滑坡、边坡加固、道路抢修等地质灾害具有良好的功效，有利于保障人民生命财产的安全。
2、关于土层锚杆技术前沿
1.土内撑开式伞形土锚
上层锚杆技术是岩土锚固的重要内容,在我国基坑支护,边坡防护等工程中应用非常广泛,取得了很好的锚固效果,为我国的建设事业做出了巨大贡献。
目前,天然土层中的锚杆多以灌浆锚杆为主,在土质条件较好的土层中应用情况较好,但在土质条件差的土层中,由于土体的抗剪强度低,压缩性大,往往导致锚杆承载力不足,变形过大,这给土层锚杆的应用带来一定的限制。
但随着许多新型锚固结构的产生,在土质较差的土层中,锚杆的应用逐渐增多。
其中,扩大头锚杆就是倍受人们推崇的锚固结构。
扩大头锚杆改变了锚杆抗拔力的提供方式,山传统的摩阻力变为依靠土体对扩大头的端承力,大大提高了锚杆的抗拔力。
土内撑开式伞形土锚,是近年来提出的一种扩大头土锚结构,具有构造简单,施工容易,承载力高,能快速锚固等优点。
但其相关理论还不够完善。
图1.1伞形土锚
图1.2伞形土锚锚头及撑开工具
图1.3撑开伞形土锚
图1.4撑开后示意图
2.充气锚
2.1充气锚的构造
不锈钢薄板气囊的构造：
不锈钢薄板气囊主要由不锈钢薄板焊接而成
囊外板构造：
由两块花纹板焊接而成
顶进工具：
采用叉形顶进工具将囊外板顶进土层，囊外板留在土层，顶进工具退回。
不锈钢薄板气囊的锚固与回收
气囊及囊外板由非开挖钻机顶入土层；气囊充气膨胀、张拉钢绞线锚固土体；工程结束后，气囊放气，回收气囊、囊外板及钢绞线。
图1.5充气锚气囊
图1.6充气锚锚头
2.2气囊充气锚工作原理
1.不锈钢薄板气囊充气，气囊从扁平状逐渐变化为枕头。
，
2.挤压土体至临塑状态
3.作用气囊的土压力由静止土压力提高到临塑压力
4.土压力的提高，引起摩阻力提高，从而提高锚固力。
2.3充气锚两侧土体位移实验研究
试验目的：
测量不同注水压力下气囊内入水量，推算囊外板位移。
图1.7注水加压测位移系统示意图
1-压力表2-不锈钢管3-快阀4-调节阀门5-溢流阀6-小流量高压水泵7-计量水槽8-电子秤9-不锈钢进气管10-气囊11-囊外板
测得不同注水压力下的注水量，绘制出p-V曲线；
换算得到注水压力与囊外板位移之间关系，绘制出p-S曲线。
1.在0-0.1Mpa这个区间段，曲线变化很小；注水后气囊扩张，孔壁外土压力逐渐达到静止土压力。
2.在0.1-0.4Mpa区间段，注水量与注水体积呈线性关系，直线很缓，斜率较小。
气囊对土体挤压明显；土体处于极限弹性状态。
3.在0.4-0.6Mpa区间段，曲线很陡，斜率较大。
在0.4-0.6Mpa区间膨胀，注水量急剧增大。
图1.8注水净压力与囊外板位移之间关系曲线
2.4不同充气压力下的拉拔力实验研究
充气净压力分别为180kPa、240kPa、320kPa、400kPa拉拔力实验。
得到的拉拔力及位移曲线。
图1.9相当于1倍土压力作用下的PS曲线
充气土锚，作用在囊外板上的土压力从静止土压力提高到临塑压力，压力提高4倍，拉拔力提高4倍。
二、巷道TBM法施工技术
1、隧道掘进机法基本概念
广义含义：
全断面隧道掘进机。
掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。
狭义含义：
全断面隧道掘进机分为两种，在中国，将用于岩石地层的称为TBM，用于软土地层的称为盾构机。
相对于盾构机，TBM因其对设备的可靠性和长寿命要求极高，被称为工程机械的“航空母舰”和“掘进机之王”。
1、TBM发展历史简介
隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）是一种用机械破碎岩石、出碴与支护实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。
1818年英国布鲁诺（Brunei）受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。
1846年意大利人Maus发明隧道掘赴机循构）。
1851年美国人查理士·威尔逊研制出下日M试用于花岗岩掘进未获成功。
1881年波敌特开发出压缩空气式TBM,成功用于英吉利海峡隧道直径2.1m的勘探导坑。
美国罗宾斯（Robbins）公司1952年研制出第一台软岩TBM,1956年又成功研制中硬岩TBM.
2、国内外应用概况
TBM施工法始于二十世纪三十年代，限于机械技术水平，其应用实例甚少。
五六十年代随着机械工业与掘进机技术水平的不断提高发展铆决。
迄今为止，世界上采用TBM施工的隧道超过1000座，总长度超过4000km，以逐步成为长大隧道修建的主要施工方法之一。
1.国外典型应用—英吉利海峡隧道
由两条外径8.6m单线铁路隧道与邝条外径5.6m辅助隧道组成。
全长48.5km,海底段长37.5km,陇道最深处在海平面下100m，全部采用TBM施工。
英国侧6台，岸边段3台海屁段3台（单向推进21.2km）。
法国侧5台，岸边段2台海底段3台。
最深处需承受10atm水压力，平均月进尺1000m/月。
隧道建成标志着TBM施工技术的最高水平，也是融合英、美、法、德等国TBM施工技术于一体的最高成就。
2.国内应用
国内TBM研发制造始于二十世纪六十年代中期，共生产10余台直径2.5-5.8m的TBM，先后用于下列水电与煤矿并巷工程。
国产机型月均进尺20-300m,累计总掘进长度12km。
1.云南西泪河水电站引水隧道
2引弈入津新王庄隧道陡河电站的引水隧道
3.引大入秦总干渠38号隧道
4.北京落坡岭水电工程
5.贵州猫跳河水电站引水隧道
6.福建龙门滩引水隧道
7.江西萍乡、山西怀仁、山西古交、云南羊场煤矿
8.甘肃引大入秦水磨沟输水隧道[直径5.54m；11649m；Robbins双护盾TBM；最高月进尺1300.8m/月]
9.引黄入晋总干6、7、8号与南干4、5、6、7号隧道（Robbins双护盾TBM，总长122km，最高月进尺1637m/月，日掘进113m/月）
10.辽宁大伙房引水工程（全长85.32km,3台直径8.0m开敞式）
11.新疆大阪输水隧道工程（全长30.68km，德国海瑞克双护盾TBM）
12.青海引大济湟总干渠工程（德国Wirth双护盾TBM，直径5.93m，全长19.94km）13.西康铁路秦岭1线隧道（掘进5.621km,直径8.8m开敞式TBM）
14.西安南京铁路桃花铺1号隧道（掘进7.23km，机型同上）
15.西安南京铁路磨沟岭陇道（掘进6.11km，机型同上）
16.南疆铁路吐库二线中天山隧道（机型同上）
17.兰渝铁路西秦岭隧道（直径10.23mRobbins开敞式TBM）
3、TBM分类
1.开敞式TBM:
配置钢拱架安装器与喷锚等辅助设备。
常用于硬岩，采取有效支护手段后也可应用于软岩隧道。
2.双护盾TBM:
适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。
单护盾TBM;常用于劣质地层。
单护盾TBM推进时利用管片作支撑，其原理封以于盾构。
与双护盾TBM相比，掘进与安装管片不能同时进行。
微型TBM:
0.25-3.00m中型TBM:
3.0-8.0m巨型TBM:
大于8.0m
4.TBM基本构造
TBM由破岩机构、推进机构、岩破装运机构、导向调向、通风装置等几部分组成。
1.破岩机构：
滚刀或削刀在强大轴推力的作用下旋转，切削与剪切破碎岩石。
2.推进机构：
主支撑鞋顶撑洞壁以支承和推进机身。
副支撑鞋控制振动与方向。
3.出碴机构：
破岩形成的片状石碴.由安装在刀盘上的铲碴斗铲起。
铲斗旋转到顶部卸入集料斗，经皮带机装车运出洞外。
4.导向及调向机构：
导向机构是用来指示和校核掘进机推进的方向。
使其保证符合设计的轴线和坡度的要求。
5.通风及吸尘装置
掘进机工作时将产生大且的热，与粉尘。
故对通风、降尘要求较高.一般在刀盘头部安装有吸尘设备和喷水装议.掘进时连续喷水降尘.机房内专设通风降温设备。
4.TBM破岩方式与原理
TBM破岩方式主要有:
挤压式与切削式
1.挤压式主要是通过水平推进油缸使刀盘上的滚刀强行压入岩体，并在刀盘旋转推进过程中联合挤压与剪切作用破碎岩体。
滚刀类型：
圆盘型、楔齿形价球齿型
2.切削式主要利用岩石抗弯、抗剪强度低《仅为抗压强度的5-10%）的特点，靠铣削（即剪切）与弯断破碎岩体。
在两种破岩方式总的破岩体积中，大部分并不是由刀具直接切割下来的，而是由后进刀具剪切破碎的，先形成破碎沟或切削槽是先决条件。
3.圆盘型滚刀破岩原理
回盘型滚刀工作压力50-200kn，岩体表面在刀尖强集中力作用下破碎而被切入，并形成切入坑。
随着滚刀滚动，在岩面上形成一条条的破碎沟，破碎沟之间岩石受滚刀侧刃挤压力的作用而剪切破碎。
4.楔齿型与球齿型滚刀破岩原理
最初由楔齿尖端在滚刀转动情况下产生切向张力破坏岩石的表面，切入深度为λ。
然后由齿尖的楔入继续引起剪切破坏，楔入深度为h。
由于各齿环的齿节是不同的，因此加大了楔齿的破岩效果。
球齿型滚到的破岩原理与楔齿型滚到相同，适用于硬岩掘进。
5.削刀破岩原理
削刀在挤压力PV和切割力PH作用下，首先在到尖处形成切碎区，随着刀具的回转运动形成剪力破碎区，削刀继续回转即在岩壁上留下环状切削槽，两槽之间的岩石在削刀侧向挤压力R的作用下而剪切破坏。
5.TBM选用
1.整条隧道地质情况均差时采用单护眉TBM。
2.良好地质条件中则采用开敞式TBM。
3.双护盾T日M常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，对各种不良地质与岩石强度变化有较好适应性。
2、掘进机法施工技术要求
1.基本原则
TBM掘进断面大可达10m以上，小仅为1.8m。
由于TBM与辅助施工技术日臻完善以及现代高科技成果（液压新技术、电子技术与材料科学技术等）的应用大大提高了TBM对各种困难条件的适应性，因此简单从开挖可能性来考虑TBM的适用范围是不全面的。
判定依据如下：
1）隧道围岩的抗压强度、裂缝状态、涌水状态等岩性条件
2）机械构造、TBM直径等机械条件;
3）隧道断面、长度、位置状况、地址条件等。
图2.1TBM工法选用流程
2.工程地质条件
主要调查影响TBM使用的地质条件。
1）影响TBM选用的地质因素
①隧道地压，是否存在塑性地压。
指标:
围岩强度比（软岩）;围岩抗剪强度比（似砂土软岩）。
围岩强度比：
断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等肠胀性岩层掘进困难。
②涌水状态：
涌水范围、大小与压力会都工作面崩塌与承载力低下，应慎用。
α＜2挤出性一膨胀性围岩
2＜α＜4轻微挤出性一地压大的围岩
4＜α＜10地压大一有地压的围岩
α＞10几乎无地压的围岩
2）影响TBM效率的地质因素
①岩石强度。
开挖难易一般用抗压强度来判定刀具消耗应考虑岩石中石英粒范围、大小与抗拉强度等判断。
②岩层裂隙。
岩层节理、层理、片理对开挖效率影响极大裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大也能进行较为有效的开挖。
③岩石硬度。
一般地，对于q<100MPa的岩层，其石英含量较多、粒径较大，刀具磨耗很大。
④破碎带等恶劣条件。
在破碎带、风化带等难于自稳的困难条件下进行机械开挖，均需采取辅助施工方法配合施工。
特别是在有涌水的条件下更为困难，拱顶崩塌、机体下沉外应用概况
3.TBM适用范围
1.一般只适用于圆形断面隧道，只有铁削滚筒式掘进机可在软岩中掘进非圆形断面隧道。
2.开挖隧道直径1.8-12m之间，以直径3-6m最为成熟。
3.一次性连续开挖长度不宜短于1km，也不宜长于10km,以3-8km最佳.
4.适用于中硬岩层，岩石单轴抗压强度介于20-250MPa,尤以50-100MPa最佳。
5.地质条件对TBM掘进效率影响很大。
在良好岩层中月进尺可达500-600m.。
而在破碎岩层中只有1000m左右，在塌陷、涌水、暗河地段甚至需停机处理。
6.选用TBM开挖隧道应尽量避开复杂不良岩层.
4.机械条件
TBM不仅受地质条件约束。
还受到开挖直径、开挖机构的约束。
在硬岩中开挖大直径隧道很是困难。
日本实例的最大直径仅为5m左右。
目前TBM多数是单轴回转式。
若开挖直径越大，刀头内周与外周的周差速越大，将对刀头产生种种不良影响。
随着开挖直径的增大，需要增大推力。
支撑靴也要增大.将导致运输困难与承载力问题。
5.开挖长度
TBM进场需经历运输、组装等过程。
根据其直径与型式、运输途径、组装基地状况等不同，需准备1之2个月。
TBM后续设备长100-200m。
为正规地进行掘进也需先筑一段长200m左右的隧道。
隧道长度小于1000m时.其运行成本急剧增大。
达3000m左右时的成本大致是一定的。
国外在断面10-30M2、长1000km以上的隧道开挖，优先考虑采用TBM施工。
最佳开挖长度为3000km以上，短隧道镇用。
6.工程所在地的道路设施
TBM的运输与组装要求注意工程所在地的基础设施条件。
搬运计划应考虑道路宽度、高度与重量等限制，根据组装条件充分调查运输时的分割方法（即最小分割尺寸与重量）。
TBM一般在工厂试组装、试运输后分割。
分割重量约为35t,断面3.5x3.5m左右。
TBM施工电耗较高，约为同规模其他工法施工的双车道隧道的15倍，规划时应充分考心。
7.TBM选用应考虑的条件
1.工程规模:
隧道形状、长度、直径、埋深、走向。
2.地质情况:
岩石类型与强度、节理分布与发育程度、断层、暗河、溶洞、地下水分布、已有地表建筑、河流等。
3.基础设施：
交通运输能力、水电来源、进出洞口场地。
4.施工进度与企业能力（制造维修、经济、施工管理与习惯）。
三、研究生研究方法
主要内容包括：
查阅文献、选题、科研软件、学位论文
1、查阅文献
查阅文献是研究生开始课题前必不可少的步骤，无论课题的选题、研究思路都必须查阅国内外相关文献，所查文献的质量有时直接关系到课题的进展的顺利与否，因此每个研究生必须充分认识到查阅文献的必要性和重要性。
泛读30-50篇同领域研究文章，精读３-５篇以上的综述文章，精读10篇以上的同方向研究文章。
查找文献的第一步就是要确定检索词，检索词要拟好中英文两种；
“顺藤摸瓜”：
在找到一篇具有较大指导意义的文献后，根据该文献的参考文献，继续寻找该领域的文献资料；维普、CNKI、万方等中文数据库，ScienceDirect、Springlinker”等外文数据库通过网络免费资源查找文献（外文、报告、讲义），Google，Bing。
确定研究方向和方法:
1.做研究之前，必须想清楚：
结果能不能发表？
发表在哪里？
等等。
2.先把文章框架写好，空出数据，等做完实验填完空就可以发了。
3.在未搞清“自己研究与同类研究有何出色之处”之前，不要着急动手做。
4.继续去看文献，去想。
5.先看文献！
要知道如何把文章架构建立起来、要知道别人是如何讨论的、要知道自己的数据是不是说明了与别人不同的东西或别人没有做过的东西。
这个过程就是阅读文献及思考的过程，这些搞清楚了，写就简单了。
6.若是不阅读文献直接研究，可能：
做完发现别人已做过，或无法用理论来解释。
2、选题
1、选题原则
创新性与先进性：
科研劳动的特点就是创新理论创新、方法创新、集成创新、应用创新。
科学性：
假设和思路要符合客观规律。
实用性与必要性：
研究完成后的意义和价值。
可行性：
理论上的可行和适当必须的条件：
必要的工作基础、研究条件、合适的工作量等。
2、如何选题：
导师指定的课题——导师通常会给定一个研究题目和一些资料，或要求你做某某问题，这至少给了主要范围和认知点。
等于已经把科学问题告诉你了，下来要做的事情就是要你具体去做，做什么？
如何做？
等等。
一般导师课题分为纵向课题、横向课题和自选课题。
纵向课题——国家自然基金、省市基金等课题中某关键点的展开和深化。
该课题的申请书中已经包括了拟解决的关键问题、创新点、技术路线等等，也就是要你按申请书的思路将问题解决好。
横向课题——这一类课题表面看起来是一个工程应用的罗列，其实，问题一深入展开，一片新天地就展现在你面前，有时会令你倍感兴奋和迷茫。
兴奋的是问题曙光已经展露，迷茫的是天地如此之宽阔、如此之多的不确定和未知而无从着手。
因此需要将其中存在的疑难或未解决的理论与方法等，将其提取出来的，升华为理论、方法及实验研究。
3、选题步骤：
与导师协商大方向；大范围调研；总结进展；提出问题；分析课题的的科学意义并修正课题（问题）；必要时进行前期的预备研究（小实验，熟悉实验材料）；再次修正课题；撰写开题报告；进行开题。
4、开题报告
4.1、开题报告需反映的要点:
通过立题背景的介绍反映自己掌握知识的深度和广度。
课题设计合理:
目标明确,思路清晰,内容合适,方法可行。
审查已做的原始资料。
完成全部实验的可行性分析。
开题报告的表达能力。
幻灯制作:
规范,清晰,正确,有序。
使用的资料要引出出处。
4.2.开题报告内容:
国内外研究现状；本课题的提出及研究意义；参考文献；
研究方案
研究目标；研究内容及方法；拟解决之关键问题；研究方法、技术路线；创新之处；研究计划、预期进展；预期结果。
论文立论依据
包括国内外研究现状分析、研究意义、参考文献综述
研究现状：
对选题所涉及领域与选题密切相关研究的方方面面内容现状，包括：
选题及紧密相关的知识点的国内外学术前沿、进展程度、发展趋势、同行研究的新动向等认真加以阐述。
侧重在三方面展开阐述：
1.理论—该理论主要内容的基本描述、主要组成点，即精髓部分的扼要表述；理论成功应用典范来源论文的要点；
2.研究方法—现有与选题密切相关的问题解决方案及其技术思路、建模方法、计算方法等；
3.实验方法—现有与选题密切相关的问题所进行的实验方法、方案、实验效果等。
通过此三方面的描述，突出所选课题当前
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