卵砾石层管推进工程超挖及卡钻对管材与土壤互制行为的影响研究

非明挖工法在都市施作时,常因困难地质(如卵砾石层)或障碍物而造成施工困难、工期延误或发生灾损。本文主要针对非明挖施工法里的管推进施工法(Pipe-jacking Method),探讨管推进工法施工时可能遭遇的困难,以及施工困难状况下之管材土体互制行为。探讨的施工困难包括超挖、挤压、卡钻等问题。本研究针对超挖范围、卡钻位置、阻力大小以及推进力施加位置等,以ABAQUS有限元素软件进行三维数值仿真,探讨直线推进施工中的问题。     

管推进工程管线与土壤互制行为之分析研究

本研究主要是针对非明挖工法中之管推进工法,以有限元素法来仿真分析管推进工程中的相关问题,并且加入了管材与土体表面之间的接触性质来探讨管推进工程中管材与土体的互制行为.本次数值分析包含了物理模型试验与曲线推进工程等两种数值分析模型.在物理模型的数值分析中,考虑开挖面超挖与挤压的两种状况,并且与实验量测数据做比较.而在曲线推进的数值分析中,则建立一般土层中在外侧土体地盘改良前后的两种情况来互相比较,观察改良前后推进过程中观察土体的应力分布情况和地表沉陷量变化,期能将结果回馈到真实的工程设计之上.     

U型盾构推进力的计算与应用分析

U型盾构采用移动式盾体进行基坑支护,推进力是设计与应用环节中的重要参数之一。为解决U型盾构推进力的设计问题,以岩土力学和结构力学理论为基础,分析U型盾构在推进过程中推进阻力的产生原因和组成部分,建立U型盾构推进阻力的分项模型,分别对U型盾构推进时的侧部岩土及附加载荷产生的阻力、前部推板的推进阻力、自重摩擦阻力、爬坡阻力、盾尾与管节的摩擦阻力进行理论模型推导,结合地勘及设计参数对各分项阻力进行计算,并对各部分的构成占比进行分析。在实际工程应用中,分别检测统计出2种工况下的总推进力数据,并与理论计算进行比对。结果显示在2种工况下,理论模型的计算数据和实际检测的数据基本相符,表明计算模型的正确性,其分析方法及结果可为类似项目设计提供参考。     

摩托车减震器阻力—速度特性曲线构成(1)

通过对产生阻力结构的分析,建立了复原、压缩行程的数学模型。对3种阻力一速度特性曲线的研究,依据努伯利流量连续定理,推导出阻力的基本公式。这些公式对研究阻力产生的结构,以及运动油的流向具有重要的意义。     

大断面类矩形顶管壳体土压及顶进阻力分析——以上海淞沪路—三门路下立交工程为例

为分析类矩形顶管机头的挤土效应,采用理论与数据分析相结合的方法,将上海淞沪路—三门路下立交大断面类矩形顶管工程中顶管机壳体土压力及顶进阻力监测结果与规范理论值进行对比,并引入经验计算系数。研究表明:1)按土柱理论和朗肯土压力理论计算的顶管机壳体土压力偏小; 2)顶进阻力与推进里程呈线性关系,斜率为单位长度管道外壁摩擦阻力,截距为顶管机迎面阻力; 3)《给水排水管道工程施工及验收规范》2008版和1997版中给出的顶管隧道单位长度管道外壁摩擦阻力计算方法均是以圆形截面为基准的,对于本工程的类矩形顶管隧道,2008版的计算结果较实际值小20%以上; 4)对于上海砂质粉土地层,控制土压力侧向系数建议取0.8。     

盾构下坡掘进对推进阻力的影响研究

以神华新街6°煤矿斜井盾构工程为背景,针对盾构下坡掘进工况,通过建立盾构上作用的水土压力载荷与坡度的数学关系模型,推导出推进阻力与坡度的数学公式。结合工程实例,计算水平掘进与6°下坡掘进各推进阻力值,并利用MATLAB软件绘制下坡掘进时推进阻力随坡度变化的曲线。结果表明:1)6°下坡掘进的总推进阻力相对于水平掘进仅减小了约8%,坡度小于13°时,可通过水平掘进时的推进阻力减去重力沿掘进轴线上的分量来近似求得,且偏差小于10%;2)总推进阻力会随坡角的不断增大而减小;3)当坡度大于50.4°后,盾构有自动向下滑移的趋势,刀盘将自动压紧开挖面,导致刀具自动嵌入开挖面,增加了启动扭矩与换刀的难度。     

拱北隧道曲线管幕顶管顶力参数取值研究

港珠澳大桥拱北隧道采用36根直径1.62 m、长255 m的曲线管幕作为超前支护穿越拱北口岸。为解决顶管顶力计算值与实测值之间的巨大差距，依托港珠澳大桥拱北隧道管幕工程，采用《规范》、Shimada、JMTA 3种公式对顶管顶力进行理论计算，同时对公式计算参数按来源分为管节参数、土层参数及经验参数3类。以《规范》公式为例，从经验参数选取是否合理的角度对顶力的计算进行了研究，并通过经验参数调整前后顶力计算值与实测值的对比，认为经验参数的调整是可行的，提出了经验参数取值优化的建议。     

铁寨子Ⅰ号隧道通风阻力系数模型试验研究

根据相似理论建立了铁寨子Ⅰ号隧道的通风阻力试验模型,介绍了该隧道通风模型试验系统的组成及其试验方法。通过模型试验,获得了铁寨子Ⅰ号隧道直线段在通风量为1m3/s时的通风阻力系数为0.030,并利用柯列勃洛克经验公式验证了该试验结果的正确性,为后续开展曲线类隧道通风阻力修正系数的试验研究奠定了基础。     

车用散热器空气流动阻力预测研究

首先建立了管片式散热器模型.根据不同空气质量速度,分别采用层流模型和κ-ε湍流模型对其空气流动阻力进行了数值模拟,模拟结果与试验数据最大相对误差为8.24%.在此基础上,对标准状态下管带式散热器进行了空气流动阻力预测模拟,分别拟合出空气流动阻力和阻力系数随空气流速而变化的曲线.最后提出阻力修正公式,可以用来近似获得不同环境温度下或相似结构散热器的空气流动阻力.     

以管幂工法施筑穿越高速公路路堤之浅覆盖车行涵洞设计及施工案例探讨

早期高速公路建设基于成本、工法技术考量,于许多路段采用路堤型式,随着都市蓬勃发展过程,路堤阻隔造成都市发展的障碍,尤其是交通不便,故穿越路堤的车行箱涵在都市发展过程中伴演关键性角色。本工程将辟建12 m(W)×3 m(H)×50 m(L)的双车道箱涵,经评估以管幂工法作为辅助工法最佳。本计划之涵洞工程将穿越国道高速公路,其交通流量大、施工安全管理要求严苛。配合前后道路衔接高程,管幂顶至路面之覆土厚度0.6～1.0 m,属浅覆盖施工,管幂施工难度高。在特殊施工条件下,管幂推管时对地表土壤之应力应变行为,经由数值模拟可初步研析。而对于高速公路路堤之影响除了要求施工质量及做好工地管理外,需配合自动监测系统以确保高速公路于施工期间之安全性。本工程于管幂施工阶段可能产生之高速公路路面沉陷量为1.1～2.0 cm,箱涵开挖阶段可能产生之沉陷量依工程经验推估为1.0～3.0 cm,整体来说当覆盖层厚度小于2倍推管直径时,沉陷量随着浅覆盖厚度之减少而增大。管幂工法于砾石层施工,其灌浆压力之控制对于高速公路路面变形影响甚大,尤其是当管幂推进出坑作业时,由于自由面解压,常造成灌浆渗漏及路堤路面变形。     

地下掘进之地盘——机械互制与可挖指标研探

地下机械式之掘削效率乃为进度、成本及品控之关键要因,一般工程思考皆多考虑工法与机型对应各类不同地层之"可挖性"作探讨,即针对地质材料选择适应之切削面盘,鲜能再对地盘——机械开挖互制行为作一"适确性"研析,而本研究先由微观之量纲分析及力学尺度探讨并建立指标,运用至巨观推力、扭矩之施工良窳、可挖性及正常施作或异况破坏之分析。机械式掘削接触地质与产生之互制行为相异性极大,故由地质破坏特征作为切削地盘材料之分类,藉此提供该广义式之探讨方针;其次在施工判准所建立之可挖指标上,使用量纲分析方法进行具代表力学行为之因子解析,作为建置指标的依据;再者,应用现场调查以资搜机械式开挖所量测的推进力系数值,进而佐证其适确性,最终完整研析机械式掘削开挖之行为与可挖性指标之应用。     

隧道火灾时机械通风模式对临界风速之影响研究

隧道内发生火灾时,若浓烟的扩散方向与人员逃生方向相同,则造成严重的伤亡。隧道火灾发生初期,可利用排烟风机产生大于临界风速(critical ventilation velocity)之强制通风气流,将浓烟吹往向设定之方向排出隧道,借以净空人员逃生路径,达到灾害防治之效果。已有很多学者探讨临界风速,但先前研究均设定排烟风机产生之气流"均匀"分布于隧道断面,然而实际隧道内排烟风机产生之气流"不均匀"分布于隧道断面,虽有相关规范强调离火源最近的风机不启动,以期吹进火源之通风气流接近均匀,但通风气流产生之效应仍未被完整了解,故本研究以实验及计算机模拟探讨实际隧道内排烟气流行为及对火源之影响。本研究以1∶20缩小尺度进行实验,利用油盘与两种不同火源,并设计3种排烟模式(全断面、上半断面及jet fan)及3种火源距离(距离出风口150,200,250 cm)探讨各种效应对临界风速之影响。实验发现,相同火源在全断面排烟模式所需临界风速低于jet fan排烟模式,这说明若以全断面实验所得之结果作为实际隧道排烟风机设计基准,将无法得到良好的控制浓烟流向效果。此外,上半断面及jet fan情形下通风气流与烟流有产生乱流之现象,将影响人员逃生。     

捷运工程近接施工案例探讨

随着台北捷运系统之陆续发展,不论是捷运系统的新建设或其他工程之兴建,近年来常遇到与既有或兴建中之捷运建设近接施工之状况。在计算机软件尚未发展成熟的时代,面对近接施工的课题,往往仅能藉由早期施工所累积的经验进行研析。而今,计算机运算效能日益提升,复杂的土壤结构互制行为已能藉由功能强大的商业软件加以模拟及分析。本文主要探讨近年来捷运工程4种不同类型之近接施工案例,在这些案例中,皆使用数值分析软件进行模拟,并藉由分析之结果研提相关因应措施,其中部分已施工完成之案例,将分析与现场监测结果进行比对,显示二者颇为接近,且保护措施亦达预期之功效。由此可知未来面对复杂之议题,采用数值分析软件进行模拟分析可获得合理之推估。期藉由这些案例初步探讨及研析结果,提供尔后类似案例之参考。     

台湾高速铁路隧道空气动力效应之量测

为了验证隧道空气动力效应之理论现象,并证实设计阶段之数值模拟成果及风压标准,乃选定台湾高速铁路之2座长隧道,于隧道内布设气压计配合不同的位置、几个特定的列车速度进行实地测试。量测结果显示:高速铁路列车所引致空气动力效应之现象,大体上与先前研究文献及规划时期数值模拟之成果一致,车头进入、出隧道时会引发一个明显升高之压缩波,列车通过后(车尾进出洞口时)由于空气动力拖曳气流而压力骤降至形成张力波。不论正压或负压峰值,在车速达到220～230 km/h时,便可达1.0 kPa;当车速接近300 km/h时,实测得之最大压力值约1.35 kPa;所有现地实测之压力峰值尚低于设计规范之标准值。     

超高压地下电缆潜盾隧道新技术之应用实例

随着社会经济高度发展,民众生活素质不断提高,电力建设为满足都市化及现代化的需求,超高压电缆隧道地下化为当前建设趋势。本文以台湾电力公司高港—五甲—高雄345 kV地下电缆线路凤林路段潜盾隧道统包工程为例,针对高地下水位、砂质土壤及砾石地层之工址地质特性,分别就潜盾发进施工安全考量、大口径潜盾隧道急曲线施工等经验进行说明,并介绍首度采用可挠伸缩接头衔接电缆隧道与分歧井案例,可有效降低接头处之应力并解决不同结构间之差异沉陷问题。     

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

车辆阻挡效应对隧道火场燃烧及烟流之影响研究

近期国际曾发生多起重大隧道火灾灾难,隧道火灾安全议题已获得全球普便之重视。目前学术界与工程界多采用缩小尺寸实验或数值模拟方法对隧道火场环境进行研究与探讨。然不论实验或计算机模拟最重要的关键为能否充分地反应出实际隧道之火场情境,方能获致合理且有意义之研究成果。检视现今之隧道火害研究,可发现几乎所有的相关研究皆仅简化地假设火场上游无车辆回堵现象,此有违火场上游应发生车辆回堵之实际隧道火灾情境,因此将无法合理地模拟火场上游车辆阻挡风机气流对火场燃烧及烟流所造成之影响。针对此项尚待厘清之议题,本研究首先执行缩小尺寸实验,以均匀风速施加于隧道横断面模拟风机作动所产生之气流,探讨隧道塞车情境对火场燃烧所造成之影响。复执行全尺寸纵流式排烟模式(轴流风机)隧道火灾情境计算机数值模拟,针对火场上游是否有车辆回堵、回堵车体尺寸、火源与回堵车体距离等变因对火场燃烧、温度及烟流所造成之影响进行探讨。研究结果发现火场环境及烟流将受有、无车辆回堵、回堵车体大小及火源与车体距离等因素而有不同程度之影响。     

异向性岩石之裂缝传播分析

为分析异向性岩体之断裂力学性质,以异向性线弹性理论配合材料基本解(Green’s Function)、边界积分方程式及裂缝尖端模式为理论基础,借以Fortran语言撰写成BEM分析程序,其可成功的分析等向性及异向性材料之裂缝尖端应力强度因子等相关问题。为检验数值分析结果之可靠度,并与异向性岩石实验之结果进行比对,其分析之比较结果非常吻合,且可成功地求得混合模态载重下多裂缝尖端之应力强度因子。并藉最大张应力理论求解初始开裂角度进而模拟裂缝传播路径,发现其裂缝传播路径亦受材料异向性程度不同及裂缝的几何形式而有显著的影响。     

利用多时序遥测影像于台湾苏花公路隧道工程规划之研究

隧道工程是一项艰巨且复杂的工程,由于工程结构往往位处山区或临海地区,工程周围的地质及植生环境容易影响隧道工程的稳定性,而基本的环境资讯是工程建设的基本工具。本研究利用近十年之遥测影像分析台湾苏花海岸隧道工程周围之环境,分析苏花路廊工程沿线之植生环境及海岸变迁对工程之影响,从分析结果发现,有7个路段之工程可能受到海岸侵蚀之影响;而植生也在十年内有剧烈的变化,这与地下水及涌泉条件可能有直接之关系,透过遥测技术能辅助,相关的研究分析则可作为工程施工之重要参考。