地表建筑物（通用10篇）
地表建筑物 篇1
(一) 引言
煤炭是当今社会的主要能源之一, 人们对煤炭能源的需求量越来越大, 随之而来的就是因为开采所引起的问题也越来越严重。地下开采引起的地层移动、地表变形, 将影响地表的生态环境及其构筑物或其它设施的安全使用。
在我国, 采矿活动引起的地面变形问题十分突出, “三下”开采直接危害着地面的建筑与设施, 主要表现在:塌陷区建 (构) 筑物损坏;道路、桥涵、铁路、上下水管线、堤坝、供电设施和通讯线路等受到破坏;大面积耕地受到破坏;土壤质量下降, 土壤中生物的生存条件变坏, 生物量减少, 最终破坏土壤生产力;山地滑坡及环境污染等, 生态及经济损失巨大。根据统计资料, 我国因开采煤炭所造成的地面塌陷面积已达40.2万hm2, 而且还在以每年667hm2的速度递增。而建下开采对地表建筑物产生的影响也越来越受到人们的关注。
(二) 地表变形对地面建筑物的影响
地下采矿对地表的影响主要有垂直方向和水平方向的移动、变形。大致可分为以下几种情况。
1. 地表下沉的影响
一般来说, 当建筑物所处地表出现均匀下沉时, 建筑物和构筑物中不会产生附加应力, 而对建筑物本身不会产生破坏, 但是由于整体下沉, 主要管路的坡度会发生变化, 特别是由于地表下沉使潜水位相对上升, 造成建筑物长期积水或过度潮湿, 影响建筑物的强度, 影响建筑物的使用。
2. 地表倾斜的影响
地表倾斜后, 建筑物随之歪斜, 重心偏移, 而且承重结构内部将产生附加应力, 基础的承压也会发生变化, 影响其稳定性。特别是基础底面积小而高度大的建筑物, 如水塔、烟囱、高压线铁塔等, 对于由地表倾斜带来的影响比较敏感, 必须进行强度和稳定性的核算。
3. 地表曲率的影响
由于曲率的出现, 使地表产生突起或凹陷的曲面, 建筑物的基础底面出现悬空状态, 如果建筑物强度和刚度小, 或因地基结实, 建筑物基础不能压入地基, 则房屋将出现裂缝, 以至遭到破坏。
4. 地表水平变形的影响
地表的水平变形通过建筑物的底面和侧面, 使建筑物受到附加的拉伸和压缩应力。建筑物抗压强度较抗拉强度大, 地表压缩变形较小时, 建筑物一般不出现破坏现象, 但是, 如果地表压缩变形较大, 则可能使建筑物的墙体受到挤压而破坏而一般建筑物对抗拉伸变形的能力小, 在较小的拉伸变形作用下, 建筑物的薄弱部位 (如门窗附近) 就会出现裂缝。
由于建下开采对地面建筑及设施产生损害的国内外实例很多。例如, 我国抚顺矿区特厚煤层开采, 给车辆厂、石油一厂、发电厂、挖掘机厂等造成不同程度的损害, 甚至停产或被迫移址;本溪矿区职工医院, 受采动危害, 墙体严重开裂, 不能正常就诊;学校楼房受采动影响, 使学生不能上课;德国因开采影响造成铁轨悬空, 引起房屋毁坏;波兰巴库依钢铁公司, 由于地下采煤, 尽管采取了积极的防护措施, 仍造成了天车轨道两端竖向高差达620mm之多。地面建筑物、道路、管线等基础设施的改建或维修耗费大量的人力、物力和财力, 若地面变形严重, 甚至要搬迁村庄, 更是一种极大的损耗。
(三) 建筑物的保护
1. 建筑物保护等级
建筑物的变形是由于地表变形传递给建筑物的基础而引起的, 建筑物变形与地表变形的关系与建筑物基础的材料、长度、宽度、荷载以及地基性质、建筑物平面形状、上部结构的刚度等因素有关, 因此地表变形与建筑物变形并不完全一致。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设及压煤开采规程》对于小于20m的砖混结构房屋, 按不同的地表变形值分为四级见表1。
2. 开采措施保护
在建筑物下采煤时, 当预计的地表变形超过建筑物能承受的变形时, 应从开采方面采取合适的技术措施, 以减少地表变形值。主要措施有:
(1) 采用充填采煤法, 减少地表的下沉。其减少程度取决于充填方法和充填材料。常用的充填方法有水砂充填和风力充填。
(2) 使用条带开采法, 将煤层划分为条带, 相间地采出一个条带, 保留一个条带 (保留煤柱) , 用保留煤柱支撑顶板及上覆岩层, 以减少地表下沉和变形值。这种方法要求合理确定采宽和保留煤柱宽度, 留宽过大, 采出率低, 留宽过小, 矿柱容易遭受破坏, 而且地面可能出现不均匀沉降, 对建筑物不利。
(3) 还要采取一定措施防止地表突然下沉。开采急倾斜煤层时, 在煤层露头处应留设足够的煤柱, 以防止突然塌陷。在采煤方法上, 应尽量采用长走向小阶段间歇式采煤法。避免使用沿倾斜方向依次暴露较大空间的落垛式或倒台阶采煤法, 并严禁落垛式无限制地放煤。当顶板坚硬不易冒落时, 应采取人工强制放顶或采用充填法处理采空区;在缓倾斜或倾斜煤层浅部开采时, 应尽量采用倾斜分层长壁式采煤法, 并适当减少第一、第二分层的开采厚度。在进行建筑物下采矿前, 需要查明建筑物下方是否有老窑、废巷、岩溶、老井等空硐, 检查它们的填实程度。如果这些空硐未填实而充满积水, 应采用灌浆等方法将空硐填满, 排除积水, 防止开采疏干老空积水疏降岩溶含水层水位而造成地表突然塌陷。
3. 建筑物加固保护措施
在进行建筑物下开采之前, 先根据地质、采矿条件作地表移动或变形预测, 根据预测的变形值大小评定建筑物破坏程度, 如果只采取开采技术措施, 还不能避免地表变形对建筑物的破坏, 或者采取开采技术措施在技术经济上不合理时, 而需对建筑物采取地面加固保护措施。一般原则是:
(1) 预计建筑物将受到I级破坏时, 一般不需要采取加固保护措施, 甚至不需要采取全面维修的措施, 而只需要进行局部维修。
(2) 预计建筑物将受到II级破坏时, 一般只需要采取简单的加固保护措施。例如, 挖补尝沟、设置钢拉杆、钢筋混凝土圈梁、废钢丝绳圈梁和对长建筑物增设变形缝等。
(3) 预计建筑物将受到III级破坏时, 应采取中等加固保护措施, 即除上述简单加固保护措施外, 还应增设基础应力梁 (包括纵、横向梁及斜梁) 、钢筋混凝土柱等, 并可采取一定的开采技术措施, 以减轻开采影响对建筑物的损害。
(4) 预计建筑物将受到IV级破坏时, 应采取专门加固保护措施, 即除上述中等加固保护措施外, 还应增设基础应力板等。同时, 应采取旨在减小地表移动和变形的开采技术措施。
(5) 每次开采前和地表移动稳定后, 均需对建筑物、构筑物和设施及时进行修理和调整。
(6) 对于地下管网, 除采用临时性地面管网外, 也可对其采取适当加固保护措施。例如, 管接头处设置柔性接头或补偿器、增设附加阀门、建立环形管网、修筑管沟等。
(7) 在技术和施工条件许可时, 建筑物和构筑物应尽量选用静定结构体系, 并采用柔性大的轻质屋面材料, 房屋基础部位设置滑动层。
(8) 对于设备和结构物, 甚至房屋建筑物, 在技术可能经济合理的情况下, 可采用调平、抬起等方法, 以消除因采动引起的建筑物和构筑物及设备的歪斜。
(9) 对于农村单层和两层砖石建筑物, 一般可采取圈梁、构造柱加固, 同时将建筑物长度控制在20m以内。
(四) 结论
建下开采引起的地面建筑物受损问题越来越受到人们的普遍关注, 因此, 必须采取有效的预防和控制措施, 解决资源的合理开发与环境保护协调发展的问题, 减小对地表环境的危害, 真正体现矿业城市的可持续发展。
参考文献
[1]段丽丽.林南仓矿业公司建下开采地表沉陷预测分析[D].河北理工大学, 2007.
[2]段丽丽, 朱明.矿区地面沉降的危害及其防治[J].河北理工学院学报, 2007, 29 (1) .
地表建筑物 篇2
各位领导、同志们：
根据会议安排，我代表马陵山镇党委、政府就地表水厂有关征地拆迁工作作表态发言。不妥之处，请批评指正。
地表水厂工程属省重点工程，途径我镇11.7公里，沿
途涉及到五个行政村，需拆迁房屋218户，搬迁人口689人，涉及战线最长、村组最多、任务最重。我们将一如既往、全力配合市委、市政府完成工作任务。
一、加强领导，责任到位。针对地表水厂的拆迁工作，我们专门成立了重点工程领导小组，做到主要领导亲自抓，分管领导具体抓，落实一批业务精、协调能力强、善于做一线群众思想工作的干部，集中时间、集中精力、善始善终投入一线拆迁工作，并把具体的任务落实到有拆迁任务的每个村、每一户，做到任务明确、时间明确、人员明确。
二、强化教育，宣传到位。充分利用各种宣传途径，大张旗鼓地宣传社会发展形势，宣传地表水厂建设的重要意义，广泛宣传有关拆迁补偿政策和法律法规，做好耐心细致的思想教育和解释说服工作，给群众讲清道理。号召全体村民遵纪守法，密切配合，确保地表水厂建设有一个良好的施工环境。
三、强化意识，服务到位。在拆迁工作中，我们将把为民利民宗旨贯穿于拆迁安置工作的全过程，大力提倡服务意识，在拆迁时政策宣传到位，在征地拆迁后服务更到位，引导拆迁户顺利过渡、平安过渡。对于家庭特别困难的拆迁户，要竭尽全力去帮助他们，尽量做到群众满意、业主满意、施工单位满意。
各位领导，同志们，我们一定会从讲政治、讲大局的高度出发，进一步统一思想，提高认识，把地表水厂的拆迁工作作为当前工作的重中之重，加强领导，精心组织，全力抓好各项工作任务的落实，让上级放心，让群众满意。
地表建筑物 篇3
【关键词】采空塌陷区；防治；地表建筑；影响分析
part of the formation rock mined-out area of structural damage， the analysis of the main characteristics of the destruction， change of surface movement， and its influence on the superstructure， and the treatment and utilization of coal mined area and construct surface buildings， some suggestions and ideas for the coal mining enterprises of "under three" mining has a strong guiding role.
【Key words】Mining subsidence area；Prevention；Surface Buildings；Impact analysis
1. 当前我国煤炭行业采矿塌陷现状分析
1.1我国煤炭采矿塌陷现状分析。我国是世界上产煤最多的国家，探明煤炭储量3326.4×109t左右。与此同时，我国也是世界上因采煤塌陷面积最大的国家之一。根据典型调查和书面问卷调查，研究人员测算出我国采空区平均塌陷系数为0.24（公顷/万吨），测算直接损失系数为1～1.5（元/吨），仅2015年我国新增采空塌陷面积就高达1.3万公顷，直接经济损失约达10亿元以上。而我国目前因采空塌陷造成的经济损失累计已近600亿元。就山东省而言，作为我国煤炭产量较大的省份，根据今后的煤炭开发规划，省国土资源厅预计，全省每年将新增采煤塌陷地约5万亩，采空塌陷灾害也较为严重。
1.2采矿塌陷对地表建筑影响研究的意义。随着市场经济不断发展，城市化建设范围越来越大，受采空塌陷区的影响，导致土地资源紧迫，为使其得到有效利用，我国筹建在矿藏采空区内建设各种建筑物。而这些区域由于煤矿开采，导致内部岩体活化，稳定应力平衡性较弱，周围岩体出现移动、变形等情况，从而导致其岩体上层地表发生变化，地表建筑物受到影响，使之受到破坏。有关研究提出：通过对建筑物重量的影响深度和煤矿采空区中冒落带具体发育高度研究分析，来决定采空区总体稳定性及建筑物安全性。
1.3煤炭开采塌陷区的形成机理及其影响。从原理上看，当地下采煤层被采出之后，采空区的顶板岩层在自身的重力和其上覆盖岩层的压力作用下，产生向下的弯曲和移动。当顶板岩层内部所形成的拉张应力超过该岩层层抗拉强度极限时，直接层板发生破碎和断裂并相继冒落，接着上覆岩层相继向下弯曲、移动进而发生断裂和离层。随着采煤工作面向前推进，受到采动影响的岩层也不断扩大。当采煤层开采扩大到一定时，在地表就会形成一个比采空区大得多的近似椭圆形的塌陷盆地。此外，因矿区占用农田，使当地耕地减少，农民就在25°以上陡坡耕作，从而加剧矿区水土流失。
1.4从表现形式来看，受煤层赋存条件和自然地理位置以及开采技术等因素的影响，地表沉陷呈现出不同的破环特征，主要可分为以下四种基本类型：
（1）形成地表下沉盆地。煤矿地下煤层采出后，顶板岩层开始断裂、冒落，形成冒落带。冒落带上部岩层也随后断裂，使上部岩层发生弯曲。当影响到地表以后，地表就会从原有标高下沉，在采空区上方形成一个比采空区面积大的洼地。在下沉盆地形成的过程中，地表原有形态均发生不同程度变化，主要是出现坡度，高低以及水平位置的变化，其对耕地的影响主要是产生坡地，积水和凹凸不平等直接造成耕地退化，并且严重的破坏了地表道路，管道、沟渠以及建筑物的正常状态，影响人们的正常生产和生活活动。
（2）产生裂缝及台阶。在开采缓倾斜煤层时，在移动盆地的外边缘区，由于受水平拉伸变形，地表可能出现裂缝，裂缝的发生及其宽度、深度与表土的塑粘性大小及表土受到的拉伸变形大小密切相关。塑性大的粘性土，一般在地表拉伸变形值超过6～10mm/M时才发生裂缝；塑性小的砂质粘土，粘土质砂或岩石，但地表拉伸变形达到2～3mm/M时，就发生裂缝。地表裂缝破坏了土地的连续性和自然特性，引起已发展成为地表耕层土壤水肥下移的通道，给土地耕种带来了困难，加剧了水土流失。
（3）造成山体滑坡。在山地矿区，这种局域性大位移的土地破坏经常发生。因地下开采引起岩层移动变形，导致山体因失去稳定性，从而在弱面形成滑移，最终造成山体滑坡。山体滑坡造成的危害极大，不但直接破坏山地资源，还因其压占而破坏其周围的土地的资源，且引起突发性强，很难预测预防。
（4）出现塌陷坑。对于开采厚煤层的煤矿，大面积的采空区地面下沉就会形成塌陷坑式破坏，就会大幅度地改变原有地形地貌，由于受积水、侵蚀等影响，导致耕地资源易耕性大跌，难以直接有效利用。塌陷坑多出现在极倾斜煤层开采的地区，但在浅部缓倾斜或倾斜煤层开采时，地表亦可能出现漏斗状塌陷坑。这种不规范椭圆形或矩形塌陷坑多发生于小型煤矿采空区上方，塌陷坑按其形状可分为漏斗状塌陷坑和槽形塌陷坑两种形式，地表漏斗使地表腐殖土溃入井下或流失，破坏了土地的营养成分。常对地表建筑物产生破坏性影响。
2. 煤矿采空塌陷区地表建筑物的影响分析及对策
（1）采空区塌陷对地表建筑物的影响与危害。采空区塌陷，必须会加剧地表建筑物基础和上部结构的变形破坏。一方面，地基变形是造成建筑物损坏、倾斜和事故的重要原因，由于增加了上部载荷，地基承载力和可能产生的沉降变形随着采空塌陷区的逐步形成将不断减弱。另一方面，当上部结构和基础的整体刚度及强度不能适应地基变形时，上部结构就遭致裂损，甚至出现建筑物整体倒塌、人员伤亡等严重后果。
（2）地表建筑防范采空区塌陷危害的应对措施。消除采空区塌陷对地表建筑的危害，一是必须要改良软弱地基上的工程特性。一般的常用处理方法较多，大体可采用挖除软弱地基，人工增大土的密度，减少孔隙水压力加速固结等方式，加强地表建筑物基础和上部结构的抗变形能力。二是必须采用合适的结构形式。在其相同的条件下，上部结构连同基础的整体刚度愈大，建筑物的差异沉降就越小。选择结构形式是，对于由于地基变形引起的结构物的整体或局部稳定问题必须引起重视。三是对采空塌陷区内的建筑物自建设施工开始至运营期间，应按规范规定进行变形监测。煤矿场地内的建筑物自施工及使用过程中，应做好相应的变形监测工作。而变形监测中最为常用的就是GPS和全站仪，作为最为先进的测量设备，具有设站灵活、速度快及精度高的特点，并可提供三维位置信息，可满足建筑物对变形监测的要求。同时还应按照相关规范来进行变形监测，并根据文件中的规范来操作。四是必须抓好源头治理，加强采煤塌陷区整治，从根本上消除危险源。
3. 采煤塌陷区整治原则与实施目标
（1）明确采煤塌陷区整治原则。抓好采空塌陷区的治理，应坚持“因地制宜，量力而行，典型引路，先易后难，综合治理，科技先行”的原则。一是要做到因地制宜。采空塌陷区的治理应和经济发展、城市建设相结合、宜林则林，宜草则草，宜水则水，适当发展建筑性用地，以缓解城市用地紧张状况。二是做到典型引路。成功的经验可以在采区相同类型的采空塌陷区进行推广应用，先易后难，由浅入深。三是要做到科技先行。充分发挥科技人员的作用，广泛开展采空塌陷区综合治理技术研究，是采空塌陷区治理工作更加规范化、科学化。
（2）明确采煤塌陷区实施目标。目标管理是煤矿采空塌陷区治理的有效方法。实施采空塌陷区整治，应采取远期目标与近期目标相结合，近期目标是基础，远期目标是方向，重点放在近期实施的重大整治工程上。首先，是近期目标。采空塌陷区近期整治目标是选择条件较成熟，且已具备进行整治条件的采空塌陷区作为整治的重点。其次，是远期目标。采空塌陷区远期整治目标的重点应放在新选和新造的排矸、排灰场的治理上，并结合地下开采程序进行有计划的整治、规划设计，以最小的投资取得最佳的经济效益、生态环境效益和社会效益。
4. 采煤塌陷区的治理和利用方法
（1）塌陷坑填堵。一般用于塌陷坑较浅小时的处理。当陷坑内有基岩出露时，首先在坑内填入块石、碎石做成反滤层，或采用地下岩石爆破回填，然后上覆粘土夯实。陷坑内未出露基石，塌陷坑危害较小时，可回填块石或用粘土直接回填夯实。
（2）塌陷坑跨越。是用于塌陷坑较大，而回填又困难的陷坑的处理方法。一般以梁板跨越，两端支承在可靠的岩、土体上，每边支承长度不小于1.0～1.5米。
（3）地表强夯法。通常的强夯法是把10～20吨的夯锤起吊到一定高度（L～40米），然后让其自由落下，造成较大的冲击对土体强力夯实。
（4）充填灌注法。把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土洞或洞穴充填物、填充岩溶洞隙、拦截地下水流、加固建筑物地基。
（5）深基础柱基。对一些深度较大，同时跨越结构又无能为力的塌陷坑，通常是采用柱基，将荷载传递到基岩上。
（6）控制抽排水强度。由于抽排水使地下水位下降，常常造成地面塌陷，矿山井下强排疏干时，影响就更显著。因此，合理地控制抽排水的强度，是减少塌陷产生的一个重要途径。
我国是一个耕地资源十分紧缺的国家。抓好煤矿采煤塌陷区的治理和利用，是节约土地资源的有效途径，具有很大推广价值和发展前景，必须要坚持科学规划、系统推进的原则，综合施策方可取得良好实效。
参考文献
[1]中华人民共和国国家统计局统计年鉴.2006中国统计年鉴[M].中国统计出版社，2006.
[2]陈忠华.采煤塌陷70万公顷国土[J].瞭望，2004（47）：30～31.
[3]《国土资源管理理论与实践》编委会.国土资源管理理论与实践[M].北京：中国大地出版社，2003.
[4]郝举，蔡齐.论我国矿产资源所有权[J].中国矿业，2006（9）：1～4.
[5]沈克宁.建筑现象学理论概述[J].建筑师，1996.
地表建筑物 篇4
1.1 对地面原有建筑结构的现况调研
对有可能受波及范围内 (原则上以车站为中线100米左右、以区间隧道为中线60米左右, 在此范围内, 具体情况具体分析) 的建筑结构进行调研, 准确无误地掌握建筑结构与地铁施工项目之间的位置关系、潜在的相互影响情况, 调研包括建筑结构所处地段地质报告 (必要时需进行地质补充勘测) 、建筑结构建筑时间以及建筑结构的形式 (施工图纸、历次加固改造资料) 等数据。
1.2 建筑结构评定
根据调研数据, 评估建筑结构工程施工的安全风险, 分析预测建筑结构的抗冲击能力, 依此判断施工时建筑结构可能出现的危险情况及程度 (包括对建筑结构自身对工程作业的反向影响) 。评定包括地表沉降 (水平位移) 估算、建筑结构基础沉降 (水平位移) 估算、建筑结构抗冲击能力估算等。
2 加强工程施工管理控制, 保护地面已有建筑结构
2.1 制定控制标准
根据建筑结构性质及结构形式、安全风险评估结论、相关技术标准规范、设计施工方案、国内外相似工程施工经验等, 制定适宜的地面沉降 (水平位移) 控制标准, 对于地面沉降控制取值, 国内的标准一般为30毫米, 但具体制订地面沉降控制取值时, 应各自计算出建筑结构沉降值的下限、地层沉降值的下限, 选择两者中最小的沉降值下限作为最终的控制标准值。通常, 按沉降 (水平位移) 值、沉降 (水平位移) 速率、差异沉降等各维度制定控制标准。
2.2 加强测量监控
工程施工过程中, 需要注重测量、定时按时测量, 用以评估工程施工对建筑结构的影响变化, 及时反馈建筑结构变化情况, 预报存在的安全隐患。测量内容应包括沉降值 (水平位移值) 测量、沉降速率 (平移速率) 测量、沉降差异测量、应力测量、建筑结构倾斜度测量、爆破振动测量等。在测量过程中, 对测量项目的监测值可采用黄色警报值 (达到取极限值的6O%) 、橙色警报值 (达到取极限值的8O%) 、红色警报值 (达到极限值) 三个等级进行监控, 极限值指工程施工过程中所能到达的最大沉降 (或水平位移、差异沉降) 控制值, 超过这个值, 建筑结构即将发生破坏。通过监控测量变化, 及时发现安全隐患并联合相关部门采取相应措施。
2.3 车站基坑工程施工
车站基坑工程施工往往会对邻近的建筑结构产生很严重影响 (尤其是离基坑2～4米范围内) , 因而, 一般重点控制三个方面的措施: (1) 改良设计方案, 对车站周围环境充分调查, 进行针对性设计, 力求避开高风险建筑结构 (如变更车站位置、改变车站功能区布置控制车站功能区大小等) 、改变车站围护结构形式 (如围护结构机械转孔桩时, 可通过增加桩孔数、减少桩长度来防止基坑挖掘时引起地下水流失导致沉降) 等; (2) 基坑开挖以前, 先用旋喷桩进行维护结构施工, 提高土体强度, 对基坑和附近建筑结构进行, 土体隔离, 从而降低地铁本身结构改变, 达到降低对周围建筑结构产生影响的目的: (3) 对会受到影响建筑结构进行桩基加固。
2.4 区间隧道施工
(1) 考虑改良方案, 规避高危建筑结构, 如更改线路, 或加大深埋隧道等; (2) 通过工程施工过程中的一系列方法保证已有建筑结构的安全。大体分为洞内加固措施、洞外加固措施两种 (城市中施工时, 受周遭的建筑结构、空间场所、地下水管网布局的限制, 往往运用洞内加固措施为主、洞外加固措施为辅的方式。) :洞内加固措施:为有效保护好地上已有建筑结构安全, 在选择盾构法施工时就应不选择矿山法, 盾构法施工时, 引起地面隆起或沉降的主要原因如下: (1) 掘进对土体的挤压; (2) 土体受扰动后的固结, 施工过程中要严格控制好盾构施工各项技术参数 (推进力、推进速度、正面土压、同步注浆量、压力等等) , 减少土体扰动, 在穿越邻近建筑结构地段前, 要调整好盾构姿态减少穿越时纠偏次数和纠偏量, 并保证一次穿越 (中途不换刀) , 最大限度减少土层扰动, 在地质薄弱地段, 必要时考虑对土体进行加固;矿山法施工时, 要遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的施工原则, 特别是要注意适时进行洞内断面注浆、初支回填注浆等。洞外措施:主要有地面加固、隔离桩、桩基托换、建筑结构自身加固等:对拟穿越的邻近建筑结构周围土体 (或桩间土体) 进行加固注浆 (如袖阀管注浆、树根桩等) , 这样可大大提高土体固结度和密实度, 增加建筑结构自身承载能力和抗变形能力。
3 建立降低风险制度, 转移风险, 间接保护已有建筑结构
3.1 建立降低风险制度
降低风险制度分为安全事故防范制度、抢险制度、突发事件应急处理制度、保险规避制度等, 在各种制度的结合下, 保障顺利施工, 最大限度的保护地面已有建筑结构安全, 避免或降低各方经济损失。
3.2 转移风险, 间接保护已有建筑
必须完善保险规避制度, 通过健全的制度、机制的运用转移风险, 减少损失。工程施工前对可能影响的范围内的建筑结构进行安全等级鉴定, 收集全动工前房屋等建筑的有关基础信息, 工程施工过程中按时做好记录 (包括影像、图片、施工日志等) , 一旦发生事故, 立刻通知保险公司到现场进行认定, 进入保险流程, 对各方责任进行合理问责, 对受损建筑结构进行维护修补、甚至重建, 尽力弥补, 降低损失。
小结
综上所诉, 避免或降低地铁施工对附近地面已有建筑结构的影响对城市发展具有重大意义, 保全建筑结构, 要认真做到设计、施工、管理环环相扣, 一丝不苟, 任何一个微小细节都不松懈, 相关部门机构都保持高度警觉, 预防危险出现, 为控制造价、节约投入, 促进我国城市地铁工程的良性发展做出应尽的一份贡献。
参考文献
[1]王善勇, 唐春安, 王述红, 等.地铁开挖对地基沉降影响的数值分析[J].东北大学学报, 2012, 23 (9) :887-890.
[2]施成华, 彭立敏, 刘宝琛, 等.浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响.岩石力学与工程学报[J], 2011, 23 (19) :3310-3316.
《神女》：浮出历史地表 篇5
【关键词】自我拯救生存困境男人女人
一、女人：生存困境中的自我拯救
在父权社会里，妇女总是依附男性，这注定了女人只能承担意义，而无法创造意义，正如恩格斯所指出的：“母权制的被推翻，乃是女性的具有世界历史意义的失败。”女人从此丧失了创造意义的能力和维系这一能力的社会土壤，尤其是在缺失了男人的庇护之后，便只能陷入受苦、遭劫、蒙耻的悲剧命运。无法埋没，在这样的社会中依然存在这么一些女性：与生俱来的要承受的性别的压迫，天生就陷进了被男人挟制的尴尬境地。但是，她们还是选择了与苦难命运的抗争。因为她们肩负重任。心有追求，骨子里存有刚烈，不愿自甘堕落。更不愿自我毁灭。没有男人拯救，便自己学着自主独立，试着自我拯救，就算这其中要承受最切肤、最刺骨的伤痛，甚至付出与生命同值的代价。《神女》中的阮嫂便是个最为典型的例子。她就是一个在困境中致力于自我拯救的女人。虽然无时无刻都面临困境。但她并没有因此而自甘堕落，自我毁灭，而是一次次同困境顽强地抗争，力图求得自我拯救。阮嫂身处于20世纪30年代的旧中国，那本就是一个急需被拯救的非人的社会：外敌入侵、经济凋敞、民不聊生、内忧外患。正如影片当中所呈现的：无序流动的人群、漫无表情的面孔、凶恶的警察、蛮横的流氓、伫立街头的妓女、为生计奔忙的人力车夫、闪着寒光的柏油路面、破烂的商店橱窗，在一片水深火热之中。处在社会最底层的妇女阶层，她们几乎都无从选择地要遭受被奴役、被蹂躏、被侮辱、被损害的悲惨命运。而挣扎在城市生存边缘为生计而被迫过着皮肉生涯的妓女们，当是社会最底层中的最底层，她们被迫承受着世间最深、最大的苦难，正如《神女》编导吴永刚指出的：“她们被人蹂躏，被人唾弃。被那些流氓鸨妇们当作榨取金钱的工具。过着非人的生活。”
阮嫂就是这样一个不幸的女人。作为单身母亲，她不仅要自食其力，还要抚养孩子。想做女工，但工厂关了门，到处是失业的工人：想做女佣，但必须得有“保人”。无奈，只有去从事最卑贱的职业——靠出卖肉体换取金钱。作为一个妓女，她只能是一个全然的被动者，任人摆布。因为这是她的工作，她要靠这工作挣得她和孩子所必需的生活物质资料，解决她所面临的经济困境。但是她却因此而付出了巨大的代价。因为她“在自己的劳动中，不是肯定自己，而是否定自己。不是感到幸福，而是感到不幸。不是自由地发挥自己的体力和智力，而是使自己的肉体受折磨、精神遭摧残。”因此。阮嫂试图摆脱经济困境的“自我拯救”因为自己的身心伤害而最终归于失败。影片开头，某一夜，当阮嫂照旧在街头寻找嫖客时遇上了巡夜的警察。为躲避警察，她慌乱之中躲进了一间没有上锁的屋内。这样，她避开了警察。却又陷入了另一个罗网：那屋里住着流氓恶霸章老大，章老大蛮横地向她索取报酬——留下陪他过夜。此时的阮嫂呈现出“刚离狼群。又入虎口”的极度无奈，虽自知逃不脱章老大的魔掌，但仍旧反抗了：她强作镇静。与章老大周旋。她装出一副很老于世道的样子，满不在乎地扭着腰走过去。一屁股坐在桌子上，翘起二郎腿让章老大给她点烟，以期震住对方不让自己吃亏。面临绝境。阮嫂以一种冒险性的抗争试图自我拯救。但却仍是失败了。自从那晚以后，章老大便吃定了阮嫂，他不仅强行占有阮嫂，还尽情挥霍阮嫂靠皮肉生涯换得的钱。面对着这样一种处境，阮嫂并非是沉默的，她仍然反抗：为了使自己赚来的钱尽可能保住而不被章老大掠去，她绞尽脑汁把钱偷偷地藏到破墙洞里：为了得到永久的安宁，她选择和孩子一起“消失”。不料，只过了几天平静日子的阮嫂母子还是被章老大找到了，章老大以卖掉小宝威胁她就范，她愤而抗拒。但是为了能保住孩子，最后只能忍辱答应了章老大的要求。困境接连不断。反抗一再受挫。阮嫂自我拯救的努力总是归于失败。影片中那个巧用蒙太奇拍摄的胯下镜头正好揭示了这一点：当阮嫂再次落入章老大之手时，画面的前景是章老大叉立的两条粗腿，透过这个“人”字型的影象，画面的后景则是手抱儿子蹲伏在地上的阮嫂。向上张望时的表情惊恐而愤懑。这种人字形构图本身造成一种强烈的压迫感，在表层含义上突出了恶势力的强大和善良者的弱小。在深层含义上突出了阮嫂母子“人下人”的悲惨处境。吴永刚说：“镜头通过这样的处理。就把流氓的欺侮、社会的逼迫，以及妇女走投无路的悲惨境遇表现得比较充分。”
身处于一个黑暗到底的社会，遭受着一种悲惨的际遇，但她没有因此沉沦；屡屡受难，屡屡反抗，而又屡屡失败，但她却没有倒下。原因在于，她生命中有儿子小宝的存在。对阮嫂来说。小宝不仅是她生命唯一的寄托、唯一的意义。而且是潜藏于她内心深处的最真的自我。可以说，她在重重困境中的自我拯救说到底就是对小宝的拯救。影片中，几经周折，阮嫂如愿以偿地将小宝送进小学，她每天接送小宝上学放学，陪他做作业。小宝聪明伶俐，把自己每天学到的东西教给阮嫂。两人一起做体操，念课文，小屋里充满了从未有过的生气，这里呈现的是一副近乎天堂式的母子同乐图。正如影片中的一段解说字幕所说的：“每当孩子回家向她讲述学校生活时，她的心灵得到了莫大的安慰，脸上露出了难得的光彩。”阮嫂在孩子的成长进步中感受到无限的幸福与快乐——这也是阮嫂在苦难的现实生活中有且仅有的幸福与快乐。而当这仅有的幸福与快乐也被毁灭时，她又选择了反抗。面对小宝被学校开除的境地，阮嫂先是真诚坦言：“为了要吃饭。不要脸地活着，都是为了这个孩子，他就是我的命。”后又向校长义正言辞地作出反问：“我虽是下贱女人，不过我做了这孩子的母亲，难道我要他学好都不允许吗?我的孩子为什么不配读书?”这话喊出了她压抑许久的对不公社会的一种异常深沉异常强烈的控诉。影片结尾，当得知章老大偷走了她为小宝读书上学而出卖肉体所得的全部积蓄拿去赌博时，她气愤至极，不顾一切地拿起酒瓶朝章老大的后脑狠命砸去。章老大死了，而她也因此要忍受十二年漫长牢狱生活的煎熬，忍受与小宝长年分离的锥心刺骨之痛。
阮嫂的挣扎不仅仅是一种生存的挣扎，更是一种灵魂的挣扎。而当连痛苦的“两重生活”都难以继续时，她只有选择反抗——自我拯救式的反抗，尽管这种反抗会使她坠入另一种灵与肉的灾难，她也义无返顾，因
为在这种反抗里，她才实现了一个母亲的价值。
二、男人：“在场的缺席”与“缺席的在场”
阮嫂的悲剧在一定程度上缘于在她周围的现实社会中理想男性的匮乏。在这部影片中。除理想男性以外。直接或间接呈现的其他男性都是一无是处的，也正是因为他们的堕落、懦弱、无能与失职而抛弃、伤害或无助于女主人公。才使女主人公在父权社会缺乏真正的庇护而陷入苦苦的挣扎，一次次饱尝着被放逐的酸楚和悲凉。他们是影片所针贬的对象，通过他们，创作者表达了对男性的极度的失望。
《神女》最有批判锋芒的地方是在父亲形象的处理上，塑造了一批未能履行“为父之道”的“失败”的父亲，他们也正是这部影片中所呈现的一类弱化的男性。古有云：“父者，子之天也”，“父母者，人之本也”⑥这两句话告诉我们。身为人父，则为子女之“天”、之“本”，要承担“养”和“教”的职责和义务。为人之父而不能抚养子女。或者使子女陷于匮乏之中，是做父亲的失职，也就是说养育子女并教导其成人，才算是尽到了为人之父的责任，这是“父”字的含义，也是“为父之道”的基本内容。关于“为父之道”，汉代学者韩婴在其所著《韩诗外传》中有精辟独到的论述。我们不妨引用一下：
夫为人父者，心怀仁慈之爱，以畜养其子。抚循饮食，以全其身。及其有识也，必严居正言，以先导之。及其束发也，授明师以成其技。十九见志，请宾冠之，足以成其德。血脉澄静。娉内以定之。信承亲授，无有所疑。冠子不詈，髦子不笞，听其微谏，无令忧之。此为人父之道也。
对于韩婴的“为父之道”。国内知名哲学博士、南开大学教授武东生是这样阐释的：“身为人父，应以仁慈之爱安抚存恤其子女，使他们健康成长：等到子女有智识时要严格要求、正确引导，晓之以做人的道理：为其延请明师传授学问和技能：孩子成年。应关心其嫁娶婚事，帮助其成家立业：教导孩子时不应一味的鞭打责骂。”参照韩婴的“为父之道”，有助于审视《神女》中的“父亲”。《神女》中共有三个父亲形象。其一是小宝的亲生父亲，他在影片中并未出场，单薄到符号化，是一个名副其实的“缺席的在场者”。或许，他是无数嫖客中的一员，或许，他曾爱过她，但不辞而别，是一个始乱终弃者，因此，他很有可能是一个造成阮嫂走向妓女之途的罪魁。他虽生了小宝。但却没有承担抚养小宝的责任和义务，而教育和保护更无从谈起。根据韩婴“为父之道”中的“必怀仁慈之爱，以畜养其子”和“及其有识也，必严居正言，以先导之”这么两条足可以将其完全否定。影片中有一段情节：当阮嫂感到必须让儿子读书，带着小宝到学校登记时，老师问：“家长做什么职业?”这时，阮嫂神色非常惶恐，很长时间哑口无言，最后才无可奈何地以一句“他父亲早死了”来搪塞。由此看出，在阮嫂心中，小宝的亲生父亲活着犹如死去。通过阮嫂之口。小宝的亲生父亲被断然否定。其二是章老大。他强行占有阮嫂，并胁迫阮嫂母子于之生活在一起，从影片的相关情景看出，他确实已和阮嫂母子同吃同住，他们三人已明显组成一个“家庭”的体系，如此。他应该是阮嫂之“夫”，小宝之“父”，按理说，他应该承担供养家人和抚育小宝的职责，然而事实却恰恰相反，他占有阮嫂，却不情愿接纳小宝，他在生理上是一个父亲，但在精神上拒绝这一角色。更令人无法容忍的是，章老大非但不供养阮嫂母子，而且在生活上几乎完全依赖阮嫂，一方面他在肉体上依赖阮嫂。一方面在经济上对阮嫂施行强取豪夺，拿从阮嫂身上掠夺的钱去赌光输尽。在阮嫂心中，他是一个完全的掠夺者和施虐者，是一个十足的流氓强盗，是一个人格极度委琐的男人。最后，阮嫂在忍无可忍之下用酒瓶砸死了嗜赌成性偷走她所有养命钱的章老大。如此，通过阮嫂之手，章老大被彻底否定。值得指出的是，章老大从阮嫂那儿掠取的所有钱。是阮嫂向其他男人出卖肉体而换来的钱。这本身是一个悖论，隐喻着社会上男性关系的一种恶性循环，它彻底宣告了男性亦即父性的堕落。其三是老校长，在阮嫂原先的设想中他可以成为小宝的一个体面的父亲。他善良，对阮嫂母子的悲惨处境深表同情，这使阮嫂多少感受到一点点人间的温暖。他正直，能挺身而出。为在学校倍受歧视和排斥的小宝鸣不平，在学校董事会上大声疾呼：“不能否定孩子的人格”，“不能迁就一般的错误心理，戕害孩子向上的生机”，应当把他“从不良的环境里拯救出来”等等，并以辞职想威胁。可是，老校长仍旧不能力挽狂澜。小宝最终还是被学校开除了，到底他还是软弱的。影片中另有这么两处细节也是有力的证明：有两次老校长把手放在阮嫂的肩膀，以期用真情安慰阮嫂。第一次，他说：“我很惭愧，我错了，我不能开除一个有你这样母亲的孩子。”而当阮嫂悲哀地抬起头来看他时，他却尴尬地把手挪开并轻移到自己的胸前摩挲。第二次，他到监狱去探望阮嫂。此时阮嫂已对他失去信任，并不由自主地说：“你欺骗了我”。他把手长久地放在她的肩膀，仅此而已，最终还是放开了手，失落地走了。隔着牢房的铁栅栏，阮嫂神情木然地看着他渐渐消失在一个更大的铁栅栏中。透过阮嫂绝望的眼睛，老校长同样地被否定了。
三、男人：造就与想象
《神女》虽然讲的是关于理想男性缺失的故事，但这并不意味着影片文本当中没有理想男性的呈现，只是这所谓的理想男性不是尚未长大成熟，就是只存于想象中，亦真亦幻，或虚或实。一个女人，当内外交困到无以抵抗时，她真的需要一个好男人来拯救她。为她遮风挡雨，而无奈身边偏偏缺失这样一个理想的好男人时，她便只能自己去造就。去想象。阮嫂虽身处于一个十足的男权社会，但理想男性在她周围却是极度匮乏的。而取而代之的几乎全是一些或缺席、或堕落、或无能的男性。然而，唯一庆幸的是阮嫂的身边还有一个她真正深爱着的理想男性，那就是她的儿子小宝，一个年纪尚小但却实实在在的男性。在她眼里、心里，小宝是最好、最理想、最值得去爱的男性。正是因为有小宝的相依相伴，阮嫂才能在极度苦难的生活里勉强支撑着自己。小宝是她生存的原动力，是她全部的精神支柱。也只有在小宝那里，她才能寻到生命的希望和乐趣。影片中有这么一段情节：阮嫂不堪忍受流氓章老大的百般欺凌与压榨，曾有一次经历千辛万苦搬了新家，逃离了章老大的魔掌，但好景不长。不久之后章老大还是找到了她母子俩的住处。狡猾奸诈的章老大将小宝藏匿起来以备作为人质。对儿子心心念念的阮嫂匆匆回到家中，发现摇篮中的小宝不见踪影，刹时她崩溃了，手中捧着的给小宝的泥娃娃立即滑落在地上，摔成碎片，那一刻她的心似乎也跟着碎了，竭斯底里地哭叫着。拼了命地死拽着章老大追问小宝的去向。最终章老大以小宝胁迫阮嫂，这是章老大的杀手铜，因为他知道小宝是阮嫂的命根子。缘于小宝——她生命中唯一的理想男性，她有了活着的渴
望，有了抗争的力量，有了坚持到底的必要和勇气。
我们还看到，对于困境中的阮嫂来说，小宝不仅是她的生命支柱，也是她的快乐源泉。和小宝在一起的时候，阮嫂时刻都是快乐的《神女》中不时出现同乐的温馨画面：陪伴小宝做功课的她和被小宝传授体操的她在当时当刻俨然变成了一个无忧无虑的小孩童，一个活泼快乐的小天使。迫不及待地翻看小宝的书包，满怀好奇地询问小宝的学习情况，虚心认真地模仿着小宝教给的体操动作。一脸的孩子气，开心的笑容，可以肯定在那时的她看来，人生是多么美好，活着是多么幸福!尽管她是这样地被人践踏和欺凌。但是当她和小宝相处时，她所遭受的所有苦难都会烟消云散，有的只是无尽的快乐。
小宝，这个在阮嫂生命中给她无限动力和无穷快乐的理想男人，但可惜的是他年纪尚幼，还有待于成长。而阮嫂的人生中唯一的追求就是要使小宝成为一个顶天立地、有作为的理想男性、真正的“丈夫”。他应该是万千女性倾慕和依赖的对象，有照顾、呵护女性的能力、爱心和责任感。而决不会像他亲生父亲那样的始乱终弃、流氓章老大那样的残暴无赖、老校长那样的懦弱无能和嫖客的淫贱下流。他能让一个女人幸福一生，快乐一生。这也正是阮嫂内心深处“理想男性”的乌托邦。她渴望着，期待着，有朝一日小宝长大成才。有能力把她救出苦海。使她不再忍受这非人的折磨，从此她便有了可以依靠的肩膀，真正理想男人的肩膀。
总之，我们可以看到，《神女》中阮嫂行走在父权制的泥泞中，虽频频受难。但坚持不懈，凭着顽强的毅力和坚定的信念，致力于成为生活责任、生命价值、人生内涵的承担者。在她身边，几乎都是一些有着灰暗、卑微人格的男性，而能够拯救和庇护她的理想男性仅仅只存在于想象或者期待之中，期望和现实之间由此而形成巨大的落差。正是通过这一落差，《神女》处在坚定、鲜明的女性立场反叛了父权制对两性人格的规范与塑造——“无论男性还是女性。人类的身体已经被符码化置于社会网络之中，在文化中，并且被文化赋予意义，男性被认为是雄健和有阳具的，女性则是被动和被阉割的。”
地表建筑物 篇6
关键词：地铁施工,地下建筑物,地表沉降,控制标准
1 地表沉降形成原因及对房屋结构的影响
伴随着我们西安地铁工程二号线的运营, 一号线、二号线南延段、三号线全线及四号线试验段的建设, 随之而来也产生了一些有待解决的难题, 其中之一就是在地铁工程施工过程中带来的地表沉降和对上层建筑物结构稳定性的影响。地铁工程受自身工程特点的限制, 多存在于人口密集、建筑物存在紧密的经济发达区域, 又因为施工强度较大, 在岩土开发过程中, 对土体本身造成一定的影响是不可避免的。这就会引起洞室周围的地表产生形变, 当这种形变累计到一个特定的限度时, 就会对周围建筑物、道路、管线产生安全威胁。这其中影响最为严重的就是对房屋结构, 总结归纳下来大体可以分为三个方面:第一是对房屋上部结构的损坏。在地下开挖过程中产生的不规则沉降对结构内力产生影响, 可能导致房屋建筑物开裂, 严重的甚至会造成结构失稳而坍塌;第二就是对建筑物地下结构的损害, 尤其是基础部分。地下作业导致的土体变形不仅仅体现在沉降一个方面, 同时还会在水平方向产生拉压应力, 如果不加以控制, 可能对基础的稳定性产生不可估量的危害。第三则是由于对土体的扰动破坏, 可能会导致土体松弛, 大大减少地基承载力。因此在城市地铁规划方面, 应该做好事先的调查工作, 尽量避免土体开挖对周围造成干扰, 有效控制沉降。根据以往地铁建设经验来看, 目前的地铁施工技术还有待进一步完善, 地表沉降造成的大小事故仍然屡见不鲜, 一旦发生了建筑物开裂、倾斜、管道破裂等事故, 就会对市民的正常生活造成影响, 甚至威胁生命财产安全, 这就与地铁工程服务百姓的目的背道而驰。事故产生所造成的经济影响和工期拖延则会增加地铁施工的成本, 所以一定要对地表沉降提高重视程度, 把沉降控制在标准的安全范围之内。
2 地表沉降的控制标准
2.1 按照地表环境的基本要求分析沉降的控制标准
地层的不均匀沉降地下建筑物的影响, 主要体现在对结构的影响方面, 土体的横向拉压应力会对地下建筑内部的应力造成影响, 引发建筑物的倾斜、失稳、或者坍塌。根据我国相关规范对建筑物倾斜度的限制, 砌体结构的建筑承重基础的局部倾斜应控制在百分之三以内, 多层和高层民用建筑的基础局部倾斜程度要控制在百分之一到百分之四之间, 根据高度不同严格进行规范。依据这些规范所给出的倾斜标准, 加上实际工程施工中的测量结出的沉降宽度, 就可以通过计算, 得出地表沉降最大的下沉允许值。根据以往的施工经验, 地表的横向沉降规律可以近似于著名的peck曲线来进行计算, 公式:距离隧道中心的轴线为x处的地表沉降值S (x) 等于Smaxexp[-x2/ (2i2) ]。m, i是地表沉降槽的宽度大小。它的曲线为沉陷槽形状, 类似于概率论中的正态分布曲线。
假设地下建筑物相邻梁和柱之间的间距, 小于或者等于沉降槽拐点, 因为地下建筑的下部产生的倾斜值应该小于或者等于有关规范的允许倾斜值, 所以差异沉降值ΔS与地下建筑相邻梁和柱的距离L的比值, 应该小于或者等于地下建筑物规范中允许的倾斜值。根据peck的曲线走势可知, 在拐点处的曲线斜率应该最大, 在这种极限条件约束下的坡值应该小于或者等于相应可允许倾斜值。可根据极限条件得出地表能允许的最大沉降值为:S等于拐点的最大斜率i比0.61, 再乘以地下建筑允许倾斜值。
另一种情况, 当建筑物临近的柱间距很大, 达到或者超过地表沉降槽的宽度i的两倍时, 沉降对于地下建筑物的影响就不仅仅局限在倾斜这一个方面, 随之而来的还有承载受力的梁和柱的弯曲形变。当沉降量超于一个极限值的时候, 可能会导致地下建筑物的梁和柱因承担不了弯曲形变而产生断裂, 或者底板结构因挤压而产生裂缝, 影响结构安全。若根据地下建筑物结构的允许应变作为计算极限的控制基准, 则地下结构的梁、柱、板所能承受的应变[ε]等于梁板的极限抗拉强度[σ]与所用材料弹性模量E的比值。这种情况下, 沉降量在地下建筑物梁。板与隧道纵向成90度时, 取值最小。
2.2 在地表环境条件约束下分析地表沉降控制标准
2.2.1 根据拱顶的下沉最大极限来推算地表沉降标准值。
经过多年的施工现场经验和累计的理论分析表明, 决定浅层地下工程稳定程度的条件, 拱顶下沉极限值起到的作用一般比水平收敛极限值起到的作用要更为明显。梳理好拱顶位移大小和地表中线位移大小的换算关系以后, 就可以将拱顶的控制标准, 经过计算, 换算成地下沉降标准来使用。
2.2.2 根据地层极限变形推算地表沉降标准值。
地层终极破坏极限状态的最大沉降量Smax应该等于曲线拐点到中心的距离比0.61, 乘以周围岩体的极限剪性应变γp, 或者乘以经验系数K和弱面走向和水平面夹角β的乘积。
2.2.3 根据车站的安全运营系数来确定地表沉降标准值。
根据铁路部门相关的维修规则规定:若存在两股钢轨顶面水平偏差, 正线的偏差不得大于4毫米, 其他的站线不得大于5毫米。但是如果有水平差大于等于4毫米的三角坑存在于延长不足18米的距离之内时, 则有可能会地铁较少荷载或者轨道悬空, 会产生地铁出轨的可能。按照曲线的发展趋势, 由于轨道高低不平所得出的地表沉降允许值Smax等于铁路的轨道允许10m弘量的最大值[δ]与测量弦长L的比值的二倍。
由以上几方面可以得出的几个地表沉降标准值中, 在建筑物允许的沉降值和地层允许的沉降值之间, 选择比较小的一个作为沉降控制标准值, 然后再考虑轨道上有车辆运行的时候, 根据实际情况再次修改沉降标准。
结语
地铁隧道开挖导致的土体形变以及地面沉降现在看来是无法避免的, 当地表沉降达到一定的程度时, 就会对上层建筑或下层基础造成影响, 所以地铁隧道的施工对于沉降的控制就显得尤为重要。在发展施工技术水平的同时, 要做好人为可避免的工程事故, 从而确保在建筑物结构整体安全的情况下, 完整有序的进行施工。
参考文献
[1]阳军生, 刘宝琛.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京:中国铁道出版社.2002.
地表建筑物 篇7
随着我国地铁建设的飞速发展以及限于有限的城市土地资源,必然涌现出越来越多的近接施工案例。如隧道超近距离下穿已有隧道或桩基、车站深基坑工程邻近地表建筑物等。这些近距离施工都对施工的各个方面均提出了新的严格的要求。一旦不慎,将会发生灾难性的后果,这方面的工程事故也是屡见不鲜的。为避免该类风险,在施工前进行必要的理论分析和施工过程中进行实时监控量测是最直接最有力的手段[1,2,3,4,5,6]。
本文针对某地铁车站深基坑工程,着重计算开挖地表3 m厚上覆土时邻近建筑物的变形,对比分析桩对邻近建筑物变形的影响,并评价其安全性能。
1 工程概况
该深基坑深33.2 m,车站施工采用盖挖逆作法,深基坑边墙外侧距离邻近高层建筑物一层门厅仅1.7 m。为确保建筑物安全,在门厅与深基坑之间设置有一道桩,深基坑与建筑物门厅分布示意图见图1。
2 计算模型
根据图1几何尺寸可建立其三维计算模型,见图2,如图3所示为门厅细部示意图。上面为门厅的计算模型,其中节点2,4,6,8为靠近基坑一侧。
根据实际的施工过程,计算过程拟分为三步计算:
第一步:原型场地计算,得到初始应力场和位移场,清除掉位移场,保留初始应力场,为下面开挖的基础;第二步:在上面计算的基础上,开挖3 m深地连墙,得到门厅顶部各节点三个方向的位移。
3 计算分析
表1为不考虑桩开挖地表3 m埋深上覆土体时门厅各点的变形情况,表2为有桩的情形。
cm
cm
由表1和表2可见:
1)节点X向的水平位移均较大(为正值),发生向开挖地连墙方向的侧移;2)各点的竖向位移为正值,表明地连墙开挖后,邻近地连墙的地表发生了微量隆起,需注意的是对于没有桩的情形,点3和点7的竖向隆起值较大,达到了1 cm,比靠近地连墙侧的点的隆起还要大;3)有桩时,节点水平X向侧移显著降低到毫米级,仅点5和点6的侧移达到了1 cm,隆起值也在毫米级。表明桩能有效降低建筑物的变形;4)基于上述表1和表2可计算出建筑物的层间倾斜角,可基于相关规范认为该变形对建筑物的安全不构成威胁。
4 结语
本文通过理论计算分析,计算了深基坑最开始的地表层施工对邻近地表建筑物变形,对比分析了桩对建筑物变形的影响,并评价了该变形对建筑物安全的影响。
参考文献
[1]张海波,殷宗泽,朱俊高.近距离叠交隧道盾构施工对老隧道影响的数值模拟[J].岩土力学,2005,26(2):282-286.
[2]陶连金,唐四海,金亮.隧道上穿既有车站结构的变形预测及安全评估[J].地下空间与工程学报,2008,4(3):442-447.
[3]方勇,何川.平行盾构隧道施工对既有隧道影响的数值分析[J].岩土力学,2007,28(7):402-406.
[4]胡群芳,黄宏伟.软土地层近距离上穿既有隧道变形的数值模拟[J].岩土工程学报,2006,28(1):42-47.
[5]何川,苏宗贤,曾东洋.地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响[J].土木工程学报,2008,41(3):92-98.
[6]孙钧,刘洪洲.交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模拟[J].同济大学学报(自然科学版),2002,30(4):379.
地表建筑物 篇8
关键词：隧道,爆破,地表沉降,质点振动速度,FLAC3D
0 引言
交通行业的快速发展导致公路、铁路不断向地下和山区延伸,因此在建设过程中不可避免地会遇到隧道工程的施工问题。为了克服高速铁路上列车在隧道内运行所引起的空气动力学问题,高速铁路线上的隧道基本采用双线铁路隧道通过,这些隧道的开挖断面面积都在150m2以上［1］,属于大跨度隧道。爆破以其经济、高效、快捷等特点被广泛应用于隧道开挖中,然而爆破开挖的冲击作用会引起隧道塌方、地表不均匀沉降、地表建筑物破坏等。因此,大跨度隧道的爆破开挖对周围环境的影响成为众多学者的关注重点［2 － 11］。
唐果良［6］以重庆轻轨某车站隧道为例,介绍了复杂条件下城市浅埋大跨度隧道减震爆破的施工方法,并取得了良好的控制效果。高文学等［7］以密兴路某隧道出口段爆破开挖为研究背景,通过对地表进行振动监测,确定掏槽孔爆破振动时降低浅埋隧道震害的关键。朱泽兵等［8］以重庆轻轨大坪车站隧道为研究背景,利用数值模拟软件对爆破震动进行模拟,并与实测结果进行对比研究,确定其采用的隧道施工新方法和爆破药量是可行的。一些学者利用数值模拟技术对隧道的爆破震动及开挖力学响应进行模拟［9 － 11］,均获得了比较可靠的结果。
本文以沪昆高铁黄鹤堡隧道为研究背景,根据现场实际情况提出了减震方案,利用FLAC3D对地表震动进行模拟,并将数值计算结果与现场监测结果进行对比分析,为工程条件相近的隧道建设提供参考。
1 工程概况
黄鹤堡隧道属于沪昆高铁长沙至昆明段,位于湖南省邵阳市隆回县境内。隧道开挖半径为7.48m、净空高为11. 91m,开挖断面约为153m2,为特大断面隧道。隧道出口浅埋段设计起始里程DK226+ 150,结束里程为DK226 + 030,全长120m。该隧道位于山丘地带,地形起伏较大,围岩大部分为IV级和V级强风化围岩,围岩级别为V级时采用3 台阶七步开挖法进行爆破开挖。在里程DK226 + 170- 150 地表线路轮廓内有木质结构房屋一座,砖砌房屋两座,位于隧道正上方,垂直距离40 ~ 50m左右,如图1 所示。洞内爆破开挖时,地表扰动较大,会对房屋造成一定影响。
2 爆破方案及震动分析
2. 1 爆破方案
隧道原爆破方案的单位装药量为0. 3 ~ 0. 5kg /m3。根据施工情况,钻孔深度1 ~ 1. 6m,孔径45mm; 计算炮孔间距50 ~ 60cm,线装药密度为120g / m。根据现场监测的地表最大振速,比对爆破安全规程［12］,发现对地表建筑物的影响会比较大,严重时会影响建筑物的安全。
新爆破方案采用预裂爆破技术。在设计开挖轮廓线上钻凿出一排孔距合适的预裂孔,并采用不耦合装药或其他特殊的装药结构,在开挖主体爆破之前,同时起爆预裂炮孔内的装药,从而形成一条贯穿预裂炮孔的裂缝,通过这条裂缝降低开挖主体爆破时对岩体的破坏,以达到减震目的,使掌子面安全通过危险地带。其上台阶减震爆破炮孔布置如图2 所示。预裂孔直径40mm,不耦合系数为1. 82,线装药密度150g /m,预裂孔之间孔距0. 45m,预裂孔与辅助眼间距0. 6m。上台阶预裂孔深度为1. 2m,掏槽眼钻眼深度为1m,预裂孔孔口必须用炮泥堵塞0.5m。上台阶预裂孔装药量为0. 15kg,掏槽眼装药量约为0. 6kg。
2. 2 震动分析
根据现场各次测震所获得的数据,结合爆破安全规程［12］,将新旧爆破方案的最大振速和主频做于图2 中。图2 中a代表安全振速区,图2 中b代表允许振速区,c代表不允许振速区。为了叙述方便,X向为隧道掘进方向,Z向为竖直方向。从图中可以看出,原有爆破方案的振动数据有部分落在不允许振速区,而新的爆破方案实施后,只有一个数据点落在不允许振速区,但是超出允许振速上限值不多。因此可以认为,采用新的爆破方案是满足爆破安全规程的要求。
上述分析是对规程中一般建筑物的安全标准,若地表建筑物是稳定性较差的建筑( 土窑洞、土坯房、毛石房屋) ,其允许的安全质点振动速度远远低于一般民用建筑,因此,当地表建筑物稳定性较差时,则还需要修改爆破技术。
3 数值模型
3. 1 FLAC3D计算模型
本次模拟区域选为里程DK226 + 160 - 140 的隧道。首先利用ANSYS进行建模和网格单元划分,然后导入到FLAC3D中进行模拟计算。模型尺寸为100m × 20m × 100m,共有84 240 个单元和97 475 个节点。上边界距隧道拱顶42. 5m,左右边界取隧道最大洞跨的3 倍,沿隧道开挖方向( Y方向) 取20m。
该隧道的围岩主要为IV和V级围岩,数值计算中围岩物理力学性质指标由工程地质勘察报告提供,并对照铁路隧道设计规范［13］提供的各级围岩物理力学指标标准值,给出了围岩物理力学参数,如表1 所示。
计算模型底部和四周设置为黏性边界来吸收入射波,模型顶部设置为能反射爆破地震波的自由表面边界。爆破开挖面洞壁为荷载边界,施加脉冲爆破荷载。
围岩和混凝土的力学模型采用FLAC3D中的Mohr - Coulomb弹塑性模型。隧道开挖后根据施工实际情况,立即进行初期支护,数值计算中考虑了喷射混凝土的力学作用( 没有考虑工字钢和二次衬砌的作用) ,用FLAC3D中的shell单元进行模拟。
为了和现场实测数据进行对比分析,在模型里选取相应的节点,对其地表沉降、拱顶沉降以及地表振动速度进行监测。监测点主要位于DK226 + 150和DK226 + 159 断面,前者主要进行沉降监测,后者主要对地表质点振动速度进行监测。
3. 2 爆破震动输入
FLAC3D可以在模型边界或内部节点施加动荷载来模拟材料受到外部或内部动力作用下的反应,程序允许的动力荷载可以是［14］: 加速度时程、速度时程、应力( 压力) 时程、集中力时程。由于岩体爆破是一个比较复杂的过程,炸药在炮孔中爆炸时瞬间产生高温、高压气体,在狭小的空间里急剧膨胀并产生爆炸冲击波,作用于周围岩体上,而且很快衰减为应力波,整个过程持续时间很短。本次将采用应力时程,将爆破荷载直接施加在洞壁表面。在缺少现场第一手资料的情况下,通常在数值分析中假定爆破荷载为三角形脉冲波,如图3 所示。荷载峰值由式( 1) 确定［15］:
式中: ρw为炸药密度,装药量为36. 4kg; D为炸药的爆轰速度,3 600m/s; K为等熵系数,与炸药密度有关,当 ρw< 1. 2g / cm3时,K = 2. 1,ρw> 1. 2g / cm3时,K = 3;为粉碎区半径与装药半径之比,一般为2 ~ 3; α 为与岩石及炸药种类有关的常数,对于大多数岩石,α≈1. 5。通过计算,爆破峰值荷载大约为2. 29MPa。设爆破荷载上升时间为80μs,下降时间为750μs。爆破荷载以压力形式均匀地作用在隧道洞壁各单元上,作用方向为洞周法线方向。
3. 3 阻尼系数和振动频率
在岩体的力学响应分析中引进阻尼的目的,就是模拟真实岩体受动荷载作用时能量衰减过程,但是在岩体介质中,这种运动和能量衰减具有明显的滞后性。但实际岩体受动荷载作用时都存在多个不同频率的荷载的影响,一般形式的阻尼函数不能同时考虑这些因素,所以要在数值计算中精确地模拟岩体振动的阻尼效果很困难,计算时要通过反复的试算并和已知实测结果对比来确定。FLAC3D内部提供了两种阻尼进行选择,瑞利阻尼和局部阻尼。采用瑞利阻尼需要确定2 个参数: 临界阻尼比 ξi和中心频率fmin。本模拟分析中,临界阻尼比通过试算确定为0. 05,输入动荷载的主频为28. 4Hz,中心频率fmin为4. 52。
4 结果分析
4. 1 位移分析
图4 为IV级和V级围岩条件下上导洞开挖拱顶沉降和地表下沉位移曲线。可以看出,IV级围岩条件下,拱顶最终沉降量为19mm,地表最终沉降量为15mm。V级围岩条件下,拱顶最终沉降量为24mm,地表最终沉降量为18mm。在相同支护条件下,围岩等级越高,其自稳能力也越强,地表沉降也比较小。现场实测的地表沉降值为25mm,与模拟IV级围岩等级的地表沉降值接近,表明现场进行位移沉降监测的区间以V级围岩为主,而实际情况远比数值模拟情况复杂,因此数值模拟结果可以为工程施工提供参考,并结合实测数值进行判定。
4. 2 质点振速分析
将数值模拟结果与现场实测的地表振速结果进行对比分析。图5 是V级围岩条件下DK226 + 159断面地表实测和数值模型地表振速对比图。可见,地表质点受到爆破荷载作用下振动的时间不超过1s,且总体呈衰减趋势。
实测振动波与模拟振动波的最大振动速度相差不大。质点X方向上,实测最大振动速度为1.49cm / s,而模拟得到的最大振速为1. 54cm / s,相对误差为3. 4% ; Z方向上,实测最大振动速度为1.65cm / s,而模拟得到的最大振速为1. 71cm / s,相对误差为3. 6% 。存在误差的原因,一是因为爆破过程是一个很复杂的过程,爆破荷载对隧道的影响远比假设的三角形荷载复杂; 二是实际的地质条件也比模拟情况下的地质条件复杂。
5 结论
1) 因原爆破方案会对地表建筑物产生较大的影响,因此将预裂爆破技术引入隧道开挖过程中,以达到减震的效果,保护地表建筑物。通过对现场地表质点振动的监测,新旧两种爆破方案下,爆破震动的主频大多集中在10 ~ 50Hz之间,最大振速也多集中在允许安全振速区,但是新方案明显降低了质点的最大振速,一定程度上更能保护地表建筑物的安全。
地表建筑物 篇9
为了最大限度地解放建筑物下压煤, 提高煤炭资源采出率, 煤矿企业往往需要回收煤柱, 而煤柱开采以后地表建筑物将受到何种程度的影响是决定煤柱能否开采的关键因素。因此, 正确计算煤柱开采引起的地表移动和变形值, 进而科学分析和评价地表建筑物的采动影响程度, 合理解决建筑物下压煤开采问题, 对煤矿具有重要意义[1,2]。
1研究区概况
1.1矿井概况
平煤股份高庄矿位于平顶山市西部石龙区境内, 平顶山煤田西部韩梁矿区中部。矿井井田走向长5 km, 宽2.5 km, 面积约12.5 km2。1968年12月底投产, 1972年达产, 设计生产能力45万t/a。开拓方式为立井与斜井联合开拓。
集中运输巷和回风巷的保护煤柱服务于煤柱1#—4#条带开采复采面, 设计开采宽度为40 m, 待4#条带开采复采面开采结束以后回采。该区域煤层厚4.35 m, 埋深320～330 m。根据开采设计, 该部分煤柱分为2段:南半部分已开采过一分层, 下一步拟开采煤层厚约2.5 m, 属于复采面;北半部分为实体煤, 拟开采煤厚为2.5 m或者一次采全高。
1.2地表建筑物
开采区域位于工业场地保护煤柱以内, 地面建筑复杂, 主要建筑物包括:办公大楼, 调度大楼, 主、副井绞车房, 主要通风机房, 机修车间, 劳动公司, 水厂, 碳化硅厂以及职工宿舍楼等。根据现场调查:集中运输巷和回风巷之间的煤柱区域附近地表主要是职工宿舍楼等建筑物, 有4～7层的高层楼房, 也有结构简单的平房, 楼房主要为砖混结构。向北有村庄, 分布有1～2层的民房。目前上述建筑物大部分未发现明显的变形裂缝, 个别建筑物出现明显裂缝。
2地表移动和变形预计
2.1预计方法
为了分析高庄矿集中运输巷与回风巷之间的煤柱开采所引起的地表移动和变形, 以及地表建 (构) 筑物受到何种程度的影响, 对地表移动变形进行预计是非常必要的。采用概率积分法对集中运输巷与回风巷之间的煤柱进行回收以后的地表移动和变形进行预计。该煤柱是一个非充分采动的小工作面, 首先根据充分采动程度调整预计参数, 然后采用概率积分法进行预计, 通过对煤柱1#—4#复采面、工业场地2#、9#、14#采面等条带开采区域引起的地表移动变形进行叠加, 得出上述所有区域开采以后的地表移动和变形值[3,4,5]。
2.2预计参数的确定
集中运输巷与回风巷之间是一个非充分采动的小工作面。在《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中规定, 开采尺寸较小时需要根据充分采动程度修正地表移动和变形预计参数, 再采用概率积分法进行预计。
集中运输巷与回风巷之间的煤柱开采工作面条件如下:设计开采宽度为40 m, 埋深为320～330 m, 宽深比约为0.125。下沉修正系数如图1所示, 其他修正系数见文献[6]。因为Lθ/H0≤0.5, 且考虑到重复采动影响, 上覆岩层按照软弱岩层取值。
首先根据高庄矿提供的钻孔柱状图计算出覆岩综合评价系数P与岩性影响系数D, 然后根据文献[6]计算出充分采动条件下的预计参数, 确定修正系数之后便可得到该非充分采动小工作面的预计参数。考虑重复采动影响, 综合分析取参数见表1。
2.3工作面开采条件
根据地质采矿资料及工程图纸, 高庄矿工业场地内回收煤柱工作面的煤层平均倾角7°, 煤层厚2.5～5.0 m (南部2.5 m, 北部5.0 m) , 平均采深326 m、采宽40 m。
2.4预计结果
煤柱1#—4#复采面, 工业场地2#、9#、14#采面条带开采以后, 开采集中运输巷和回风巷之间的保护煤柱, 设计开采宽度为40 m。根据开采设计, 有开采厚度2.5～5.0 m (北部5.0 m, 南部2.5 m) 和2.5 m (全部) 2种情况。对上述开采叠加后的地表任意点的移动和变形值进行了计算, 经过计算并将预计结果采用MATLAB进行可视化, 可分别得到地表下沉等值线图、地表倾斜等值线图、地表水平移动等值线图、地表水平变形等值线图。
(1) 情况一:
采厚为2.5～5.0 m (北部5.0 m, 南部2.5 m) 时地表下沉等值线如图2所示;沿走向倾斜等值线如图3所示。
(2) 情况二:
采厚全部为2.5 m时, 沿走向水平移动等值线如图4所示;沿走向水平变形等值线如图5所示。
预计地表移动变形最大值见表2。
3地表建筑物采动影响分析及评价
在文献[6]中规定, 对于长度小于20 m的一般砖石结构建筑物, 当地表变形在倾斜值i=3 mm/m、曲率k=0.2 mm/m2、水平变形ε=2 mm/m以内时, 将产生Ⅰ级破坏;当地表变形在倾斜值i=6 mm/m、曲率k=0.4 mm/m2、水平变形ε=4 mm/m以内时, 将产生Ⅱ级破坏。
根据地表移动和变形预计结果:情况一的最大倾斜值大于Ⅰ级损害地表变形值, 最大值所在区域主要位于工业场地14#采面地表及陈庄村内, 这些区域的民房会出现大于Ⅱ级损害的情况。情况二的地表移动变形最大值均小于Ⅰ级损害地表变形值, 最大值所在区域主要位于工业场地14#采面地表及陈庄村内, 这些区域的民房损害程度为I级。
根据上述分析结果可知:开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱以后 (采厚为2.5 m时) 地表建筑物承受的地表变形值小于文献[6]规定的Ⅰ级采动损害程度临界变形值;采厚为2.5～5.0 m时, 局部地表建筑物承受的地表变形值大于Ⅰ级临界变形值, 不会超过Ⅱ级[6]。
4结语
开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱 (采厚为2.5 m) 以后, 地表建筑物承受的地表变形值均小于文献[6]规定的Ⅰ级采动损害程度临界变形值, 职工宿舍楼等建筑物区域的地表变形值均小于Ⅰ级损害地表变形值;当采厚北部为5.0 m、南部为2.5 m时, 局部地表建筑物承受的地表变形值大于Ⅰ级临界变形值, 但不会超过Ⅱ级损害程度临界变形值。在正常情况下, 如果可以接受上述建筑物的采动损害程度, 则可以开采集中运输巷和回风巷之间的煤柱。
参考文献
[1]郭文兵, 邓喀中, 邹友峰.我国条带开采的研究现状与主要问题[J].煤炭科学技术, 2004, 32 (8) :6-11.
[2]胡炳南, 孙希奎.村庄建筑物下压煤高效开采研究[J].煤炭科学技术, 2001 (9) :37-39.
[3]郭文兵, 柴华彬.煤矿开采损害与保护 (普通高等教育地矿、安全类“十一五”规划教材) [M].北京:煤炭工业出版社, 2008.
[4]邹友峰, 胡友键, 郭增长.采动损害与防护[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996.
[5]何国清, 杨伦, 凌赓娣, 等.矿山开采沉陷学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1994.
地表温度反演网格服务构建 篇10
陆地表面温度(Land Surface Temperature,LST)是区域和全球尺度地球表层物理过程的一个关键参量,它综合了地表和大气相互作用以及能量交换的结果。针对陆地表面温度的研究已经广泛的应用于气象、地质、水文以及生态学各个领域。因此,陆地表面温度对全球能量平衡的研究有着重要的意义。由于地表温度的研究范围广,时效性强。近地表测量无法达到工作需要,通过遥感方法进行地表温度的反演,可以在很大的程度上提高测量范围并减少一定的工作量,是目前遥感科学的一个很普遍的应用。
通过遥感数据进行地表温度反演,需要多个复杂数学模型的协同工作,同时由于研究区域广、计算量大、难以达到时效性的要求。为此,引入网格计算来解决计算机硬件的瓶颈问题,达到计算速度的需要。
网格计算是继万维网之后出现的一种新型网络计算平台,它是把地理位置上分散的资源集成起来,为用户提供全面共享各种资源的一种基础设施。用户不需要了解具体细节就可以使用自己需要的资源[1]。这种想法在人们研制MULTICS[2,3]的时候就提出来了,网格就如同建立计算机的输电网[4],一个电厂生产的电力可以通过输电网传送到本地或远方的用电户。一台计算机多余的技术能力可以通过网格,让本地或远方的用户加以利用网格把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享和协同[5]。
构建网格平台来完成地表温度反演的运算,可以提高计算的时效性,加快信息提取的速度,达到地表温度实时测量的要求。我们在实验室基础上做了技术上的研究,为地表温度反演的网格计算提供了一定的基础。
1地表温度反演的模型
在研究地表温度反演时,我们选取的是Terra和Aqua两颗卫星上搭载的MODIS传感器,利用MODIS两次观测数据进行地表温度反演。计算方法上,选择了统计回归分析方法来解决地表温度反演问题。虽然统计回归分析方法解决地表温度反演问题需要花费大量的计算时间,但是只需要做一次计算就可以。地表温度和通道比辐射率应该是14个通道亮温观测值的线性组合,其数学表达式为:
(1)式中xi由两次数据的地表温度、7个通道比辐射率和两次数据的大气温度和水汽含量以及各向异性因子α等14变量构成的向量,yj为第j次观测的通道亮温,wi,j为系数,i=1,…,14,j=1,…,14,wi,0为水平偏移系数。为了求解该方程,首先要针对各种不同的大气条件和地表条件设定大气水汽含量、大气温度、地表温度和通道比辐射率等来构造一组巨大的模拟观测数据,也同时把这些设定值作为方程(1)左边的xi值,进行模拟,把模拟出来的通道辐射亮度通过查找表转换成辐射亮温数据,同时作为方程(1)右边的yj值。把这些模拟出的亮温数据作为独立变量;把设定的地表温度、地表通道比辐射率和大气参数作为非独立变量,然后进行统计回归分析。回归分析的结果即为方程(1)的系数。通过这种方法得到的xi是这些未知变量在统计意义上的最佳估计值。
2网格平台的选取
搭建网格平台,合适的操作系统是首选因素。虽然网格平台的搭建要考虑到系统异构性,但在研究之初,需要一种完全开源的操作系统,以便于针对所出现情况,进行模型的各种分析及改进,待相关技术成型后,再转向大众操作平台。Ubuntu是一个基于Debian包系统的linux发行版[6],而且其软件的安装主要是通过“源”,完全符合实验平台对操作系统的要求。
与此同时,不同的网格计划项目采用了不同的体系结构。网格体系结构是关于如何建造网格的技术,包括对网格基本组成部分和各部分功能的定义和描述,网格各部分相互关系与集成方法的规定,网格有效运行机制的刻画。网格的体系结构是网格的核心技术,只有建立了合理的网格体系结构,才能设计和建造好网格,才能使网格有效地发挥作用[7]。我们采用目前IBM等大企业支持的事实上的标准,开放网格服务体系结构[8](opengrid servicearchitecture,OGSA),即Globus的toolkit体系结构。
GlobusToolkit4.0(GT4)是开放网格服务基础设施(OpenGridServiceInfrastructure,OGSI)的参考实现。其中提供了基于开放网格服务架构OGSA和Web服务架构构建网格服务的基础平台。这些服务可以实现资源共享、任务日程安排与组织,还可以访问网格上的各种分布式资源[9]。
3网格服务的配置
我们在组建好的网格平台下,建立一个简单的模型,来完成基础的网格服务[10,11,12,13]。要组建网格服务,首先需要详细指定我们对外界节点所建立的服务。在这点上,我们不需要关心这些服务内部的工作情况,比如它们使用什么运算法则,其它系统彼此间的影响等等。我们只需要知道对我们的用户来说,什么操作是可以利用的。一种特殊的XML语言即WSDL(WebServiceDescriptionLanguage),可以用来指定WebService所提供的操作。
我们先用JAVA语言建立一个简单的数学实例模型。其部分代码如下:
定义了服务接口后(whattheservicedoes),下一步就是执行这个接口。也就是“how theservice doeswhatitsaysitdoes”[14]。在这之前我们需要对一个针对指定服务联系时,使用的有资格的名字,简称为Qname(qualifiedname),它要包括一个名称空间名和一个本地名,有了Qname后,就可以利用WEB服务部署描述器。
服务部署描述(WSDD)文件用于告诉WEB服务容器如何订阅我们的WEB服务,JNDI文件指定每个服务使用的资源屋(resourecehome)[15]。GT4使用AXISWSDD来配置JAZ-RPC处理程序以及这些处理程序所需的表态参数。通过设置服务名称、消息处理样式、枢轴处理程序、工厂和服务实例java类信息来部署服务。而服务部署描述文件deployserver.wsdd主要指出服务的名称、WSDL文件名称及存放路径、实现服务的类名,以告诉WEB服务引擎如何发布网格服务。
最后,就是利用ANT创建GAR文件,Apache Ant是一个基于Java的生成工具。生成工具在软件开发中用来将源代码和其他输入文件转换为可执行文件的形式。随着应用程序的生成过程变得更加复杂,确保在每次生成期间都使用精确相同的生成步骤,同时实现尽可能多的自动化,以便及时产生一致的生成版本。
服务端实现服务后,必须编译存根文件和服务端的实现文件。build文件是一个标准的XML文件,它包含一个根节点Project,Project定义了至少一个Target,每个Target又是一系列Task的集合。编写build.xml文件和一些相关配置文件,其中build.xml文件用来供ANT编译、打包此服务,生成server和client端的GAR文件,此文件包含了WEB服务器部署网格服务需要的所有文件和信息。这一步需要WSDL服务接口文件,JAVA的服务实现,使用WSDD和JNDI编写的部署描述文件,使用ANT产生GAR文件,其详细描述如图1所示。
4在网格服务中配置数学模型
使用GT4工具发布服务,GAR文件包含Web服务器需要发布Web服务所需的所有文件和信息,使用GT4工具—Ant将GAR中的文件复制到GT4指定的目录中。就可以将服务部署到网格环境之中,在客户端编写客户程序,即可检测网格服务。
编译客户端程序示例如下:
java
-classpath ./build/stubs/classes/:MYMCLASSPATH
org.globus.examples.clients.MathService-instance.Client
http://127.0.0.1:8080/wsrf/services/examples/core/first/MathService
顺利执行后,即可在终端出现如下信息:
Current value: 15
Current value: 10
至此,一个简单的网格服务加法数学模型构建完成,地表温度反演方法只是一个相对复杂的数学模型,但其实现机理相同。将方程(1)的算法利用程序写成地表温度反演的具体数学模型,替换掉网格服务中的数学加法模型即可。
5结论
在实验室条件下,我们做了一次响应时间与计算量的结果统计分析,实验环境为局域网内三台装有Ubuntu系统,并配置好网格平台,所有软件、硬件设施完全相同的电脑,机器配置如下:
处理器:Inter(R) Pentium(R) 4 CPU 3.0G; 内存: kingston DDR 512*2
硬盘: WD 160G; 显卡: NVIDIA Geforce 6500
网卡: Realtek RTL8168/8111 PCI-E Gigabit Ethernet NIC
进行温度反演时,为了确保能准确的看出响应时间与计算量的关系,我们在对模型研究发现,数据量的增加与计算量的增加是成正比关系的。所以,在测试数据时,只改变数据量的大小,相关参数设置不变。就可以检测出响应时间与计算量的关系。图2是在建立好的网格平台下,分别以单机运算、2台机器作为计算节点,3台机器作为计算节点,对青海湖地区试验点的影像信息进行计算的数据量与响应时间图。当采集数据不断增多,计算量逐渐加大的情况下,记录多个节点运行系统时的响应时间进行比较。
实践证明,在数据量较小时,由于单个机器不需要进行任务分配,所以运行速度要比多节点执行快,当数据量逐步提升时,多节点的响应时间明显有所提高。针对遥感地表温度反演的数学模型来说,都是以小时或以天为计算单位。在系统运行时,多节点运算的响应时间完全在可接受范围内,比单机有所提高。
摘要：海量的遥感数据以及面向应用快速处理的紧急需求,需要强大的计算资源。地表温度反演,需要实时的遥感数据分析,要求高性能计算的支持。通过对当前国际上网格技术的研究,引入了开放网格服务体系结构,利用GLOBUS在实验室基础上来组建网格平台,为加速地表反演的运算提供了技术帮助。