中心轴式预切槽机械在大断面黄土隧道中的应用试验

黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物,具有强度低、变形大、自稳能力差的特点,我国大断面黄土隧道的建设通常采用三台阶七步开挖法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等,存在施工工序多、施工进度慢、变形量难以控制、临时支护用量大、对各小断面支护结构的连接工艺要求高等问题,研究适合软弱围岩隧道机械化施工的工法非常必要。预切槽法由于具有控制地层变形能力强、施工速度快的特点,受到国内隧道界的再次关注。2013年,中铁重工集团研制成功了国内第一代中心轴式预切槽机械。为了掌握预切槽机械切灌过程性能及预衬砌的受力变形特性,进行预切槽机械在黄土隧道中的工业化试验。研究认为:(1)研制的中心轴式预切槽机械在黄土地层切割成槽能力良好,但在切灌一体化方面尚需要深入研究;(2)由于限制了地层的变形,预衬砌承受的地层压力较大。(3)预切槽法对切槽脚部地基的承载力要求较高,预衬砌脚部是拉应力集中区域,实际施工中要进行合理加固。     

预切槽法开挖黄土隧道掌子面稳定方式研究

本文介绍了软弱围岩隧道的变形特点及控制措施,对软弱围岩隧道的掌子面稳定性进行分析,包括失稳形式、破坏机理,并提出掌子面加固措施。此外,结合预切槽法黄土隧道试验段实例,利用有限差分软件FLAC3D建立模型,研究三种不同的掌子面加固方法对围岩变形以及预衬砌受力的影响。结果表明:全断面预加固可有效控制围岩变形且减小预衬砌所受的拉应力,与预加固且留核心土方式相比,预衬砌的拉应力值相差不大且都在允许的范围内。在实际工程中考虑预切槽法结合大断面机械施工,建议采用全断面预加固的方式。     

预切槽法开挖黄土隧道预衬砌支护参数研究

研究目的:随着我国交通建设的发展,迫切需要解决软弱围岩隧道机械化施工的问题,本文以洪亮营大断面黄土隧道为依托工程,采用数值模拟方法分析不同条件下预衬砌的整体安全性,通过对预衬砌的支护参数进行分析,以期为后续类似工程的设计与施工提供参考。研究结论:(1)钢拱架间距对预衬砌整体安全系数有显著影响,间距越小,安全系数越高;(2)不同的预衬砌拱脚处理措施,对预衬砌整体安全系数影响较大;(3)由于切槽采用分段施工,各段接头部位的安全系数较低,当预衬砌局部弱化程度超过50%时,预衬砌的整体安全系数不能满足安全要求;(4)本研究以洪亮营大断面黄土隧道实际工程为依托,获取了预衬砌在不同的埋深、不同的钢拱架间距、不同的拱脚处理措施以及不同的预衬砌局部弱化程度条件下的整体安全性,可为预切槽法隧道在今后的工程设计和施工中提供指导作用。     

预切槽法在浅埋暗挖下穿公路段隧道中的设计

研究目的:机械预切槽法因其结合盾构的盾壳保护开挖理念和新奥法处理复杂地层的自由灵活理念,在土砂等极软弱围岩地质条件、城市特殊复杂环境近接施工或以上因素复合形成的复杂困难工程条件下具有显著的优势,可以较好地保障隧道施工的安全,同时也是机械化施工的一种很有发展潜力的隧道施工方法。本文结合福平铁路新鼓山隧道下穿福州机场高速公路的浅埋暗挖段,对隧道预切槽法施工在软弱地质下浅埋暗挖下穿通过道路的城市环境应用进行设计与分析,提出该方法的可行性。研究结论:(1)预切槽法可以应用于浅埋暗挖、下穿道路等特殊隧道段落的施工;(2)在浅埋、软弱、近接等特殊条件下,预切槽法形成的预筑拱作为超前措施,较常用的管棚等技术手段,对控制地表沉降、保证施工安全有更显著和可靠的作用,具有更大的安全性;(3)本研究结论可为类似工程条件的隧道设计提供借鉴。     

中心轴式预切槽机施工探讨

介绍了中心轴式预切槽机的结构组成及性能参数、功能及工作原理,并对配套混凝土施工工艺作了详细说明,针对同步切槽注浆和分段切槽注浆两种预切槽机施工方案作了具体阐述,最后对其进行技术总结,对推广应用提出了建议。     

大断面古土壤隧道围岩变形规律研究

古土壤形成时期、环境有别于黄土,因此,古土壤隧道围岩物理力学性质与黄土隧道存在一定差异。银西高铁早胜三号隧道作为国内首次穿越古土壤地层的长大隧道,为系统研究古土壤的物理力学性质及隧道穿越古土壤地层时关键施工技术研究提供了有利条件。本文以早胜三号古土壤隧道为研究背景,通过基础试验得到古土壤的物理力学性质,利用现场量测结果分析古土壤隧道的沉降变形收敛规律,然后通过数值模拟验证了现场监测结果。研究表明:古土壤具有密度大、比重大、抗剪强度较大和弱膨胀性的特点;隧道沉降变形分为快速增长阶段、持续增长阶段、平稳阶段,沉降主要集中在上台阶拱顶位置;围岩收敛主要集中在拱脚附近,且随着测点距拱脚位置的减小,收敛值逐渐扩大;同时,三台阶七步施工工法是造成左右围岩收敛值不同的主要原因;针对收敛主要集中在拱脚位置这一现象,建议进行仰拱曲率优化的研究。     

处于上软下硬地层的青岛某地铁车站初支拱盖法施工变形规律及控制

以处于上软下硬地层的青岛地铁某车站修建为背景,采用数值模拟及现场监测相结合的方法,对初支拱盖法施工变形规律及控制进行了研究.结果 表明:拱盖中间导洞的开挖、拱盖施作和临时支撑的拆除,是车站修建中的几个关键工序;拱盖施工阶段,拱脚与拱肩部位受力转换频繁,沉降变形较明显,临时支撑拆除造成拱部围岩二次应力释放,需采用一定支护手段控制沉降;沉降槽最大值随开挖推进不断发生移动,直到中间导洞开挖时沉降最大值逐渐向隧道中心线上移动;适当缩小施工进尺距离与增加支护系统的刚度,对控制车站结构变形速率与变形量具有积极作用.     

铁路隧道不同跨度下水平旋喷桩承载特性分析

为探究水平旋喷桩在不同跨度铁路隧道下承载特性,依托南三龙铁路与赣龙复线联络线道岔进新考塘隧道影响段存在的7种不同隧道跨度断面,采用二维有限元方法,模拟7种不同跨度下水平旋喷桩预支护效果,分析水平旋喷桩结构变形、应力及塑性应变规律。计算结果表明:不同跨度下,旋喷桩变形和常规隧道衬砌变形类似,即拱顶沉降,拱肩、腰、脚等处体现不同程度收敛,各点变形随跨度增大而增长,当跨度大于16 m时,增长速率加快,拱肩及拱腰位置尤其明显;旋喷桩内力部分,当跨度较小时,拱顶内侧受拉,而拱腰处受压,当宽度增大,拱部拉应力区向拱腰处扩展,且拉应力极值增大,而拱腰与拱脚之间压应力迅速增大;随着隧道跨度不断增大,水平旋喷桩等效塑性应变不断增大,影响范围自拱顶到拱脚呈扩大趋势。     

隧道预切槽机及其施工方案探讨

介绍了隧道预切槽施工技术的特点，在预切槽机取得阶段性研究试验成果的基础上，提出预切槽机和超前混凝土支护的施工工艺、施工作业循环组织，机具配套方案。     

预制装配式地铁车站肥槽回填施工力学行为研究

依托长春地铁2号线袁家店站预制装配式地铁车站,利用MIDAS GTS NX软件建立单环地层-结构模型,考虑肥槽分级回填,分析回填不同材料时车站结构在位移、变形、内力等方面的变化趋势和分布规律,找出预制装配式结构的薄弱部位。结果表明:结构的薄弱部位主要集中在拱肩、拱脚及边墙底部;回填素混凝土与回填土相比结构内力和变形差异较小;拱脚处施加钢支撑可显著改善结构拱脚处的受力。研究结果可为预制装配式地铁车站的设计和施工提供参考。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

600 m钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈混凝土浇筑方案研究

主拱圈混凝土浇筑是建造600 m跨径钢管混凝土劲性骨架铁路拱桥的关键环节，为此提出某600 m跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈混凝土浇筑方案，具体为：采用四工作面法，主拱圈截面分为6环，并设1组斜拉扣索辅助调载，适当调整1环混凝土在各工作面上的浇筑顺序和节段长度。采用有限元法对施工全过程进行模拟分析，验证该方案可行性。结果表明：在主拱圈拱脚和控制性截面应力过程线峰值处分别设置工作面，且首先在第二工作面上浇筑一定长度的混凝土节段，再同时浇筑第一、第二工作面混凝土节段，可有效降低浇筑过程中结构的瞬时应力；通过在主拱圈拱脚附近设置斜拉扣索并适时调整索力作为辅助调载措施，可达到调整拱脚截面应力和保持拱轴线合理下挠的目的；通过合理设置工作面和辅助措施，适当确定混凝土浇筑顺序和节段长度，可保证主拱圈外包混凝土浇筑期间结构应力和变形控制在容许范围内。     

高速铁路连续梁柔性拱桥拱梁结合部受力分析

研究目的:连续梁拱组合体系桥拱肋与主梁固结,依靠主梁内配置的预应力束来平衡拱的水平推力,拱脚是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要;拱脚为钢管混凝土拱肋向混凝土主梁的过渡段,局部构造非常复杂,为了给拱脚节点处的构造设计提供理论依据和合理方案,有必要在桥梁整体分析的基础上,建立拱梁结合部精细化有限元计算模型,精确分析其受力状态和传力机理。研究结论:(1)拱梁结合部主梁和拱脚混凝土、拱肋钢管和拱肋内灌注混凝土等构件应力均在规范给定的限值内,结构安全可靠;(2)拱梁结合部应力集中区域主要分布在0号和1号节段连接截面,该处拱脚和主梁均存在较大的主压应力;拱脚与主梁间宜采用圆弧过渡等平滑连接构造,以减小应力集中,使混凝土受力更为均匀;(3)应确保拱肋与主梁、拱肋与拱脚混凝土之间共同作用良好,并保证拱梁结合部位受力的整体性;(4)本研究结果可供大跨度连续梁拱桥的设计和施工参考。     

连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究

结合上海市轨道交通明珠线漕溪路桥工程,对连续梁拱组合桥梁的刚梁刚拱纵横梁体系整体桥面受拉、拱脚的受力分析和构造措施、钢管拱灌注混凝土的全过程中整体和局部应力状态及在柔性支撑上制作预应力混凝土梁四项关键技术进行对策研究,提出了解决办法和研究结论。     

大跨度钢管混凝土系杆拱桥系梁施工技术研究

以某大跨度钢管混凝土系杆拱桥系梁施工为背景,通过对预拱度的准确控制,解决了大跨度分段现浇混凝土系梁线形难以控制的难题,针对相邻节段处混凝土容易产生裂缝的原因,综合运用了防裂技术,解决了裂缝的难题,而拱脚定位技术保证了拱脚预埋段的准确,为拱肋拚装及合龙提供了有利条件。     

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚局部应力分析

钢管混凝土梁拱组合桥拱脚受力复杂。为准确掌握拱脚的应力分布,采用有限元软件Midas/Civil,对110 m钢管混凝土梁拱组合桥建立全桥模型,提取界面单元内力,再通过Midas/Fea建立拱脚实体模型,对拱脚进行细部分析。同时,对拱脚工字钢、钢箱两种锚固方式的应力状态进行计算分析及对比。结果表明:该类桥拱脚受力合理,钢板及混凝土应力均在容许范围内,满足设计要求。工字钢锚固方式较钢箱锚固方式更利于减小拱脚空间应力,改善拱脚受力状态。其计算方法和结果可为类似桥型的计算分析提供参考。     

大跨度系杆拱桥主拱钢-混凝土结合段受力状态分析

以鹰潭市余信贵大跨度中承式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象,利用有限元软件分别建立大桥整体数值模型与钢-混凝土结合段局部实体数值模型,计算分析主拱钢-混凝土结合段在设计荷载作用下的受力状态与承载能力。分析结果表明:在持久状况荷载组合下,主拱肋钢-混凝土结合段模型变形连续,最大变形量为0.030 m,主拱肋钢-混凝土结合段结构刚度及变形满足要求;钢-混凝土结合段混凝土最大拉应力为1.63 MPa,钢结构部分Von-Mises等效应力最大值为236 MPa,均小于容许应力,满足结构设计要求;为避免应力集中,须对钢-混凝土结合段的坡口进行细化设计,或调整主跨系杆的张拉力。     

地铁车站新预筑法施工中顶管间距的优化设计

基于土拱效应理论,建立新预筑法顶管施工中顶管土拱效应模型.根据模型中土拱轴线的受力,推导出土拱轴线支座约束反力与模型几何参数之间的关系式.将此关系式与拱顶和拱脚的强度控制条件方程联立,得到求解顶管间距的方程组.给出验算土拱能体稳定性的判别式,验证顶管间距计算值的合理性.以采用新预筑法施工的沈阳地铁新乐遗址站1号风道为例.采用上述方法计算得到的顶管间距为3.28 m;通过调整切管位置和钢管半径可以优化没计顶管间距,从而减少管材消耗,节省施_上时间,降低地表沉降.     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

铁路大跨度劲性骨架拱桥外包混凝土浇筑方案分析

为保证一座新建铁路主跨337 m上承式劲性骨架混凝土拱桥主拱圈外包混凝土安全顺利施工,采用MIDAS/Civil建立施工阶段三维有限元模型,分析了不同纵向分段、横向分环浇筑方案对劲性骨架受力及挠度的影响.研究结果表明:采用多工作面浇筑可显著降低拱脚应力,改善主拱变形,但增加工作面对拱顶受力有利也有弊;增加截面横向分环可有效降低结构应力;综合考虑外包混凝土浇筑过程中的结构应力、变形、建设工期和大型临时设施的成本,采用三环六面法浇筑外包混凝土方案.