覆土波纹钢板拱桥施工过程的受力分析

基于一座实际的覆土波纹钢板拱桥,利用有限元方法建立了三维空间受力分析模型,采用现行公路规范的方法计算了不同覆土施工阶段的土压力荷载,对该桥覆土的施工过程进行了模拟,计算分析了覆土回填过程中关键截面变形和内力的变化规律。计算和分析结果表明,波纹钢板拱桥的各关键截面变形和内力随覆土回填过程发生较大变化,覆土初期拱两侧受到填土压力的挤压而下挠,同时拱顶处出现了反拱现象,且随覆土高度的增加拱顶处反拱逐渐增大,各截面的应力也均逐渐增大;覆土回填至拱顶之后,随覆土高度的增加拱顶处的反拱逐渐减小,同时拱顶拉应力也明显减小,整个拱圈趋于受压状态。因此,施工中应严格分层对称回填、压实,并应特别注意覆土回填至拱顶附近时结构的位移和应力变化。     

开挖与回填过程中隧道受力和承载拱效应研究

为研究开挖和回填过程中既有隧道受力变化及其与承载拱之间的联系,设计模型试验,通过考察开挖与回填过程中既有隧道的位移、内力及围岩压力,得到隧道受力变化规律,并对隧道受力与承载拱之间的联系进行分析。结果表明: 1)既有隧道上方开挖过程中由于承载拱的存在,会使隧道经历无影响、弱影响、强影响3 个阶段,但既有隧道上方回填过程中不会产生承载拱,填方对隧道的影响基本呈线性增加,隧道处于持续受影响状态; 2)回填后的结构受力普遍大于相同覆土高度下开挖后的结构受力,且拱顶和仰拱相对其他部位受影响较大,易因内侧受拉出现裂纹; 3)承载拱的产生与否主要取决于一定埋深隧道围岩应力状态是否经历三向应力-二向应力转变的历程,隧洞开挖时围岩应力的转移和重分布导致了承载拱的产生。     

黄金坪水电站大断面尾水隧洞结构安全性研究

依托黄金坪水电站尾水隧洞工程,采用数值模拟、现场监测的手段进行了深埋大断面尾水隧洞开挖结构安全研究。研究结果表明:将隧洞断面划分为4层开挖,顶层采用导坑扩挖法,先开挖中部导坑,再向两侧进行刷扩处理,因刷掉的是围岩松动圈外圈的低应力松散带,避免了扰动深部围岩,有利于结构安全;大断面尾水隧洞在分层开挖、支护过程中,围岩最大拉应力为0.86 MPa、最大压应力为6.9 MPa,支护结构最大拉应力为0.6 MPa、最大压应力为5.0 MPa,均远小于允许应力而且不会发生岩爆,围岩和隧洞支护体系在开挖、支护完成后逐步达到稳定状态;围岩多点位移计的现场监控量测结果验证了数值计算结果的正确性,研究方法可为类似工程提供参考。     

基于损伤扩容理论的圆形隧洞围岩松动圈位移计算方法

为解决传统弹塑性力学理论在计算时未考虑实际围岩卸载时的扩容效应导致的位移设计值预测误差较大的问题，通过考虑不同应力状态下围岩损伤扩容系数的不同，建立圆形隧洞开挖松弛位移的分层总和法理论计算方法，提出以洞壁处围岩损伤扩容状态为控制值的围岩开挖位移预警值计算方法。结合分水江引水隧洞工程实例，对不同围岩级别、不同埋深、洞壁围岩的不同扩容效应（即不同支护状态）时圆形隧洞开挖后洞壁围岩位移变化规律进行分析，提出以圆形隧洞为基础的围岩预警值理论计算经验公式。由实际应用结果表明： 考虑扩容效应的围压位移分层总和法计算值比弹塑性理论计算值大3倍以上，计算结果更符合实际情况。     

岩石地层基坑开挖对下部地铁车站结构的影响

依托重庆轨道交通10号线南坪站及上部基坑开挖工程，采用物理模型试验，分析不同隧道埋深以及基坑分层开挖、岛式开挖和盆式开挖过程中地铁车站结构的变形特征；通过数值模拟对试验结果进行验证，以此分析基坑开挖对下部地铁车站结构的影响。试验结果表明:在上部基坑深度一定时，隧道埋深越大，则基坑开挖对隧道的影响越小；不同的基坑开挖方式对下方隧道的影响存在差别。推荐此类基坑工程采用岛式开挖方案。     

综合管廊覆土较浅时台背回填处理措施浅析

城市综合管廊目前在我国大力推广,使用范围及规模也越来越大。沿道路敷设的综合管廊,其覆土深度直接影响工程投资及道路的路面质量,当覆土较浅时其台背回填处理措施应着重设计。结合实际工程经验对综合管廊的台背回填处理措施进行分析研究,有关经验可供相关专业人员参考。     

高填方涵洞分层回填的数值模拟和土压力分析

应用大型通用有限元分析软件ANSYS的生死单元功能对涵洞土体的分层回填施工过程进行数值模拟,分析了卵形拱涵和箱形涵的垂直土压力分布规律,比较了分层回填数值模拟和整体计算2种方法得到的垂直土压力集中系数的差别.实测卵形拱涵的应力结果表明分层回填数值模拟的计算结果更符合工程实际.     

深埋高地应力水工隧洞地应力特征及岩爆脆性破坏深度预测研究

为解决高地应力情况下水工隧洞开挖时产生的岩爆问题,以新疆某高埋深水工隧洞为依托,并结合现场水压致裂法和钻孔套芯解除法测试获得的地应力数据。研究深埋引水隧洞区域地应力场分布规律,通过强度理论判断岩爆发生的可能性;在考虑高地应力与围岩开挖二次应力状态作用前提下,通过岩爆破坏区深度理论公式,结合现场数据计算出岩爆破坏深度。结果表明： 1）隧洞处平均初始地应力应力基本在23 MPa左右,最大水平主应力为28.6 MPa,属于高地应力隧洞; 2）三向主应力间的总体关系为σH（最大水平应力）>σZ（自重应力）>σh（最小水平应力）,属于σHZ（走滑型）初始地应力场,以水平构造应力为主导; 3）隧洞最大主应力与最小主应力之间差值较大,依据摩尔-库仑准则,表明该隧洞开挖的临空面会存在较大的剪应力,易引起隧洞发生岩爆; 4）在隧洞开挖过程中,隧洞将会发生中—强等级的岩爆,发生岩爆脆性破坏最大深度为0.68 m。     

波纹钢板拱桥应用与设计施工技术研究

通过刚度等效的原则将波纹钢板简化为平钢板,利用大型通用有限元程序ANSYS对波纹钢管拱桥在其两侧及顶部土体回填的各个阶段进行了计算和分析。研究结果表明,波纹钢管拱桥在施工过程中,两侧交错回填土体高差不宜过大,应尽量对称回填、尽早压实,以避免拱体发生不均匀挤压现象;拱顶位移和应力的最大值发生在土体回填即将覆盖拱顶的施工阶段,因此,施工过程中应密切关注和监测覆土即将盖过拱顶时结构的位移和应力。     

浅埋明挖小间距隧道回填施工方案及力学性能研究

为研究浅埋明挖小间距隧道回填施工方案以及回填过程中对衬砌结构变形和应力的影响,依托重庆市渝北区金洲大道与星光大道延伸段节点改造工程,采用有限元分析方法对比土石混合料、泡沫轻质土两种材料回填方案,并结合现场监测数据对衬砌结构变形、应力进行分析。结果表明：与土石混合料回填相比,采用泡沫轻质土回填的结构变形、应力均满足承载力要求;顶板、墙角、底板位移分别减少约24%、29%、11%且未超出位移容许值,拉应力分别减少约41%、39%、27%;当衬砌结构回填深度为0、2、4、6 m时,结构各部位拉应力变化趋势较缓,且变形、应力基本呈对称分布,可以有效避免结构拉剪破坏。综合考虑施工便利性、结构安全性、回填土压实度,对该隧道回填采用特殊部位以泡沫轻质土分层回填,两侧及顶部以土石混合料分层回填的回填方案;现场以此方案进行回填施工后,结构位移、应力均未超过容许值,因土拱效应,现场实测值小于模拟值。     

改进型管井降水技术的研究与应用

在暗挖法隧道施工过程中,为了保证开挖面的稳定,开挖之前需要进行降水。常规的管井降水技术中,过滤层是开挖之后再采用透水性较好的材料进行回填,对于地质条件为强风化花岗岩,会造成一定程度的浪费。在总结常规管井降水施工工艺的基础上,对常规管井降水技术进行改进,将管井周围土体直接作为透水性材料,通过高压风自动形成反滤层,形成新的降水技术,新技术减少了过滤层包裹和反滤层回填2 道工序。将该降水技术应用于厦门地铁4 号线暗挖隧道施工中,通过测算,单孔可节约过滤料 2. 92 m3,节约施工时间10 h 左右,同时对周围环境污染较小,环保效果突出。     

运营公路隧道局部换拱效果及其工程影响

通过对运营公路隧道换拱工程试验段衬砌荷载和温度的现场监测,并将之与新建隧道衬砌荷载分布规律进行对比,评价换拱工程中新施作衬砌的承载性能。通过采用数值计算分析的手段,对换拱过程临近结构附加影响进行研究。结果表明:换拱工程与新建隧道工程衬砌荷载分别在荷载曲线形态和达到峰值的时间这2个方面存在明显差异;结合衬砌温度变化规律,揭示了换拱工程的新施作衬砌基本不发挥承载作用,现场监测所得荷载主要是由温度应力引起的;分析换拱过程中,邻近结构在卸荷作用下产生一定的附加沉降和附加应力。综合换拱工程衬砌承载效果及对临近结构的影响,提出了在运营隧道衬砌病害处理过程中,宜优先采用非破坏性防护措施,慎用局部换拱方案的工程建议。     

市政道路综合管沟的应力分布规律研究

以福建省平潭市政道路项目为依托，通过岩土有限差分软件FLAC3D建模，对综合管沟应力分布规律进行了研究。在所建模型中，包含9个关键位置。研究方法为:改变综合管沟上部荷载，监测每个位置各个方向的应力值（横向、竖向、纵向）；改变综合管沟埋深，监测其中3个关键位置的竖向应力值。研究结果表明:在综合管沟上端角部3个关键位置存在应力集中现象；估算或监测时，可以只考虑几个关键位置的竖向应力，减少工作量；适当增加管沟埋深，可以减少管沟应力集中现象。     

茶林顶公路隧道区洞口滑坡数值模拟

隧道洞口附近覆盖较厚松散土层,进口处的隧道开挖会引起围岩应力状态变化,产生较大位移,且有可能导致其上部覆盖土层塑性区增大,出现明显的滑动面,进而产生洞口滑坡。通过对茶林预隧道进口处的隧道开挖采用三维有限元数值模拟,分析洞口滑坡的机理,并对洞口是否滑坡进行预测,为茶林顶进洞口处的安全施工提供参考。     

地铁深基坑施工对邻近隧道的变形影响分析

为研究地铁深基坑邻近隧道施工时既有隧道的受力与变形特性,以南京地铁9号线管子桥站基坑工程为背景,通过三维有限元分析,研究基坑开挖引起的既有隧道的受力与变形特性,计算结果表明：地铁基坑开挖引起的既有隧道最大沉降值为7.32 mm,最大水平位移为5.74 mm,隧道变形满足相关规范要求;隧道主体沿Y方向和Z方向产生的位移远大于沿X方向产生的位移;基坑开挖时,隧道敞开段与暗埋段会产生沉降差异,施工时应采取相应措施控制沉降差。     

新近回填土地层隧道方案研究与分析

为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选; 然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板结构用于山区沟谷地形明洞基底回填土处理; 最后,针对明洞衬砌顶部承受的厚层回填土荷载及上方交叉市政道路荷载,对明洞衬砌结构进行设计计算,并对明洞回填材料及回填工艺提出要求。结果表明: 1)新近回填土地层隧道明洞方案具有工程难度低、施工安全风险小、工程造价低、工期可控的优势。2)旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板形成的桩板结构对于山区沟谷地形厚层新近回填土具有良好的适应性,安全高效,能够较好地解决明洞基底承载力不足及沉降问题。3)合适的回填材料及合理的回填工艺对厚层回填土明洞衬砌结构有重要的保护作用。     

“一洞双机”TBM组装洞结构形式优化分析与探讨

北疆供水2期工程某标段采用“一洞双机”的TBM施工组织模式，即2台TBM的组装及掘进施工均通过同一个组装洞进行，这对组装洞的结构形式提出了新的要求。为便于TBM组装及快速掘进施工，采用工程类比与数值计算相结合的方法，首先，从2台TBM同时组装与快速掘进施工等需求出发，分析原组装洞设计形式的缺陷； 然后，提出优化方案，并对结构变化较大的部位（主支洞交叉口处）进行结构受力验算，确保结构稳定。按照优化方案修建的TBM组装洞完成了2台设备的同时组装任务，并在后期掘进施工中初步达到了连续、快速掘进的目标，缩短了工期。