大尺寸矩形顶管始发井反力墙数值模拟与监测

为分析顶推反力荷载对墙后土体位移、应力、孔隙水压力的影响,以及不同反力加载深度、土体弹性模量、加固体厚度、加固体深度对墙后土体水平位移的影响,建立顶管顶进过程中工作井反力墙稳定性的动态三维有限元分析模型,研究结果表明： 1）反力荷载仅影响对应的部分土体区域,反力加载区域附近的土体水平位移变化大; 2）地面除0 m附近出现较大沉陷外,其他位置均表现为隆起,隆起呈平行“波痕”状; 3）反力荷载只是改变墙后土体的土压力类型,没有改变土压力的分布形态; 4）顶推反力的大小对土体孔压的变化影响轻微; 5）反向顶推力合力点深度及土体弹性模量对土体侧向位移影响较大; 6）加固体深度和厚度对土体侧向位移影响轻微。     

矩形顶管隧道群施工对后背土体扰动规律的初步研究

为更准确地计算矩形顶管隧道施工所需顶推力,揭示小间距顶管隧道群施工中后背土体在顶推力多次叠加作用扰动后的变化情况。首先,基于现有顶管顶推力相关计算公式推导出适用于矩形顶管的顶推力计算公式。然后,整理分析某顶管隧道群工程施工中后背土体水平位移、土压力实测数据,论证矩形顶管顶推力计算公式的正确性与合理性,得到后背土体受顶推力作用产生的水平位移是以隧道中心处为最大值的弓形分布、土体在顶推力二次作用下会产生更为显著的变化且存在残余应力现象等结论。最后,采用统计方法对顶推压力与后背土体水平位移、土压力之间的数据进行处理,取得后背土在顶推压力作用下产生水平位移与土压力的经验公式。     

软土地区双向大直径平行顶管工程的施工方案设计

结合天津闸南路软土地质顶管工程的双向大直径平行顶管工程的施工方案设计,从工作井平面布置、尺寸选定、支护方案、顶力计算、后背墙设计、洞门止水、软弱土体加固和机械选型等方面进行了阐述。在实际施工中,圆满地完成了天津闸南路顶管工程施工。该方案设计经济、施工简便、安全可靠,应用效果良好,可为类似工程提供参考。     

郑州地铁4号线商都路站1号地下通道矩形顶管施工过程数值模拟与现场监测

为研究顶管施工对既有污水管道的影响,以郑州市轨道交通4号线商都路站1号大尺寸矩形顶管工程为背景,基于剑桥模型,建立矩形顶管工程施工的有限元分析模型,研究顶管顶进过程中顶管施工影响范围内典型纵断面和横断面的地表沉降变化规律。计算结果表明:1)对于浅埋顶管,顶管施工对地表的变形影响整体表现为沉降; 2)顶管机侧摩阻力、顶推力共同作用会造成地表短时间隆起,隆起范围为开挖断面后15～30 m; 3)污水管道主要影响隧道侧边上部范围土体水平应力的分布,对隧道深度范围内侧边土体水平应力的影响可以忽略不计,但是大大减小了污水管与管节之间土体竖向应力,减小幅度达到100 k Pa。     

砂质地基沉井施工对周围环境影响研究

马鞍山发电厂扩建工程循环水泵房采用沉井基础。为了防止沉井施工导致周围结构物和建筑物桩基损坏,在沉井施工过程中进行水位、土体水平位移和桩顶位移监测。监测分析结果表明:土体的水平位移随着深度增大逐渐减小,随距沉井壁距离增大也逐渐减小;同时沉井的尺寸越大,对土体水平位移影响越大;桩基受土体位移影响发生位移并与土体位移保持一致,桩基经检测未发生破坏。     

矩形顶管顶推力对上部地表位移影响规律研究

矩形顶管凭借空间利用率高、覆土浅等特点在市政工程项目中应用得越来越多,但类似的工程案例与研究却有限。以某过街通道项目为研究对象,采用Midas/GTS软件进行三维数值模拟,分析矩形顶管施工过程中对上部地表位移的影响。研究发现顶推力为1.0P(P为开挖面中心处土体竖向压力)时矩形顶管对掘进面前方土体影响范围相对最小,为1.0D(D为管片长边尺寸),开挖断面横向影响范围为±3.5D。同时探讨了顶管上部地表沿顶进方向水平位移的变化机理。     

无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度研究

为确定深水条件下无封底嵌岩钢板桩围堰在硬岩中的合理嵌固深度，以东江北干流特大桥76号墩承台围堰施工为背景，建立钢板桩-回填土-硬岩相互作用三维有限元模型，分析嵌固深度0～2.4 m对钢板桩等效应力、变形以及引孔槽口硬岩等效应力分布的影响。结果表明：嵌固深度对钢板桩的等效应力及变形影响较小。引孔槽口硬岩顶部区域沿水平方向存在规律性、间歇性的应力集中区，是可能发生引孔槽口硬岩踢脚破坏的薄弱区域。不同嵌固深度下，引孔槽口硬岩等效应力沿水平及竖直方向的分布规律高度相似。相较于嵌固深度0 m,嵌固深度1.5 m的引孔槽口硬岩应力集中区最大应力显著降低约14%,有利于引孔槽口硬岩的稳定性；当嵌固深度增加到1.5 m以上时，继续增加嵌固深度不会降低引孔槽口硬岩的等效应力，无法进一步提高引孔槽口硬岩的稳定性。     

拱北隧道曲线管幕钢管节长度优化研究

管节长度是拱北隧道曲线管幕设计和施工的关键参数,为了优化计算曲线管幕管节长度,通过分析顶进力和土体反力作用下的管节静力平衡条件,得出传统式和预调式2种曲线顶管土体反力分布模型。选取管幕顶部、中部、底部以及淤泥质层的顶管作为研究对象,分析不同管节长度和土体参数对管节土体反力的影响规律。结果表明:传统式曲线顶管土体反力在首节管处最大,且随管节长度增加而减小;相反,预调式曲线顶管土体反力在首节管处最小,且随管节长度增加而增大。初步分析确定管节长度为4~5 m,为减少超挖量、便于纠偏以及考虑到工作井尺寸等问题,工程最终采用管节长度为4 m的传统式曲线顶管法顺利完成。     

浅覆土矩形顶管施工对邻近基桩的影响规律研究

为研究因顶管施工的挤土效应对邻近高架桥基桩水平变形的影响，以无锡地铁青石路段1号地铁出入口为例，采用MIDAS GTS软件模拟浅覆土条件下矩形顶管顶进施工，计算在不同的顶管顶进距离、基桩与隧道间净距，以及不同的顶管开挖面顶进压力、管节与土体间摩阻力条件下的基桩水平变形。结果表明： 1）矩形顶管顶进施工时会造成邻近基桩发生沿顶进方向和垂直顶进方向的水平变形，且以沿顶进方向的水平变形为主； 2）不同于其他矩形顶管工程，浅覆土条件下基桩受顶管施工的影响范围约为隧道外4D（D为矩形顶管长边尺寸），基桩的水平变形随着净距的减小而增大，且当净距小于2D时，其水平变形呈非线性快速增加； 3）相对于开挖面顶进压力，管节与土体之间的摩阻力对基桩的影响更大，其水平位移变化可分为线性增长和非线性增长2个阶段。     

浅覆大跨度小净距隧道中岩墙及初支力学特性研究

通过建立后掘隧道的三台阶开挖数值分析模型,模拟D/B分别为0.5,0.75,1,1.25,1.5,2情况下,后掘隧道开挖对中岩墙多次扰动所引起的围岩塑性区分布、主应力差、水平位移等力学特性,并分析其对先行隧道初支内力的影响。通过分析中岩墙应力、变形随净距的变化,表明当中岩墙厚度小于0.75B时,中岩墙上部区域塑性区已贯通,塑性区范围急剧扩大,说明后掘隧道对中岩墙的受力变形和先行隧道支护结构受力极为不利。在D/B=0.5的不利情况下,可对中岩墙进行注浆加固处理,模拟结果表明注浆可极大降低初支受力,最大轴力减小了49.1%,最大弯矩减小了29.1%,大大提高了围岩稳定性。     

岳阳洞庭湖大桥葫芦形锚碇基坑施工监测方案及受力特性研究

针对岳阳洞庭湖大桥锚碇葫芦形基坑的几何特点,合理布置监测点,并确定各监测项目的监测频率与预警值。结合现场监测数据,探讨了围护结构深层水平位移、墙体钢筋应力和墙顶变形等实测值的变化规律。分析表明:葫芦形地下连续墙单圆直径比圆形地连墙小,可较好发挥圆拱效应;中部的中隔墙提高了地连墙的局部刚度,减小了中部的位移量;葫芦形地下连续墙的侧向位移呈明显的"S"形变化。由实测结果分析可知,葫芦形地连墙整体设计方案合理,效果良好,内力与变形均可满足规范要求。     

某隧道盾构工作井内墙施工顺序的探讨

采用midas-gts数值计算软件对隧道工作井内墙施做顺序进行了模拟,从地连墙位移、斜撑内力等两个方面来探讨工作井内墙顺做及逆做的优越性,计算结果表明:内墙顺做时地连墙深层水平位移最大值大于《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497-2009)表8.04规定的水平位移报警值(40~45mm),而内墙逆做时地连墙位移均小于报警值;内墙逆做及顺做两种情况下斜撑轴力及弯矩值相差较大,内墙顺做时最大轴力值是内墙逆做的3倍多,最大弯矩是内墙逆做的2倍多,内墙顺做时斜撑轴力及弯矩均过大,不利于结构截面尺寸及配筋的设计。     

下穿公路对既有铁路桥梁位移与内力的参数敏感性分析

对下穿公路填方进行数值模拟,从桥墩水平位移、竖向沉降、桩基附加力等方面分析土体弹性模量、土体黏聚力、土体内摩擦角、软土厚度、公路填土高度、桥墩高度、铁路扣件参数等变化对既有铁路桥梁位移和内力的影响。结果表明,铁路结构水平位移对土体内摩擦角的变化最敏感,竖向位移对软土厚度、土体弹性模量、公路填土高度的变化较敏感,桩基附加力对公路填土高度的变化较敏感。     

基于预留支护假设的小净距隧道中央岩墙应力简化计算方法

小净距隧道中央岩墙在施工过程中会经历多次扰动,因此,如何保障其安全性和稳定性是设计和施工的重点,而获取其受力状态是科学制定设计和施工方案的前提。针对小净距隧道中央岩墙受力特性及其影响因素,研究了其应力分布规律和简化计算方法。在隧道围岩内部"预留支护"的假设前提下,首先得到"预留支护"界面上荷载分布的表达式,进而得到预留支护界面上的正应力与剪应力分布规律,并在此基础上计算中央岩墙所受平均正应力和附加弯矩,最后得到了中央岩墙在一定条件下的计算方法和分布规律。结果表明:小净距隧道中央岩墙应力分布规律可以通过"预留支护假设-界面正应力和剪应力分析-中央岩墙平均应力和附加弯矩-岩墙最终应力分布"的思路完成简化计算。中央岩墙应力分布规律与隧道半径、岩墙自身厚度以及初始地应力等因素有关。岩墙厚度和一侧隧道半径一定,另一侧隧道半径增大,岩墙整体应力逐渐增大,小半径隧道一侧的应力稍大;随着两洞室半径趋于相同,应力分布也呈现左右对称的趋势;在岩墙厚度较小时,适当增加岩墙厚度对减小其平均应力的效果很明显。在两隧道半径一定时,随着岩墙厚度增加,应力逐渐减小,分布逐渐变得均匀,由附加弯矩引起的两侧应力差也随之越小。     

浅埋顶管沉井周边土体的三维破坏形状及沉降研究

为研究顶管沉井及周边土体在顶进力作用下的形变范围与大小，以加固旋喷桩作为沉井周围加固体建立ABAQUS软件计算模型，并将模拟结果与工程实例、PLAXIS 3D软件所得结果进行对比分析。同时，采用广州地区花岗岩残积土进行室内沉井模型试验，并通过试验结果对数值模拟结论进行验证，得出结论如下： 1）在开挖基坑前达到设计强度的旋喷桩能有效减小基坑周边土体塌陷变形、坑底隆起。2）在施加工作顶推力下，前侧主动区首先出现贯通裂缝，竖向位移斜率增大出现明显拐点；继续增大顶推力，土体位移会急剧增大导致地表沉降严重。3）对于后背土体，在顶推力作用下，地表破裂线的切线角度从0°逐渐增大至45°+φ/2，导致破裂范围也不断扩大；达到45°+φ/2处后，继续施加顶推力会导致短轴方向破坏范围扩大的速度较长轴方向的速度更快；三维空间中被动区破坏土体在地表处产生形状为椭圆的破坏面，椭圆长轴方向为顶推轴线方向，被动破坏体呈现为牛角状椭圆楔体。     

衡重与扶壁式组合挡土墙的设计分析

以青岛市崂山路路基支护工程为例,根据挡土墙高度、地质条件、场地的限制等特点,采用衡重与扶壁式组合挡土墙进行联合支护,给出了相应的计算模型。通过有限元软件对组合式挡土墙墙体应力和墙顶位移进行分析,得到了墙面板水平方向位移沿墙高的分布规律和墙顶应力分布规律。通过稳定性分析论证了这种组合式挡土墙的可靠性。该设计成果对类似工程具有一定的指导和借鉴意义。     

拼装式下穿大尺寸框架涵力学性能分析

为研究拼装式下穿框架涵的力学性能,首先以原尺寸按1∶4的比例缩放制作了混凝土模型,进行加载后得出位移及应力结果。通过Ansys软件分别建立梁单元和实体单元模型进行计算,其中结构底部与土体的相互作用通过文克尔弹性地基模型模拟。另外,该文利用有限元方法研究了不同回填土厚度对结构的影响并得出了最合适厚度。最后,探讨了连接处由于钢板锈蚀问题引起的刚度退化对结构性能的影响。经过分析可知该结构受力性能可靠,拼装式框架涵可以在更广范围内推广。     

土岩组合地层盖挖法车站“吊脚桩”基坑设计优化研究

以青岛地铁3号线五四广场站为研究对象,对土岩组合地层地区的吊脚桩设计要点进行研究。通过数模模拟,对土岩组合地层中"吊脚桩"基坑的支护体系变形及内力、"吊脚桩"嵌岩深度与预留岩肩宽度的关系进行了分析,并对有竖向荷载的"吊脚桩"进行了研究。研究表明:1)随着开挖深度的增加及锚杆的施工,预应力锁脚锚杆对吊脚桩桩底水平位移的控制作用明显。2)随着嵌岩深度和肩岩宽度的增加,吊脚桩桩身最大水平位移呈减小趋势,嵌岩深度取2.0 m,岩肩宽度取1.5 m较为合理。3)由于桩脚嵌入中风化花岗岩,桩顶位移不受竖向荷载控制,仅随开挖深度增加而明显增加;桩身弯矩稍有增大,但变化值极小。     

主被动状态间墙体侧向位移与土压力关系

为了研究从静止到主动状态或从静止到被动状态下墙体侧向位移与墙背土压力大小的关系,以应力Mohr圆为出发点,通过引入内摩擦发挥角,推导了主动与被动状态间土压力与内摩擦发挥角的统一表达式。根据所构建的墙体位移与土体剪应变几何方程以及等极限应变下的剪应变-剪应力理想非线弹塑性物理模型,建立了能基本反映土体应力-应变特性和墙后填土初始应力状态的墙体位移-土压力统一函数关系式,并结合Coulomb土压力模型近似考虑了墙背与填土间摩擦力的影响。研究结果表明：影响墙体位移-土压力关系的核心要素是墙背初始应力状态、墙后滑移区范围及填土应力-应变特性;初始侧压力系数的增加,直接导致进入主动与被动状态所需墙体位移出现相应的增大和减小,墙体位移-土压力曲线沿水平轴呈现出整体平移的变化;土体内摩擦角和墙土摩擦角的改变会引起滑移区范围的变化,从而使墙体位移-土压力曲线整体放大或缩小;填土应力-应变特性是墙体位移-土压力关系的微观本质,其模量比与极限剪应变对墙体位移-土压力曲线的平缓程度及极限状态下的墙体位移大小影响显著。     

预制桩沉桩施工对临近综合管廊的影响

新城区开发中大量应用预制预应力高强度混凝土管桩(PHC桩)会产生明显的挤土效应,可能会对临近的综合管廊造成一定影响。利用应变路径法分析沉桩效应,得到预制桩施工挤土造成的土体水平位移,根据土体位移应用有限单元法分析临近综合管廊的变形和内力。研究表明:受临近预制桩施工影响,综合管廊呈整体水平移动;管廊两侧侧墙弯矩有明显增长;受不均匀的土体水平位移影响,本文案例中管廊纵向需承担一定程度的挠曲。