考虑截面扁平化和翘曲的土-隧相互作用模型

基于广义梁理论与三维空间土抗力,将隧道视为在弹性地基梁上的具有弯曲、剪切、翘曲和扁平化4个变形模态的薄壁圆环结构,推导了横纵向相互耦合的土隧相互作用模型。结合案例验证了模型的有效性,并通过参数化分析得到了隧道厚径比、土抗力系数对隧道横纵向结构响应的影响规律。研究表明:高应力压载条件下大直径隧道翘曲和扁平化效应显著,截面呈现典型的“横鸭蛋”形式。翘曲将加剧隧道的纵向应变,增幅可达30%以上。隧道厚径比越小,其横纵向变形越大,增幅均可达30%左右。相较于法向土抗力系数,隧道纵向受力性能对切向土抗力系数更为敏感而横截面受力性能对双向抗力系数的敏感性一致。

上海超深基坑地下连续墙的空间变形特性实测分析

基于大量现场实测数据,对上海城区某大型通道工程超深基坑在开挖和降水耦合作用下地下连续墙的空间变形特性及规律进行了详细分析与研究。结果表明:①当基坑长深比、长宽比较小时,受坑角效应影响,地下连续墙变形呈现显著的三维效应,且局部出现较大横向挠曲,其中靠近坑角两侧的局部挠跨比大于中部,靠近坑角两侧的横向挠跨比平均值约为(0.32~0.56)δ_(h)/H_(e),跨中位置横向挠跨比平均值约为(0.15~0.23)δ_(h)/H_(e);②地下连续墙最大侧移δhm随着开挖深度H的增加而呈非线性变化,特别地当开挖深度H超过12m之后,其变化率明显增加;③大幅度坑内超前预降水的卸荷效应会造成地下连续墙先期变形显著增加,并导致后续累计变形的大幅增加,受此影响,基坑开挖期间地下连续墙最大侧移及竖向变形分别为0.7%He,0.1%He(回弹),坑中立柱回弹变形最大为0.2%He,约为地下墙回弹的两倍,各变形量均显著大于上海地铁标准车站基坑(深度16~20 m)的实测统计数据。因此,在超深基坑施工过程中应尽量采用分步降水方式,避免一次性预降水。

基于数字孪生的建设工程项目管理数字化

我国大型建设项目具有规模大、工序复杂交叉、信息碎片化、劳动力短缺等问题,对传统项目管理方式形成了挑战,项目管理数字化需求十分迫切,其中数字孪生是当前实现项目管理数字化的重要手段。通过研究数字孪生的内涵、孪生映射以及数字孪生成熟度评价,并结合南通绕城高速公路项目的应用实践,总结并提出基于数字孪生的建设项目管理数字化转型的实现路径、技术手段及建议。主要结论如下:(1)基于数字孪生内涵,构建了建设项目管理的数字孪生模型及考虑生命周期、模型映射、功能和数据完备性的四维度数字孪生成熟度评价模型。(2)采用BIM、GIS、UAV和IoT技术集成,在BIM“一模到底”理念下构建以BIM为数据载体的高速公路项目的数字孪生模型,实现孪生体虚实精准映射。(3)基于数字孪生的工程项目管理数字化具有提升组织管理能力、管理效益提升、提升工程质量、项目数字资产价值再生等意义。(4)为切实推动建设项目管理数字化,需根据项目特点,着力解决项目结合、理念转变、组织保障和技术支撑等问题。

地铁车站明暗挖施工引起的地表沉降叠加效应研究

为满足复杂环境下大型地下空间的高效开发需求,地下工程采用明暗挖工法进行组合施工的趋势日益明显。而近距离的明挖与暗挖施工会产生地层沉降叠加效应,研究其规律对于施工控制及环境安全较重要。以徐州地铁彭城广场站工程为背景,采用文献调研及数值模拟法对明暗挖组合式地铁车站开挖施工引起的地表变形规律进行研究,并与单一形式的明挖和暗挖引起的地表沉降特征进行对比。研究结果表明,明暗挖施工引起的地表沉降叠加效应与两者的先后开挖顺序及基坑与隧道间距相关。地表沉降叠加形态随基坑与隧道间距变化,随着基坑与隧道间距的增加地表沉降形态从单凹槽形变为双凹槽形;先明挖后暗挖顺序下暗挖隧道施工引起的最大地表沉降增加,先暗挖后明挖顺序下明挖基坑施工引起的最大地表沉降减小。

矩形管片隧道纵向等效抗弯刚度与抗弯性能研究

基于等效连续化模型,推导了矩形管片隧道在任意压弯组合状态下的纵向等效抗弯刚度计算方法,并针对矩形管片隧道的特点,对4种不同中性轴位置的等效抗弯刚度计算方法分别进行了讨论。在此基础上,进一步分析了压弯比、宽厚比、螺栓个数以及截面形状等关键设计参数对抗弯刚度的影响,并给出了4种中性轴位置转变对应的临界压弯比。研究结果表明:隧道纵向抗弯刚度有效率随着压弯比、螺栓的个数以及环宽厚比的增大而增大,而随着截面宽厚比和宽高比的增大而减小。中性轴的位置不仅仅与截面的尺寸以及材料属性相关,还与压弯比的大小有关。临界压弯比随着截面宽厚比的增大而减小,且对截面形状变化表现敏感。上述结论对于矩形管片的优化选型及设计计算具有重要理论参考价值。

基于CRITIC-TOPSIS的深基坑风险分区动态评价

为解决深基坑工程风险评价中的主观性影响及场地风险的细化分区与跟踪问题,本文提出了一种基于现场实测数据的相关性赋权法(CRITIC)与优劣解距离法(TOPSIS)相结合的深基坑施工风险分区动态评价方法。首先根据基坑测点布置划分子区域,以周边环境变形、基坑变形及地下水位变化等为评价指标,以现场实测数据为基础,采用CRITIC法确定指标权重,基于TOPSIS方法与模糊理论实现对基坑各分区施工风险的动态评价,最后通过上海某地铁深基坑工程案例应用,验证了该方法的有效性。结果表明:(1)本案例在深基坑施工风险评价中起主导作用的指标为地表沉降累计、地表沉降变化速率、坑外水位累计、坑外水位变化速率和地下连续墙顶水平位移变化速率;(2)随着基坑开挖施工的进行,累计类指标的权重计算值总体上在增大,而速率类指标的权重计算值总体上在减小;(3)空间分布上,基坑各分区风险为长边区域风险>短边区域风险>角部区域风险;(4)时间变化上,基坑各分区的风险等级变化不大,基坑开挖过程中基坑本身与周边环境均处于比较稳定的状态。以上风险评价结论与现场符合度较高,表明CRITIC-TOPSIS法能够有效避免专家赋权的主观性,可用于深基坑工程的施工全过程风险评价。

苏州地区大尺度深基坑变形性状实测分析

以苏州广播电视总台现代传媒广场大尺度深基坑(面积为33500 m2)为工程背景,并收集了该地区11个采用钻孔灌注桩围护、顺作法施工的方形基坑(长宽比1.01~2.68)及至少23个采用地下连续墙围护的长条形地铁车站基坑的实测数据,全面地对比分析了苏州地区采用不同挡土结构、不同形状的大尺度深基坑的变形性状。研究结果表明:1方形基坑连续墙最大侧移值(δhm)平均值为0.08%He;地铁车站基坑连续墙δhm平均值为0.20%He;2方形基坑和地铁车站基坑的围护结构最大侧移点埋深(Hm)分别落于(He-10,He+5)和(He-7,He+8)范围内。采用混凝土支撑的基坑的Hm稍小于采用钢支撑的基坑的Hm;3同样采用地下连续墙围护的本工程方形基坑和长条形地铁车站基坑的墙后地表沉降最大值(δvm)的范围分别为(0.01%~0.09%)He和(0.04%~0.27%)He。地铁车站基坑墙后地表沉降影响范围约为4.5He,大于方形基坑墙后地表沉降的影响范围;4本工程方形基坑和地铁车站基坑δvm/δhm的范围分别为0.13~1.07和0.22~1.65;5方形基坑和地铁车站基坑的立柱隆起值(δcu)分别为(0.07%~0.26%)He和(0.10%~0.23%)He;6大尺度方形基坑和地铁车站基坑表观土压力包络线峰值分别为0.80γHe和0.87γHe,皆出现在开挖面以下(0.21~0.64)He处。采用Terzaghi和Peck及日本土木学会建议的土压力分布模式会显著低估该地区大尺度深基坑表观土压力峰值。

盾构近距离穿越施工的工作面土压力研究

盾构近距离穿越已建地下构筑物位移场的影响因素及其敏感性与常规施工有较大的不同。结合上海地铁四号线隧道超近距离穿越运营地铁隧道的工程实例发现当盾构接近上方近距离(净距为1.05m)地铁隧道时地层土压力发生较大变化,相应的盾构土舱管理压力需作相应调整。根据隧道受荷机理及弹性力学原理,找到了这一问题的理论依据,便推导了相关理论公式,并在实际工程中设计了盾构土仓管理压力分步台阶控制方案,对盾构控制起到了很好的指导作用,成功地将地铁位移控制在5mm之内。土压力实测结果与理论推算的数值大小及分布相当接近,说明所采用的理论方法是正确可靠的,在盾构超近距离穿越施工中具有重要指导意义。

咬合桩支护结构的抗弯承载特性研究

钻孔咬合桩作为一种较为新颖的基坑挡土墙形式,其抗弯承载力特性对于基坑挡墙的设计来说至关重要。在室内试验的基础上,根据缓凝时间要求,确定C30超缓凝混凝土的配比;通过相似模型试验对咬合桩支护结构在考虑素桩作用下的抗弯承载力特性进行研究,揭示了咬合桩从弹性到塑性破坏不同阶段荤素桩力学行为,提出了其抗弯承载力计算方法.进一步结合上海地铁某咬合桩试验段,通过实测钢筋应力和测斜曲线推算了不同工况下咬合桩抗弯承载力的发挥情况.实测情况表明,考虑素桩作用的抗弯承载力设计是合理的。

软土盾构法隧道纵向应力松弛规律的实测分析

为研究软土盾构法隧道的纵向应力松弛特性,对钱江隧道典型断面的管片体、衬砌环面的纵向应力松弛特性和环间纵向连接螺栓轴力的时变特性进行了长达两年的现场实测。结果表明,软土盾构法隧道管片体的纵向应力松弛将经历周期性剧烈波动、动态稳定、逐渐衰减、趋于稳定四个阶段的演变,其纵向应力平均值由3 MPa逐渐松弛为1.2MPa,在达到稳定前至少需要1 a时间;与此同时,衬砌环缝面上的接触应力松弛也经历上述4个阶段的演变,其接触应力平均值由2 MPa逐渐松弛为1 MPa,在达到稳定前至少需要18个月;隧道环间连接螺栓轴力先减小、然后暂时稳定、最后增大,且在经历了2 a的显著波动后仍未稳定表明隧道纵向应力松弛导致接触状态仍处于复杂的演变过程之中,其最终稳定需要更长时间。软土盾构法隧道的纵向应力松弛是衬砌环间接触调整、土体–隧道结构接触调整和螺栓体松弛三大要素的时变性及其共同作用的结果,可导致隧道环面接缝刚度降低、环间抗剪承载力下降、环间接缝的防水密封性能弱化等,应引起工程界重视。

盾构隧道叠交施工引起的土层位移场分布规律

考虑盾构隧道叠交施工之间的相互影响,应用边界单元法对相邻隧道开挖过程中的三种典型叠交位置关系,引起的地层位移场分布规律及相互影响进行分析。分析结果表明:单条隧道开挖引起的地表最大沉降值出现在隧道轴线的正上方,而两左右或上下相邻隧道开挖的地表及土层内部的最大沉降值则出现在两隧道的纵轴线之间,且偏向上方埋深较浅的隧道。隧道开挖引起的地层深层与浅层变形趋势是一致的,但在两隧道轴线上方深层土体的沉降要远比浅层土体大。叠交隧道的埋深及其相对空间位置关系对土层的位移场有较大的影响。

钱江隧道管片拼装过程中的力学行为实测分析

钱江隧道是目前世界上最大直径的软土盾构法隧道工程之一。通过在典型地层深埋段埋设全断面的隧道试验环,对盾构拼装管片的全过程及拼装后管片结构的受力特征进行了现场实测。监测结果表明,管片结构内力在拼装过程中受到管片相对位置及相互接触关系的变化影响,经历了波动、微调整直至平衡状态的变化过程。多数管片在拼装阶段的实测内力小于正常使用阶段管片理论内力的30%,但高于拼装阶段管片内力的理论值,最高可达到拼装阶段理论值的10倍以上。管片拼装过程中的内力实测值经历了波动或跳跃后逐渐逼近拼装阶段的理论值。值得注意的是,实测值的变化曲线表明:个别管片局部内力出现突变,实测突变值达到正常使用阶段理论值的3倍以上。因此,尽管管片之间通过管片间接触条件及相对位置的调整使管片结构的内力较快调整至正常状态,但该过程中出现管片内力局部过大的情形对管片结构的耐久性和长期承载性能可能造成影响,在今后的设计和施工控制中应予以充分考虑。

钢纤维管片接头局部应力的数值模拟试验

为评价少筋钢纤维混凝土管片接头的力学性能以便于工程中推广应用,对管片接头及手孔在施工及使用阶段的局部应力进行了三维非线性有限元数值模拟试验。内容包括:①施工阶段,千斤顶作用下管片的局部抗压性能;②施工阶段,盾构均匀推进及纠偏工况时管片变形及环缝上的应力、应变分布;③使用阶段,使用荷载作用下管片体、纵缝的变形及应力分布。结果表明:不论在施工阶段还是使用阶段,管片体、接头的主压应力均在允许范围内,但接头榫头局部主拉应力偏大,超出了钢纤维混凝土的抗拉强度,设计时需要加强;而手孔部位的局部主拉应力较小,均在控制应力范围之内。

盾构法隧道管片拼装过程中的衬砌内力解析

传统的盾构隧道管片衬砌设计常常将拼装完成的整环衬砌承受水土等外部荷载作用视为最不利工况,但隧道衬砌均要经历成环前拼装及成环后承受外部荷载作用等两个阶段,每个衬砌环所产生隧道变形又构成了后续衬砌环拼装的先期变形条件。特别是对于超大直径管片隧道或在较为困难的施工条件下,较大的先期变形将对隧道拼装内力产生显著影响。显然这种影响与管片接头构造及施工过程密切相关,不合理的设计与施工可导致管片碎裂、渗水等现象而影响隧道的长期使用与耐久性。针对这种情况,对盾构管片衬砌的整个拼装成环过程进行力学解析,并在计算中创新性地引入环间螺栓孔错位的影响。通过计算实例分析一般变形条件下管片分步拼装成环阶段的基本受力特点,以期可以据此优化盾构隧道衬砌结构与构造设计、管片制作及拼装施工控制等,提高隧道衬砌环的施工质量。

地铁深基坑变形数据的挖掘分析与风险识别

基坑工程的隐患发展成工程事故之前兆,必定表现在监测数据某些特征的异常变化,此时若据此及时采取相应的措施,便能够以很小的代价避免或降低工程风险。以地铁基坑工程的大量监测数据为基础,通过数据挖掘方法寻找工程风险和变形数据特征变化值之间的内在联系和相关规律,以形成量化的评判指标来识别和评价工程的危险程度,从数据分析的角度提供了一种发现和控制工程风险的办法。

盾构上下夹穿运营地铁的变形控制与实测分析

结合上海地铁某区间隧道上下夹穿运营地铁的工程实例,首先采用数值模拟的方法,对先上后下和先下后上两种不同穿越次序引起的地铁隧道变形及地层扰动影响进行了比较分析。计算结果表明:近距离夹穿情况下盾构扰动引起的地层位移场分布呈现较为复杂的变化。然后,通过进一步分析对比这种复杂变化导致的风险,得出先下后上的穿越次序对隧道的变形及周边环境的的控制更为有利的结论,并制订了针对性的变形控制措施。最后,结合现场实测数据,验证了理论预测及施工措施的合理性,为类似穿越情形的盾构施工控制提供了参考。

盾构近距离穿越相邻隧道施工的数值解析

近距离穿越施工时盾构对周围地层位移场的影响明显不同于常规施工。结合上海地铁隧道近距离穿越工程实例,运用边界单元法模拟分析了掘进施工过程中盾构对已建建筑的影响,同时对施工参数进行了理论探讨。结果表明,盾构壳体是影响周围地层的主要因素,而且其影响具有滞后性和累积特性,在施工中需要超前控制。

地中弹性边界对盾构近距离掘进位移场的影响

通过工程实践发现,地下构筑物的存在对盾构穿越施工引起的位移场分布有较大影响,从而对盾构穿越构筑物的变形预测与控制也有较大影响。为分析预测盾构超近距离穿越地中构筑物施工过程中的地层变形特性,将地中构筑物视为弹性边界,运用边界单元法进行模拟分析。根据弹性理论的小变形假设及弹性边界的变形协调条件,地层中的位移场可以认为是由盾构推进和弹性边界上作用力同时引起的位移场的叠加。计算结果表明:考虑弹性边界时土层中的位移场与常规不考虑弹性边界的影响有较大的差别,其计算结果对盾构近距离掘进中位移场的精确预测及超前控制具有重要意义。实际工程问题可以根据所提的理论计算得出盾构与弹性边界的关键控制距离,以超前控制盾构掘进施工,确保近距离保护对象的安全。

穿越不同建(构)筑物的地铁盾构选型与控制

结合上海市穿越不同建(构)筑物的地铁盾构工程实践,对盾构分别穿越运营地铁隧道、危旧敏感建筑物、浅基建筑群和桩基础时的盾构选型、微扰动控制参数以及相关应力与变形规律等进行了分析.在盾构掘进引起的动态位移场条件下,提出了盾构选型及其施工参数的控制方案;另外,在分析盾构穿越桩基础时桩端应力分布的基础上,提出了控制桩端距离的建议.

盾构法隧道信息化施工控制

依据软土盾构法隧道施工的基本原理、工程技术和工程经验,对盾构法隧道施工参数及监测信息进行了分解与分类处理,得到了施工参数中控制施工质量的关键因子及其对应的信息因子。并采用地层结构等分析模型,结合控制论方法,推导了它们之间的相关方程。在此基础上进一步提出的信息化控制方法中采用渐进递推方式,通过施工过程的动态跟踪,采集工程监控数据并对施工参数进行调整优化,指导全段施工过程,同时可以依据前步施工监测信息及施工参数的变化规律,推断下步施工工况及其对策。最后结合工程实例验证了模型的可靠性,为实现岩土工程的信息化控制提供了理论依据和方法。