考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明:在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。

软黏土基坑开挖诱发邻近桥梁桩基的时变响应

利用PLAXIS 3D软件和软土蠕变模型,建立某市政道路下穿市域铁路桥梁基坑工程的三维数值模型,通过与实测数据的对比验证模型的合理性.将软土蠕变模型退化为软土模型,考虑桩顶约束条件,对比分析桥梁群桩的时效水平响应.结合两阶段法,将数值计算得到的土体自由场时变沉降作为“外荷载”作用于桩基,利用考虑桩土往返剪切的荷载传递方法,计算桩身自重、桩顶荷载和后续近接工程基坑开挖作用下桩基的竖向力学响应.结果表明:1)土体蠕变对邻近桥梁群桩变形、内力的影响较大,甚至不亚于墙体瞬时变形的影响;2)桥梁群桩桩身的变形、内力与离开坑壁的距离呈负相关,并表现出群桩的遮帘作用,桩顶的变形、内力则由桩顶约束条件决定;3)对于桩顶承受荷载不大以及后续受近接工程基坑开挖扰动不大的深厚软弱地层中的桥桩桩基,在以桩顶变形为控制目标时,存在合理桩径和合理桩长.

软黏土基坑开挖诱发坑外地表沉降的时效解

对比理论和实测研究成果,发现既有坑外地表沉降计算方法不适用于蠕变效应显著的软土基坑。借助Lame方程和三参量黏弹性地基模型,推导得到柔性挡墙任意变位诱发坑外地表沉降的时效半解析解;将理论计算方法应用于杭州软土地区的两个深基坑工程实例,分析了从基坑开挖到地下室回筑的施工全过程中坑外地表沉降的发展规律。结果表明:(1)软土蠕变诱发不依赖于挡墙附加侧移的地表沉降,不仅导致软土基坑开挖期间的地表最大沉降与挡墙最大侧移之比远大于非软土基坑,而且引起坑外土体在地下室回筑期的持续沉降;(2)软土蠕变诱发的地表沉降随挡墙侧移的增大而增大,表现为凹槽沉降模式;(3)深厚软土深基坑的地表最大沉降与挡墙最大侧移之比主要受软土蠕变性和施工时间等因素的影响,与挡墙侧移量的关系不明显。

临近既有河道的隧道掘进引起的地表沉降

传统的隧道施工诱发地面沉降问题的研究通常假定地面为水平,目前针对大直径盾构或顶管隧道工程在既有河道附近的复杂边界条件下掘进所引起的地面沉降的研究不足.以杭州某泥水平衡掘进顶管法隧道工程实例为背景,基于影像源法,考虑土体非均匀收敛,采用叠加原理给出临近既有河道条件下隧道施工引起地表沉降的解析解,并与工程实测数据进行对比.参数分析表明,隧道与河道间的水平距离越小,地表沉降槽的非对称性越显著,由隧道掘进引起的地表沉降越大;与无河道情况相比,沉降槽峰值的增幅最大可超过30%,从环境保护和施工安全的角度出发,在实际工程中隧道施工时应尽量远离河道;随着隧道埋深的增大,由隧道掘进引起的地表沉降越小,而当隧道拱腰深度大于邻近既有河道深度时,靠近河道附近的地表沉降明显大于无河道情况下的,此时更应重视既有河道的影响.

考虑上浮效应的顶管施工引起下方盾构隧道响应简化分析方法

新建顶管上穿施工会引起下方既有盾构隧道纵向隆起位移,影响地铁的正常运行。大直径顶管在注浆充足或在地下水位以下顶进时上浮效应不可忽略,而目前的简化分析方法尚未考虑此效应。采用两阶段法,将既有隧道视为Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,提出考虑上浮影响的土体非均匀收敛模式下,新建顶管上穿施工引起下方既有隧道响应的简化计算方法。研究表明,均匀土体收敛模式、下沉的非均匀土体收敛模式会低估顶管下方的土体自由位移、既有隧道的纵向位移响应,与工程实测数据的对比验证了所提方法的合理性。进一步参数分析表明,降低土体损失率能有效减少既有隧道竖向位移与弯矩,且土体损失率与既有隧道最大竖向位移和最大弯矩呈线性关系;既有隧道与土体的管土刚度比的增大可减小既有隧道竖向位移,但也会增大隧道管片弯矩;增大顶管与既有隧道竖向净距有利于既有隧道竖向位移与弯矩的控制,实际工程应根据既有隧道的保护要求和顶管的上覆土厚度要求选择合理的净距。

双线平行顶管上跨地铁盾构隧道施工环境影响实测分析

基于现场实测数据,详尽分析了某粉砂性地层中近距离双线顶管从上方穿越既有运营地铁隧道过程中的环境影响,包括横向地表沉降分布、沉降随时间发展、地铁隧道上浮等规律.研究发现:单线顶管横向地表沉降曲线呈现为“V”形,双线顶管横向地表沉降曲线为不对称“W”形,且后行顶管轴线上方的地面沉降大于先行顶管;后行顶管施工期间,先行顶管轴线上方地面也产生明显沉降.Peck公式在顶管施工引起的地表沉降曲线预测中适用性较好:案例中对于单线顶管,沉降槽宽度参数为0.79,土体损失率为1.6%;对于双线顶管,先行、后行顶管的沉降槽宽度参数分别为0.74和0.58,前者是后者的1.28倍;先行、后行顶管土体损失率分别为2.41%和3.11%,后者是前者的1.29倍.顶管顶进使下卧地铁隧道的纵向产生“W”形竖向位移分布曲线,顶管穿越完成后隧道的上浮存在滞后性;平行顶管上跨施工对下方地铁盾构隧道的纵向影响范围约为4~6倍顶管管径.后行顶管穿越监测断面时产生的瞬时沉降大于先行顶管;采用全方位高压喷射(MJS)工法预加固隧道上方粉砂土时降低了原状土的渗透性,顶管穿越后地面沉降仍将持续一段时间,可采用指数函数描述瞬时沉降发生后沉降随时间的发展规律.

堤坝软土碎石桩复合地基计算参数研究

目前确定碎石桩复合地基参数时,工程界常采用碎石与原状土参数按平面面积占比叠加的简化方法进行计算,对其适用条件较少关注。以卢旺达那巴龙格河二号水电站高土石坝深厚覆盖层软弱地基处理项目为背景,基于PLAXIS有限元平台,对不同面积置换率下含碎石芯软黏土复合试样进行三轴固结排水试验数值模拟,经室内三轴试验验证了数值模拟方案的合理性。对软土碎石桩复合地基的桩-土作用机制和土体硬化模型计算参数进行研究,将所获参数应用于坝基的变形分析,并与传统参数叠加法和碎石桩墙法进行对比。结果表明:采用数值复合试样法确定的土石坝软土碎石桩复合地基参数是合理的,在计算复合地基沉降时误差小;传统参数叠加法低估了软土碎石桩复合地基的沉降,仅适用于低应力水平、高面积置换率的情况,并且会高估复合地基的强度参数。采用数值复合试样法参数对坝基变形的二维有限元分析表明,根据坝体高度不同采取不同置换率的碎石桩分区加固地基的优化方案是可行的。

软黏土超深基坑的时变性状分析及简化算法

针对杭州某复杂环境下深厚软黏土超深基坑工程,通过探讨一期基坑实测结果与现行行业规程推荐方法计算结果差距较大的原因,研究了土体蠕变、混凝土支撑收缩徐变等因素对围护结构变形的影响,基于规程的弹性抗力法,引入考虑土体蠕变的水平地基反力系数的比例系数m的实用简化公式和混凝土支撑徐变影响的弹性模量公式,提出了软土超深基坑考虑时变效应的支护结构简化改进计算方法。分析表明,杭州深厚软黏土基坑的时变效应明显,当基坑施工周期较长时,土体流变和支撑徐变引起的位移可达墙体总位移的40%,现行规程推荐的围护体变形计算结果明显偏小,而提出的改进简化计算方法可以较好地模拟基坑施工历时对变形的影响。

软土地层地下空间逆作施工变形控制关键技术及应用

我国软土分布广泛,基坑开挖易诱发工程灾害。项目组针对软土地层地下空间开发中逆作基坑土方开挖和水平结构施工速度慢、挡墙暴露时间长、软土流变效应影响加剧、混凝土水平支撑结构收缩徐变显著等因素导致变形偏大、环境影响突出等工程问题,建立了系统的软土地层逆作基坑变形和稳定分析理论,研发了逆作基坑变形控制的系列核心技术,建立了“实时监测→快速反演→伺服调控”的基坑变形全过程监控体系,较好解决了软土地层地下空间逆作施工变形控制的关键难题。首次将逆作技术应用于软土地基既有建筑地下增层,提出了既有建筑地下增层的变形控制技术。项目成果已成功应用于200余项大型地下空间工程,经济效益和社会效益显著。

考虑圆孔不均匀收敛和空间效应的基坑坑外土体水平位移场分析

基坑开挖将使土体产生水平位移,过大的水平位移会使邻近地下结构受到破坏。基于圆孔均匀收敛假定的传统影像源法低估了浅层土体的水平位移,应用于工程实践偏不安全,且该方面的研究大多基于平面应变分析,不能考虑基坑的空间效应。借助虚拟镜像技术和微元法推导了考虑不均匀收敛特性的土体水平位移的二维和三维半解析解,将半解析解同实测数据、既有理论解以及有限元结果进行对比,提出符合实际情况的不均匀收敛模式;进一步地,基于杭州深厚软黏土地区工程实例对土体水平位移的空间效应进行了详细的分析。结果表明:向下收敛的极限为更接近实际情况的收敛模式;被广泛认为偏于安全的平面应变解无法考虑平行于挡墙的土体水平位移,低估了基坑角部附近浅层土体的总水平位移;工程实践中容易忽视的平行于挡墙的土体位移可能对邻近浅基础和地下管线等浅埋结构造成意料之外的危害。

强化天然气输气站场管理与维护的措施

天然气输送系统是能源传输的核心,其维护运作至关重要,直接关系到运行安全和可靠性。深入剖析天然气输送系统在运行和维护中面临的难题,提出应加大管理强度、改进维护方法,并建立高效的管理架构。同时,强化安全监控以预防潜在危险,合理配置资产,并积极倡导先节能后减排的政策导向,以保障能源传输的安全性,并达成符合环保要求的目标。实施了一系列管理操作措施,以及应对紧急状况和快速故障排除,旨在提升天然气输送站操作流程的效率和安全标准,确保能源传输的可靠性和稳定性。

考虑开挖全过程的基坑坑外任意地表沉降实用计算方法

基于所收集的16个杭州地铁基坑案例,首先,建立基坑相对“标准化模型”,包括基坑物理参数模型、基坑施工过程模型以及场地土层参数模型,并由此进行三维有限元建模分析;其次,将建模计算的地表沉降值与工程实测、既有文献解进行对比,验证所建标准化模型的准确性,并提出考虑全开挖过程的杭州地铁车站基坑坑外任意地表沉降实用计算方法;最后,分析杭州地铁基坑各开挖阶段地表沉降特征。研究结果表明:当开挖深度超过7 m时,坑外地表横向沉降曲线由“悬臂状”转化为“三段式”折线;随挖深的增加,地表沉降显著增大,地表最大沉降的位置距基坑距离也逐渐增大。所建标准化模型和所提实用计算方法具有准确性。

堆筑期土石坝软土碎石桩复合地基固结有限元分析

目前工程界常采用碎石与原状土参数按面积置换率叠加的方法获取复合地基参数,以进行碎石桩复合地基承载力及变形的计算,但对该方法在堤坝地基中的适用性研究尚不深入。以卢旺达那巴龙格河2号水电站深厚覆盖层软弱基础处理项目为背景,基于PLAXIS有限元平台,采用桩墙法与复合地基法构建二维数值模型,进行大坝堆筑期固结分析。通过观察施工过程中复合地基变形、超静孔压及桩土应力,得到了不同面积置换率下桩墙法与复合地基法在计算加固区沉降的差异,以及不同面积置换率下土中超静孔压及桩土应力比的变化规律。结果表明,传统参数叠加法低估了软土碎石桩复合地基的沉降,其低估程度随置换率的减小而增大。在相同置换率下,施工过程中大坝心墙下部软土超静孔压积累较大。桩土应力比呈先增大后减小的变化规律,且坝高一半处下方桩土应力比较大;不同面积置换率下,碎石桩最大桩土应力比随置换率增大而减小,趋于稳定时的桩土应力比随置换率增大而增大。

杭州解百商业城半逆作法深基坑支护设计与监测

介绍了杭州一个采用半逆作法施工的基坑工程的设计和现场监测实例。该工程设三层地下室 ,基坑深 14 7～ 15 2m ,采用0 8m厚的地下连续墙作为支护墙 ,地下各层部分结构梁板形成水平支撑体系。通过对监测结果的分析 ,得出一些有价值的结论。

深基坑隔断墙保护邻近建筑物的效果与工程应用分析

隔断墙是深基坑工程实践中开始应用的一种主动保护邻近建筑物的措施,但目前对其设计参数的确定缺乏有效的理论指导,可验证其效果的实测资料也甚少。以杭州某深大基坑为背景,利用有限元分析软件ABAQUS,考虑施工工况、墙土接触,建立三维有限元模型,土体采用修正剑桥模型,对隔断墙的效果进行了深入研究,并通过工程实例计算结果和实测值的对比进行验证。研究结果表明,隔断墙可明显降低坑外地表最大沉降,减小地表沉降槽的面积,并显著减小邻近建筑物的横向角变量,对减弱开挖引起建筑物损害效果明显。隔断墙减小基坑侧壁中点附近的最大沉降和不均匀沉降的效果比基坑角部更明显。隔断墙可明显减小围护墙水平位移,越靠近隔断墙,地基浅层土体水平位移减少越明显。在隔断墙深度范围围护墙外侧土压力比未设隔断墙情况偏小,隔断墙对围护墙有"遮拦"作用,对基底土体隆起基本没有影响。

有限土体刚性挡墙平动模式被动土压力试验研究

经典的库仑或朗肯土压力理论无法适用有限土体情况下的土压力问题。利用研制的土压力试验模型装置,进行了一组不同填土宽度的刚性挡墙平动模式室内模型试验,采用微型土压力盒量测从静止状态到被动极限状态的水平土压力分布的变化,利用颗粒图像测速技术研究土体内滑裂面发展规律。试验结果表明:半无限土体情况下的被动土压力大小、分布和合力作用点与库仑被动土压力较为接近。而有限宽度情况下移动挡墙上各深度的被动土压力值均大于库仑被动土压力,且土体宽度越窄,挡墙的被动极限位移有增大趋势,挡墙下部的被动土压力增大更明显,土压力分布的非线性程度愈高,被动土压力系数越大,被动土压力合力作用点明显往墙底移动。随着填土宽度的减小,填土表面的隆起愈明显,滑裂面的倾角略有增大。当移动挡墙达到或接近极限状态时,固定边界上的水平土压力随填土宽度的减小而逐渐增大,甚至接近库仑被动土压力。

考虑地基变形连续的基坑开挖诱发邻近盾构隧道位移预测

从工程实际出发,建立考虑基坑坑底及侧壁卸荷作用的基坑开挖引起的附加荷载计算模型;基于Mindlin解给出由基坑开挖所引起的邻近隧道处的竖向附加荷载;引入能考虑隧道任意埋深效应的修正基床反力系数,将既有隧道简化为搁置于Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,进而提出基坑开挖下邻近既有隧道响应的简化计算方法.所提方法能考虑隧道埋深效应以及地基剪切效应,与工程实际更为接近.通过与三维有限元以及2组已发表工程实测数据的对比,验证所提简化计算方法的合理性与适用性.针对地基弹性模量、地基剪切模量、隧道纵向等效抗弯刚度、隧道-基坑夹角、隧道埋深、隧道-基坑间距以及基坑几何形状等主要参数对隧道纵向位移的影响进行系统分析.结果表明:隧道与基坑平行工况下的隧道最大位移是垂直工况下的1.60倍;提高隧道纵向抗弯刚度可以有效减小隧道的最大位移,但这种"削弱作用"会随隧道-基坑间距的增大而减小;随着隧道埋深、隧道-基坑间距的增大,隧道最大位移呈非线性递减规律;基坑的"长开挖"会影响隧道的位移和隧道隆起范围,而"短开挖"则主要影响隧道的位移.研究成果可以为较为合理地预测既有盾构隧道在邻近基坑开挖下的响应规律提供理论支持.

大型油罐地基现场试验分析

目前国内已建成的容量最大的两座125000m3原油储罐,采用挤密砂石桩法进行地基处理。通过对油罐施工和充水试压期间地基的现场试验分析,论述了该处理方法的效果,探讨了地基变形、桩土应力、孔隙水压力等的变化发展规律,可为类似工程提供参考。

考虑注浆圈作用水下隧道渗流场解析解

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性的同时,能考虑注浆圈以及衬砌的作用.在毛洞情况下,本文解退化到古德曼方程以及Harr解,验证了本文解的正确性.采用该解对隧道工程实例进行分析,和已有解进行比较,进一步验证本文解的合理性.发现当埋深增加或者注浆圈抗渗性变差时,已有解和本文解结果差距变大.指出增加注浆圈的抗渗性,可以有效地降低隧道涌水量及衬砌外水头,并发现隧道涌水量及衬砌外水头和隧道埋深近似呈线性增加关系.

考虑邻近地下室外墙侧压力影响的平动模式挡土墙主动土压力研究

对于挡土墙距既有地下室很近,墙后填土宽度有限的情形,采用经典的库仑、朗肯土压力理论计算挡墙主动土压力是不严格的。通过有限元数值分析发现,当挡墙平动、填土达到主动极限状态时,无黏性土滑动土楔与邻近地下室外墙并未脱开,地下室外墙上全深度承受侧压力;随着填土宽高比n的不同,挡墙与地下室外墙间土体内将形成一道或多道滑裂面,且最靠近地表的滑裂面与挡墙或地下室外墙交点以上的土压力近似为库仑主动土压力。由此建立新的土压力计算模型,给出了挡墙主动土压力系数K min和第一道滑裂面倾角θa的求解方法,采用水平薄层单元法,得到了挡土墙主动土压力的分布以及合力作用点相对高度ψ的理论公式,并通过典型算例,与经典土压力理论、前人理论方法及有限元数值解进行对比。研究发现,挡土墙土压力为非线性的鼓形分布,当土体内摩擦角?和墙土摩擦角δ取定值且δ>0°时,K min随着n的增大而增大,而θa和ψ随着n的增大而减小,当n≥n cr时,K min和θa值与库仑解一致;当δ=0°时,不论n取何值,K min和θa值恒等于朗肯理论解,且ψ=1/3。