复杂环境条件下深大基坑二次借力传力支护体系分析与实践

以北京某改造复建项目深大基坑工程为例,针对其周边存在障碍物影响支护的问题,提出不支护、半支护和全支护3种方案;通过Midas GTS/NX软件从变形和受力的角度对上述方案进行了分析,比选得到了最优方案,并将其应用于实际工程;同时对该方案提出的由斜拉锚索配合水平对拉锚杆形成的二次借力传力支护体系进行了重点分析。数值模拟研究发现,当不支护或半支护时,基坑将出现失稳现象;而全支护时,竖井北侧供力源斜拉锚索提供的拉力大于基坑侧借力源对拉锚杆稳定基坑所需的拉力,且在该支护体系作用下,基坑围护结构变形可以满足规范要求。此外,现场监测数据研究发现,监测结果与全支护模拟计算结果变化趋势一致且数值接近,文中提出的基于二次借力传力的全支护方案合理有效,建立的数值模型能有效反映工程实际。

西(宁)成(都)铁路高地应力节理发育软岩地层隧道支护体系研究

为保证西成铁路高地应力节理发育软岩大变形隧道安全修建,采用现场勘察、室内试验、地应力测试、工程类比、数值模拟等方法展开研究,结果表明,西成铁路与毗邻兰渝线地质条件类似,均以二叠系、三叠系板岩与砂岩为主,层理清晰、节理裂隙发育,地应力以水平主应力为主导,水平主应力在10~30 MPa之间,竖直主应力在4~13 MPa之间,有较强水平构造应力作用,兰渝线控制围岩变形主要采用增加预留变形量、自进式长锚杆、钢花管加固、增加初支及衬砌刚度、钢纤维喷射混凝土等技术措施。在此基础上针对西成铁路节理发育软岩大变形主要发生在垂直节理倾角方向上的特点,提出首先增大矢跨比,然后增大钢拱架刚度,对于Ⅲ级大变形在垂直节理方向设置预应力锚索的非对称大变形隧道支护体系,该支护体系相比传统支护体系能够减小13.8%~21.2%软岩变形,对于控制节理发育软岩变形效果良好。

TBM隧洞围岩分级方法及支护体系研究

目前TBM隧洞设计施工主要采用基于矿山法的围岩分级方法,但由于TBM法与矿山法隧洞施工存在很大差异,传统矿山法的围岩分级方法难以适用于TBM施工。为解决该问题,依托北疆供水二期工程,综合考虑围岩稳定性和围岩可掘性,选取围岩基本质量指标BQ、岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩体完整性系数KV和岩石磨蚀性指数CAI作为评价隧洞围岩性质的主要指标,统计18台TBM集群施工收集的近3000组BQ、Rc、KV等岩性指标数据,分析各项岩性指标与纯掘进速度PR及安全系数FS的变化规律,将TBM隧洞围岩分为Ⅰ~Ⅴ级共10个亚级。在此基础上,分析了敞开式TBM的施工特性,进而采用数值模拟方法,对各级围岩在不同支护参数下的稳定性进行对比分析,提出了适用于北疆地区水工隧洞各级围岩的隧洞支护体系及支护参数,共形成7套支护体系设计图,并结合现场实际工程对本文提出的围岩分级支护体系进行验证。现场监测数据表明,本文提出的TBM隧洞围岩分级支护体系有较好的适用性。

全钢质低碳基坑支护体系工程应用与碳排放分析

基于深基坑工程碳排放生命周期理论,以上海某绿色科技示范楼项目为背景,针对PC工法组合钢管桩围护结合预应力型钢组合支撑构成的全钢质低碳支护方案和混凝土常规支护方案的基坑生命周期碳排放进行定量计算与对比分析。研究结果表明:全钢质支护体系的基坑生命周期总碳排放量为混凝土支护体系的21%,通过增加重复使用次数、选择低能耗机械、缩短运输距离等措施,可进一步减少全钢质支护体系的碳排放量。

浅埋小净距隧道钢拱架加锁脚锚管支护体系计算理论研究

为研究浅埋小净距隧道台阶法施工过程中钢拱架+锁脚锚管支护体系设计理论,基于力法和弹性地基梁理论,推导了小净距隧道围岩不均匀荷载作用下支护结构内力和隧道拱顶沉降的计算公式,分析了后行洞两侧锁脚锚管响应。结果表明:锁脚锚管最大弯矩和剪力位于与钢拱架联结处;内侧锚管剪力大于外侧锚管剪力,内侧锚管弯矩小于外侧锚管弯矩。锁脚锚管打设角度对锚管弯矩和剪力影响显著,水平打设时拱脚处锚管剪力和弯矩均远大于倾斜打设;弹性抗力系数对锚管内力影响较小。采用大截面锚管时拱顶沉降明显小于采用小截面锚管,小截面锚管的最优打设角度约为40°~45°,大截面锚管最优打设角度约为30°。

拉森钢板桩支护体系在大型机场项目液化深基坑中的应用

根据太原武宿国际机场三期改扩建工程项目设备共同沟区域深基坑施工需求及复杂地质环境条件,在小锁口拉森钢板桩应用的基础上,从液化深基坑支护体系的总体部署、设计参数及施工要点的角度系统总结了以拉森钢板桩为主,高压旋喷桩、卸土放坡为辅的创新支护体系的应用经验,在项目上取得了很好的效果,节省了材料和工期,有利于推进绿色施工,形成了良好的示范作用。

排桩+内支撑复合支护体系在深基坑中的应用

文中以某高层建筑基坑工程为例,对排桩+内支撑复合支护体系在深基坑中的应用进行分析。结果表明,排桩+内支撑复合支护体系整体施工效果达标,地表沉降控制在12 mm内,支撑结构变形仅5 mm,地下水位波动不超过5 m,有效解决了复杂地质条件下基坑工程的施工问题,为深基坑施工提供了高效可行的解决方案。

柳梧铁路某隧道初期支护体系研究

针对高地应力软弱围岩变形大、混凝土层裂开、钢架弯曲等破坏现象,以柳梧铁路某隧道为例,分析了高地应力软弱围岩对初期支护的不利影响,通过现场监测和数据分析,揭示了某铁路隧道内围岩压力的空间分布规律和时间演变特性,以及初期支护体系及构件的变化情况,探讨了围岩压力在开挖过程中的变化阶段和敏感性特征。

被动式超低能耗装配式建筑外围支护体系施工技术研究

随着全球经济的快速发展和城市化进程的加速推进,建筑能耗已成为全球能源消耗的重要组成部分。资料表明,建筑业是世界总能耗的1/3。装配式施工是一种以工厂化和标准化为主要特征的新型建造方式,因其高效、易控制和资源高效利用而成为建筑发展的必然趋势。而外部防护系统则是建筑的“皮肤”,它的好坏将直接影响到建筑的保温隔热、隔声性能以及建筑能耗的有效使用与舒适性。

混凝土钻孔灌注桩支护体系在深基坑工程中的应用

为解决深基坑工程开挖过程中支护结构的稳定和变形问题,以陕西省西安市某建筑工程深基坑施工为研究对象,运用信息化的施工监测手段对混凝土钻孔灌注桩的内力和变形进行数据采集,分析其变化规律,并与软件计算结果进行对比。结果表明,钻孔灌注桩水平土压力随着深度增加而不断增加,在设计基底以上主要呈主动土压力状态,在基坑设计底部以下主要呈被动土压力状态,现有的土压力理论在计算较浅的基坑水平土压力时具有较高的可靠性,但计算深部基坑水平土压力时明显低估;钻孔灌注桩的桩身弯矩实测值与计算值随深度均为“S”形,负弯矩峰值出现在基坑设计底部附近,正弯矩峰值出现在2/3桩长处,计算值明显低估了钻孔灌注桩所受的弯矩,在实际工程中应加强支护或增加换撑;随着深度的变化,钻孔灌注桩水平位移实测值与水平位移计算值均呈现不对称的高斯曲线变化,水平位移峰值出现在深度6m处,实测水平位移峰值为6.97mm,而计算水平位移峰值约为4.34mm,计算值降低了约38%。

岩化法防渗支护体系稳定性离散元模拟研究

为验证岩化法防渗支护体系的稳定性,采用PFC软件基于非连续介质理论的颗粒离散元方法,对无支护强透水性地层、仅钢管模袋混凝土桩支护的强透水性地层、岩化法防渗支护体系支护的强透水性地层三种不同的工况,在基坑开挖过程进行稳定性数值模拟,从颗粒位移、接触力链以及位移矢量三个方面进行了对比分析,判断岩化法防渗支护体系提升了强透水性地层的防渗性能,同时提升了稳定性。

基于大刚度支护体系的新型暗挖技术

传统暗挖技术存在施工风险大、施工效率低、对周边环境影响大、工程投资大等问题,很难适用于软弱地层或复杂环境下大型地下结构暗挖施工。为解决以上问题,提出一种基于大刚度支护体系的新型暗挖技术。新型暗挖技术利用纵向管幕、顶横梁和中间立柱构筑大刚度支护体系,支护体系各构件通过非开挖方式或者在管幕保护下利用小空间构筑,保证施工安全的同时,防止地层出现较大应力释放,支护体系构筑完成后即可进行大面积暗挖施工。新型暗挖技术工序简单、施工效率高、风险低、对周边环境影响小、工程投资小。数值分析和工程实例验证了新型暗挖技术的可行性和实用性,新技术为大型地下结构暗挖技术提供了新的思路。

V型墩刚构桥自平衡组合支护体系设计与施工

宁波舟山港六横公路大桥梅山水道跨堤桥为(60+100+60)m V型墩刚构桥,主梁采用预应力混凝土箱梁,主墩为V型墩。针对该桥施工重难点,提出一种自平衡组合支护体系进行V型墩和0号块施工。该体系由临时支架系统和拉杆系统组成,临时支架系统包括V型墩外侧支架和0号块中部支架两部分,在墩身竖直方向设置3层拉杆,每层布置5根拉杆。有限元计算结果表明:V型墩和0号块施工时支护体系受力满足要求,待主梁合龙后方可拆除V型墩外侧支架和墩身拉杆,4号梁段预应力施工完后方可拆除0号块中部支架。承台施工完成后,安装V型墩外侧支架及拉杆系统,墩身采用滑槽一次浇筑成型,拉杆分3个阶段张拉;V型墩施工完后安装0号块中部支架,0号块混凝土采用汽车泵分2次浇筑完成,拉杆分4个阶段张拉;0号块施工完成后进行主梁挂篮悬浇施工,支护体系按计算确定的拆除时机拆除。主梁施工完成后,墩身线形良好,墩底内、外侧及0号块箱梁内、外均无裂缝产生。

深部冲击矿井“三位一体”防冲支护体系研究

为解决深部冲击矿井复杂环境下冲击压力灾害问题,以屯兰矿为工程背景,对其地质条件、开拓环境和冲击压力特征进行分析,设计“三位一体”防冲支护体系,即锚网喷支护、锚索支护和锚杆树脂索网组合支护,通过理论计算与数值模拟对该体系的支护效果进行验证。研究结果表明,该体系能够有效控制冲击压力的产生与传播,具有一定的应用价值。

基于ABAQUS的深大基坑支护体系模拟分析

深大基坑工程具有地质条件复杂和变形隐蔽等特点,其安全性和稳定性对工程建设至关重要。以中国铁建华南总部大厦基坑咬合桩支护工程为例,结合ABAQUS软件,对多工况下咬合桩支护体系进行了模拟分析与位移计算。结果表明:支护前期,咬合桩桩体受土压力和桩体强度影响,咬合桩中部产生偏移,顶部和底部受拉伸的影响产生最大位移;支护中期,随着混凝土强度增加及中部拉杆固定,拉伸位移逐渐减小;支护后期,除边界咬合桩和底部支撑具有较大位移外,其余桩体均保持稳定;模拟位移与实测结果一致,具有较高的可靠性。

近接基坑开挖影响下既有地铁附属结构联合支护体系优化分析

针对既有地铁附属结构在临近深基坑一侧,支护结构施作难的问题,提出“护坡桩+对拉锚杆+斜拉锚索”配合注浆联合支护体系。采用Midas软件建模,从对拉锚杆间距与直径、斜拉锚索锚固段长度与道数4个方面设计单因素优化方案,并通过工程实例验证方案的合理性。研究结果表明:桩顶最大水平位移随对拉锚杆间距的减小而减小,随对拉锚杆直径、斜拉锚索锚固段长度与道数的减小而增大;护坡桩桩顶水平、竖向位移的模拟结果与监测结果趋势吻合,竖向位移呈抛物线型,水平位移呈弓型;基坑在施工过程中,地铁附属结构的变形控制较好,远低于近接深基坑桩顶位移;基坑顶部沉降位移呈波动上升趋势,深层水平位移在不同开挖阶段的变形趋势均为中间大两端小,且随着开挖深度的增加,地铁附属结构的最大水平变形位置沿井壁逐渐向下移动。

基于泡沫混凝土和U型钢的煤矿巷道支护体系研究

针对煤矿软岩大变形巷道,提出了由钢网、锚杆、锚索、喷射混凝土、可压缩U型钢、泡沫混凝土阻尼层、裂隙岩缓冲层组成的组合支护体系。运用了数值分析和现场监测的技术手段。数值分析结果表明,泡沫混凝土能吸收围岩的大部分变形,U型钢的收缩率显著降低,U型钢的平均轴力与泡沫混凝土厚度呈二阶方程关系。在工程实践中,当泡沫混凝土厚度超过30 cm时,阻尼效应不再明显。现场监测结果表明,围岩位移及U型钢受力在组合支护体系初始阶段20 d内均呈增大趋势,但增大趋势减弱。

上软下硬复合地层地铁竖井支护体系设计分析

暗挖地铁车站施工竖井特点是开挖深度较深,井口平面规整且规模较小。上软下硬复合地层条件下,地铁竖井采用单一支护形式施工难度较大,竖井变形难以控制。为此,以青岛地铁某在建暗挖车站施工竖井为载体,对上软下硬复合地层条件下地铁施工竖井支护体系进行研究。根据竖井周边环境及地质情况,该竖井上部软弱土层采用灌注桩+混凝土环框梁,下部硬岩采用倒挂井壁法进行锚喷支护,该种支护体系为青岛地区首次采用。利用有限元分析竖井变形及监测数据,结果表明,上软下硬复合地层条件下,该支护体系施工难度较小,经济性较好,具有较高应用推广价值。

浅埋偏压隧道洞口钻爆设计及支护体系研究

洞口是浅埋偏压隧道工程的关键性控制节点,钻爆施工不当极易造成地表沉降过大、洞口塌方、边坡滑移等安全事故,提出一套系统完整的软弱围岩浅埋偏压隧道洞口钻爆设计方案及支护体系迫在眉睫。依托成都市东西城市轴线(东段)工程龙泉山二号隧道为工程背景,通过对开挖工法、钻爆参数、支护体系等的研究,形成了一套系统完整的软弱围岩浅埋偏压隧道洞口段钻爆施工方案。研究结果表明,超前管棚对掌子面前方围岩进行加固,形成类似拱壳的连续体,可主动承担上方围岩压力,同时管棚提供的抗剪力提高了整体的抗剪、抗弯能力,稳定了有滑移风险的岩体;管棚直径越大,地表沉降越小,控制效果越好,更有利于促进隧道掌子面稳定;采用“规范钻爆作业、优化钻爆参数设计以及大管棚超前支护”的施工方案可有效控制地表沉降,降低隧道拱顶塌方风险,确保施工安全和施工正常进行。

基于软联结支护体系的PCCP管道快速施工技术

针对目前不良工况条件下大口径PCCP管道施工效率低、管道施工成本高、管道施工影响大等问题,开发“基于软联结支护体系的不良工况下大口径PCCP管道快速施工工法”,该技术成功应用于车木河水库引水管线(三期)工程,大幅度提高施工效率、减少施工成本、缩短施工工期、减小施工影响,以期为其他工程类似工况施工提供借鉴和参考。