超大竖井整体提升式模筑衬砌施工技术

依托天山胜利隧道3号竖井,提出超大竖井整体提升式模筑衬砌施工技术,在井筒初期支护模筑混凝土内侧安装2块独立的半月牙形整体上行式液压金属模板,采用8台稳车同步提升,通过模板周身多个浇筑口连续、均匀、对称地浇筑混凝土,保证超大竖井衬砌快速和高质量施工。对单块模板吊装、模板整体起吊、混凝土浇筑工况下模板变形及强度特征进行分析,并对横肋、纵肋、限位杆等关键构件连接部位建立局部受力分析模型进行计算,保证模板设计的合理性与安全性。研究结果表明,单块模板吊装、模板整体起吊、混凝土浇筑工况下模板、横肋、纵肋、限位杆受力及变形均满足要求;超大竖井整体提升式模筑衬砌施工技术机械化程度高,实现平均200m/月的施工效率,保证浇筑混凝土在模板内有足够的水化反应时间,提高混凝土早期强度,确保施工质量。

低气压对水泥基材料性能及水化进程的影响

采用强度试验、X射线衍射仪和综合热分析仪等手段,研究了低气压对水泥基材料性能及水化进程的影响.结果表明:低养护气压延缓了水泥水化进程,水化产物生成量减小,且养护气压越低,影响效果越显著,3~7 d龄期时出现明显的水化平台期;低养护气压下水泥基材料孔隙结构劣化,凝胶孔占比增长幅度最大;养护气压越低,水泥基材料吸水速率越快,吸水量越大;水泥基材料的吸水量、吸水速率及相对吸水率均随着环境气压的降低明显减小.

落石冲击砂土-珍珠棉复合垫层棚洞力学响应研究

为了寻求更为有效的耗能减振棚洞结构,本研究采用模型试验、LS-DYNA数值计算方法,探究了落球冲击作用下纯砂土垫层、砂土-EPE复合垫层棚洞结构力学响应机制,结果表明:纯砂土垫层下顶板腹部中心位置峰值应变为48.78×10^(-6),峰值应力为1.46 MPa,接近其极限抗拉强度1.78 MPa;添加6 cm厚珍珠棉(EPE)垫层后该处峰值应变可降低83.42%,等效应力降至0.24 MPa,安全系数可达7.42;当EPE垫层设置厚度由0 cm增至4 cm, Z1、Z2特征位置应变降幅依次可达57.14%、65.22%,当由4 cm增至6 cm时Z1、Z2位置应变降幅为19.05%、18.75%,EPE垫层设置厚度为4 cm时减振效果达到拐点;构建与模型试验尺寸呈1∶1的数值计算模型,增设2、4、6 cm厚EPE垫层后,顶板腹部中心应力由1.16 MPa依次降至0.699、0.418、0.313 MPa,降幅为39.74%、63.96%、73.02%,建议实际防护结构宜设置40~60 cm厚EPE垫层;构建现场实际棚洞计算模型,添加40 cm厚EPE垫层后,中心单元峰值应力由5.71 MPa降至1.72 MPa,降幅为69.88%,落球加速度峰值由546 m/s^(2)降至432 m/s^(2),降幅为20.88%,验证了砂土-EPE复合垫层可对棚洞结构起到明显防护作用。

300 m^(2)级5车道隧道九硐室施工力学特性数值计算

针对深圳侨城东路宝鹏大型地下互通式立交涉及的300 m^(2)级5车道超大断面隧道,开展施工技术方案及结构受力研究.首先,提出一套“分硐室开挖+衬砌加强支护”的超大断面隧道九硐室开挖施工技术.然后,结合隧道几何尺寸及支护方案,建立Midas三维有限元数值计算模型探究5车道超大断面隧道开挖施工动态力学响应特性.最后,提取隧道各分部结构应力云图,统计特征测点应力及位移监测曲线.研究结果表明:施工期间需采用超前小导管+管棚注浆措施对围岩进行预加固;现场需通过双侧壁导坑+双临时横撑构成九硐室开挖工法,并采用双层初期支护+加强加厚二次衬砌支护方案;现场开挖施工后结构应力与位移呈现快速增加趋势,而后隧掌子面不断前移各统计曲线逐步趋于平稳;围岩压力峰值可达2.01 MPa,拱顶位置超前小导管内力值最大为10 kN,两侧拱腰位置管棚内力最高为20 kN,拱腰及拱脚位置钢拱架内力最大为113 kN,拱肩位置锁脚锚杆内力在第66开挖施工步达到18 kN;初支结构测点应力峰值为2.4 MPa;初支拱顶、拱肩部位沉降峰值分别为12.4、6.8 mm;管棚、锁脚锚杆等结构联合支护效果明显.

砂土-高密度海绵垫层棚洞力学特性研究

依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.71 MPa依次下降至0.75、0.24 MPa,降幅为55.90%、86.43%。与试验等比数值计算结果表明:添加3、6 cm海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.13 MPa降至0.57、0.22 MPa,降幅可达49.73%、80.35%。实际工况数值计算结果表明:复合垫层棚洞应力水平大幅降低,板内应力整体较均匀且中心位置应力集中状态已基本消除,应力曲线已由纯砂土垫层的折线形式变化为波浪式,应力峰值由5.63 MPa降至1.77 MPa,降幅可达68.56%。位移峰值由-3.08 mm降至-2.51 mm,加速度峰值由514 m/s 2降至445 m/s 2。

基于降维理念与无量纲解法的落石冲击力推导

落石灾害是中国三大地质灾害之一,防护结构合理设计的前提即是准确解析落石最大冲击力。为探索更为有效的冲击力算法,根据降维理念,结合落石冲击垫层力学特性、几何关系及能量守恒原理,提出了一种落石冲击力的MDR算法。基于室内模型试验及无量纲理念提出了一种无量纲算法。通过杨其新试验算法与扩大系数理念,分别提出了落石冲击力的三角形修正算法、正弦修正算法、数值模拟修正算法。经研究表明:针对某在建特长铁路隧道洞口危岩落石情况,5种算法结果整体具备一定吻合度与可靠性。相较而言,日本、瑞士算法结果或适度偏高,这可能由于二者均未考虑垫层参数影响所致。杨其新算法结果整体相对偏低。通过Pichler野外落石冲击试验及彻底关大桥冲击灾害实例,再次验证了本文算法可靠性,研究结果可为落石防护工程设计提供借鉴参考。

钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆炭质软岩隧道施工数值计算与现场试验

针对某高速公路炭质软岩隧道施工病害问题,提出一种钢拱架槽钢纵连+三台阶锁脚锚杆加强支护方案,采用有限元数值计算及现场试验测试方法,探究了开挖施工步影响下初期支护结构受力及变形规律.研究结果表明:采用加强支护方案后,结构最大应力位于初期支护结构拱顶部位,数值计算与现场试验值分别为1.591、1.587 MPa,拱顶沉降的数值计算与测试值分别为9.575、13.670 mm,数值计算与现场试验结果基本吻合,满足结构安全要求;钢拱架槽钢纵连结构整体稳定性较好且内力分布均匀,提高了初期支护结构纵向稳定性,降低了围岩及初期支护结构的不均匀沉降值;三台阶锁脚锚杆由于受到初期支护结构的下沉剪力作用,根部形成弯折,通过横向抗力将荷载传递到围岩中,加强了初期支护结构环向承载力,抑制了初期支护结构的变形与沉降.研究成果可为类似工程提供借鉴参考.

天山胜利隧道施工关键技术创新与应用

新疆乌尉高速天山胜利隧道全长22.13 km,是目前世界在建最长的高速公路隧道,工程建设面临高寒、高海拔等复杂恶劣环境影响下建设20 km级超长大埋深高速公路山岭隧道的多项挑战。作为国内公路行业首次采用TBM辅助施工的三洞隧道模式,文章系统介绍天山胜利隧道在施工组织、物料运输、施工通风、TBM施工、竖井作业等方面的关键创新技术,创新性地提出适用于超特长隧道的“长隧超短打”三洞法施工组织、TBM无轨物料运输、TBM压注式混凝土工艺、洞顶正上方悬挂式连续皮带机、多工作面施工通风、深大竖井地面深部预注浆技术、短掘短衬作业法等新技术、新工艺、新设备,为今后超特长隧道施工提供系统参考,对提升超特长隧道建造水平具有重要意义。

平行四主缆悬索桥跨缆起重机设计

针对某主跨超2000米级悬索桥平行四主缆设计方案,通过对跨缆起重机进行功能需求分析和多种设计方案对比分析,提出了一种适应四主缆受力特点的新型跨缆起重机以实现加劲梁吊装。起重机采用自适应左右幅并置双主缆架设误差的承载结构、跨越并行索夹的行走机构、对称于主缆的提升系统、轻量化主桁架等设计。同时阐述了动力系统及集成控制系统原理设计,可为类似悬索桥建设提供借鉴。

考虑落石入射能量-角度-位置的棚洞结构精细化动力响应研究

为了揭示落石冲击棚洞结构动力响应特性,文中以某高速公路Y隧道洞口工程为依托,采用LS-DYNA软件建立三维棚洞计算模型,探究顶板、立柱、立柱基础、侧墙基础、横向系梁结构冲击应力扩散规律,分析顶板、立柱在不同落石入射速度、角度、位置下力学响应机制。结果表明,立柱上端内侧与顶板腹部正中单元均处于冲击应力集中状态,冲击能量遵循“就近损伤、瞬态脉冲性、滞后性、逐级衰减”特征。落石侵彻垫层深度、冲击加速度、顶板腹部单元峰值应力均与入射速度呈近似正相关。冲击速度>18m/s时,结构处于危险状态。

考虑非对称摩阻影响的后张预应力锚固损失计算方法

为改进后张预应力混凝土梁直线、曲线混合布束的预应力锚固损失计算方法,提高预应力锚固损失的理论计算精度,对预应力钢束微段建立静力平衡方程;利用不同钢束形状间的变形协调关系和应力连续条件,考虑设计中预应力钢束直线、曲线混合分布的实际影响参数与正、反摩阻损失差异,建立了针对预应力混合布束锚固损失求解的分段逼近理论,推导了预应力锚固损失精确计算公式,并编制了Python程序,实现了自动求解与简化计算;通过现场足尺模型试验比较了精确公式与现行公路和铁路桥梁设计规范中预应力锚固损失理论算法的计算误差。研究结果表明:后张预应力直线、曲线混合布束锚固时反摩阻效应小于张拉时的正摩阻效应,且实际中反摩阻影响长度与现行桥梁设计规范算法有较大偏差;采用提出的方法推算的反摩阻影响范围总体与中国铁路桥梁设计规范更为接近,在精度和离散度方面比现行公路与铁路桥梁设计规范分别高出16.7%和14.9%,且与模型试验数据的相关度更高,变异性更小;在后张预应力混凝土结构相关研究中应考虑实际预应力直线、曲线混合布束线形与不对称正、反摩阻效应的影响,采用分段逼近法计算钢束预应力锚固损失;在进行后张预应力混凝土结构设计时,从简化计算的角度考虑,建议采用现行铁路桥梁设计规范计算反摩阻效应。

超大跨地下洞室开挖支护方案与工程应用研究

在超大跨地下洞室开挖时,经常会产生掌子面坍塌和支护结构失稳的现象。为安全快速地完成洞室开挖,使得洞室支护结构尽早封闭成环,依托某大型地下空间项目,提出了3种超大跨地下洞室开挖工法,通过采用数值模拟和监控量测相结合的方法分别对3种工法施工时洞室的受力变形情况进行了对比分析。结果表明:条形垂直分块开挖最大沉降位置始终位于拱顶,顶部最大沉降值为4 mm;除环形开挖外,条形开挖和条形垂直分块开挖穹顶最大拉应力分别为1.7 MPa和0.8 MPa,均满足钢纤维混凝土的抗拉要求;3种开挖工法下最小主应力的最大值均发生在穹顶边墙交界位置;条形垂直分块开挖工法在理论上对围岩扰动最小,穹顶沉降变形最小,穹顶受力较安全。