大型地下空间的结构分割转换工法研究

为解决当下地下空间开发难题,依托中铁工程装备集团地下停车场项目,提出建造大型地下空间的结构分割转换工法(CC工法),并成功应用。文章从传统各工法的特点出发,阐述CC工法的设想。基于工程实践过程,首先,从地下结构的分割与转换2个角度,重点介绍大型地下空间的形成过程、型钢和钢筋混凝土组合结构管节、节点处理措施等创新内容;然后,针对B类节点的处理措施、整体背土现象等工程问题进行解决与优化;最后,探讨该工法拓展应用的可能性,分别介绍多层、曲线、长距离、装配式结构大型地下空间的初步方案。CC工法的成功研发,旨在为城市大型地下空间开发提供一套新的解决思路。

结构分割转换工法在地下车库建设中的应用研究

地下车库空间跨度大、建筑功能和结构复杂,通常采用明挖法建造,但在中心城区,明挖法受环境条件限制难以实施,而传统暗挖法建造存在难度大、风险高、效率低的问题。结构分割转换工法(CC工法)通过将大型地下空间结构分割成小型单元,分部实施机械化暗挖后再整体转换,最终形成大断面地下空间。将其应用于地下车库建设可有效减少建设过程对地面环境的影响,并且施工速度快、安全性好。如何将地下车库的建筑结构设计与施工工法进行结合,达到设计合理、施工安全便捷和造价经济的目的,是该工法应用的首要核心问题。本文针对这一问题开展研究讨论,并结合具体案例,提出建议和结论,以期对类似工程提供借鉴和参考。

大型矩形断面地下工程机械化建造技术综述及展望

基于采用盾构或顶管建造的跨度在10 m以上的大型矩形断面地下工程,通过对典型案例的研究,从建筑结构与机械化建造相互协调配合的角度,将大型矩形断面地下工程机械化建造技术归纳为矩形隧道全断面建造技术、大断面分部掘进技术、建筑分部群洞技术、结构分割与转换技术4种类型,分别介绍这4种类型的基本概念、典型案例、适用范围和技术特点,并重点介绍结构分割与转换技术的工法原理、技术特点、应用要点和工程实例。最后,基于工程背景,秉承工法研究的基本原则,提出以适用为根本,以保证工程质量、安全、环保为基础,以提高效率、降低成本为目标的大型矩形断面地下工程机械化建造技术的创新研究思路。

结构分割转换工法在地下空间开发中的应用及设想

为了更加快速、安全、高效地完成城市地下空间开发,以结构分割转换工法(CC工法)为研究内容,从工法内涵、工程实践和应用推广3个角度展开研究。首先,基于CC工法的最新研究成果,从结构分割、建造方案及节点处理3个方面详细介绍CC工法的核心内容;然后,结合工程实践对该工法进行验证性研究,重点比较跨中设缝与柱顶设缝方案的优缺点,介绍该工程地下结构分割、转换的过程,最终证实CC工法建造地下空间的合理性、灵活性及适用性;最后,进行CC工法在富水地层中应用的可行性研究,通过对CC工法与明挖法、暗挖法、型钢混凝土、地面预制装配式结构等技术进行结合应用研究,得出在特定的工程条件下,CC工法也具有与其他先进工法结合应用的价值。

上软下硬地层中大直径竖井机械化施工方法

针对上软下硬地层中大直径竖井机械化建造困难的问题,以深圳大坪区间2标段2#工作井为背景,提出一种适用于上软下硬地层的大直径竖井机械化施工方法。该方法在软岩段采用CJM沉井掘进机进行施工,在软硬交界段进行工法转换,在硬岩段采用机械破岩方式施工。本文对前述大直径竖井机械化施工方法的施工流程、关键施工技术进行详细研究,并对其预制拼装竖井结构设计理论进行研究,提出一种大直径竖井装配式井筒结构设计方案,最后对大直径竖井机械化施工过程中井筒结构内力和周围地层影响进行研究,结果表明该方法对竖井周围地层影响较小,井筒结构受力最不利位置位于土岩交界面以上附近位置。

浅埋矩形顶管的“整体背土效应”研究

近年来,矩形顶管在地下空间开发中的应用越来越多,国内外学者针对顶管施工对周边地层的影响、顶推力、摩阻力、减摩措施、管节结构等进行了大量研究,并取得了丰硕的成果。但针对浅埋矩形顶管对其正上方土体整体影响的研究较少。结合矩形顶管浅覆土掘进试验,分析了正上方土体的整体破坏过程,提出＂整体背土效应＂概念。引入4个假定,建立了正上方土体简化模型,提出整体背土效应的前提条件与破坏条件,并给出了相应的预判方法。采用管土全接触理论、库伦剪切破坏强度准则与朗肯土压力理论进行分析,最终得出整体背土效应与顶程、管节宽度、管土摩阻力以及埋深的相互关系,并进行了算例分析。为今后类似工程避免整体背土效应提供一种新的预判分析理论。

佛山软土地区狭长型基坑长边效应研究

对佛山软土地区狭长基坑的长边效应进行研究,是保证基坑建设期安全非常重要的一项工作。依托佛山地铁某站狭长深基坑工程实践,结合地下连续墙变形监测数据,开展该类基坑的长边效应分析研究,并利用有限元分析软件进行模拟分析。研究结果表明:狭长型深基坑的长边效应显著存在,主要表现在显著增大基坑长边跨中地下连续墙最大水平位移值,且降低最大水平位移点的深度,对该类基坑的建设期安全极为不利;通过对比实测与模拟分析结果,得出实测位移最大值明显大于模拟值。提出增大基坑长边跨中刚度的方法可减小长边效应的不利影响,能确保建设期安全。

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。

基于“CC工法”的顶管隧道施工地表变形规律分析与研究

为研究“CC工法”施工地表变形规律,依托实际项目,通过对施工过程中地表变形实际监测结果进行整理分析,采用线性回归分析的方法对数据进行拟合,总结本项目“CC工法”顶管隧道施工地表变形规律,将隧道上部覆土扰动分为3类,发现隧道掘进时地表变形呈先隆起后沉降的形态,最终地表总体表现为下沉形态;提出后掘隧道与先行隧道之间存在地表变形影响叠加区,对叠加区的范围和形态进行研究,并分析得出后掘隧道施工对先行隧道地表变形的影响程度;修正传统Peck沉降预测公式,引入地表损失量修正系数和沉降槽宽度修正系数,并验证修正系数的适用性。在此基础上总结影响“CC工法”顶管隧道施工地表变形的主要因素,并提出控制措施。

小半径曲线管幕修建暗挖地铁车站技术研究

为研究曲线管幕施工暗挖地铁车站的关键技术,采用理论计算、数值模拟和现场试验的方法,从设计和施工2方面进行研究,给出曲线管幕施工过程中顶推力的计算公式,计算得出曲线管幕设备所需顶推力范围;提出曲线顶管姿态与轴线控制措施;得到曲线管幕施工地铁车站对周围地层的影响规律;对曲线管幕的始发装置、导向装置及顶推力计算的合理性和适用性进行论证。

基于CC工法建造的地下结构受力分析

CC工法作为一种新型地下暗挖技术,为地下工程暗挖施工提供了新的思路,其核心思想是将机械化暗挖小断面结构转换为大断面地下空间建筑结构。为了研究CC工法的结构受力情况,满足CC工法的工法特点需要,使结构安全可靠经济适用,故设计和分析其单元结构和整体结构,并结合CC工法的具体工程应用案例,选取CC工法的3个主要工况进行结构受力分析和设计,得到不同工况的弯剪轴力结果。结果表明:设计方法和思路较为全面,设计结果安全可靠,能够较好地满足工程需要;同时,研究也为CC工法结构分析和设计提供了方法和依据,为今后相关工程提供了一定的参考。

管道更新掘进机刀盘切削钢筋混凝土管道转矩试验研究

为研究掘进机直接切削钢筋混凝土管道,实现管道原位破除更新的可行性,对新型刀盘切削过程中的参数进行分析。通过力学与数学方法,从条齿滚刀切削钢筋混凝土管道机制入手,研究切削转矩的计算方法;设计刀盘试验,系统研究切削参数的变化规律与影响因素,并提出管道更新掘进施工控制指导参数。研究表明:(1)刀盘全断面切削钢筋混凝土管道时,刀盘转矩与时间呈Boltzmann函数关系。(2)刀盘推进速度提高,刀盘转矩呈线性增加;刀盘转速提高,刀盘转矩呈先减小后增大的规律。(3)结合刀盘切削参数与切削比能,确定8~12 mm/r为较优贯入度区间。

机械化非开挖管道原位破除更新工法研究与应用

针对城市老旧管道的全结构更新问题,提出机械化非开挖的管道原位破除更新的新工法(PBR工法)。基于管道原位破除更新工法的基本原理,研制了专用配套设备,通过现场试验分析了PBR工法及新设备的适用性。结果表明:PBR工法及新设备能够有效解决管道更新难题,对旧管道原位破除的同时,采用顶进的方式更换新管道,形成了集管道淤渣清理、原位扩容更新、保通不截流功能于一体的集成化掘进机系统;掘进过程中,刀盘推力为750~1 050 kN,扭矩为7~22 kN·m,推力及扭矩波动较小,掘进过程较为稳定。管道破除更新工法及专用设备的成功研发,为市政老旧破损管道的非开挖更新提供了新的解决方案。

结构分割转换工法结构体系安全性分析

结构分割转换工法(CC工法)作为一种全新的施工方法,对其结构体系进行安全性评估具有重要意义。首先,基于CC工法的首个试验项目,介绍该工法的特点及原理。然后,根据各阶段结构特点,对结构体系进行杆系单元模型简化,分析各阶段结构的自由度,判断其安全性,并得出以下结论:1)安全可靠的结构体系需具备一定的强度和刚度,能承受外荷载和抵御变形; 2)各阶段结构应满足在偶然荷载作用下保持整体稳定性的要求; 3)结构体系内部应有多余的约束,给整体稳定性提供一定的冗余; 4)结构体系应考虑时空效应,即采用增量法,充分考虑不同阶段荷载的相互影响。最后,通过对比增量法与全量法2种情况下结构的受力区别,并结合工法试验项目在设计、施工中存在的问题,提出相应的解决方案,指出优化方向。

C100机制砂超高强混凝土薄管片抗弯试验研究

为研究机制砂超高强混凝土管片的力学性能,设计并试制了C100机制砂高强度混凝土薄管片,管片厚度仅270 mm,分别对新型高强超薄管片和常规管片进行抗弯破坏性试验,通过对两者的破坏过程、内力和变形数据对比分析,获取新型管片的力学性能。结果表明:高强度薄型管片破坏为延性破坏;加载至破坏时,受拉侧钢筋最大应力252.8 MPa,管片承载力达设计值的2.3倍;达到设计荷载时,裂缝宽度小于0.2 mm,满足正常使用极限要求。