富水砂卵石地层盆形冻结止水技术研究

为解决全断面砂卵石地层地下工程的地下水控制问题,提出盆形冻结止水技术。首先,采用三轴力学试验研究冻结砂卵石的压缩力学特性和蠕变力学特性;然后,采用大尺度物理模型试验和数值模拟方法研究盆形冻结的温度场扩展规律,并根据研究结果进一步提出盆形冻结积极冻结期的群孔布置技术和维护冻结期的精细化控制技术。结果表明:1)低围压(小于3 MPa)条件下,三轴抗压强度与围压呈正线性相关,然后围压继续增大时,强度基本不变;基于损伤理论建立冻结砂卵石全过程蠕变模型。2)荷载对冻胀率及融沉系数影响最大,细粒土质量分数次之,原状饱和砂卵石是不冻胀材料,并由此建立饱和砂卵石冻胀率及融沉系数三维预测模型。3)基于大型物理模型试验及数值模拟结果,盆形冻结可以在地下水渗流条件下形成完整的盆形结构,起到有效止水的效果。4)盆底冻结管在冻结过程中表现出与单管冻结迥异的“群孔效应”,根据试验结果提出包含冻结管间距、土体导热系数、渗流速度3因素的积极冻结期冻结管合理间距的确定与布置技术。5)为节约维护冻结期的能源,提出隔排切割冻结管、仅保留盆壁冻结管2种维护形式以对冻结区域进行精细化控制,经过分析,2种方式均可以有效满足盆形结构维护期的冷量供给,保持完整的盆形形态。

建筑工程施工项目安全风险管理体系研究

建筑工程施工项目因复杂多变的施工环境及相互耦合的施工要素,施工过程存在多种类型的安全风险。将安全风险管理体系理论与建筑工程施工项目特点相结合,定义了施工项目的风险源、风险、风险因素,界定三者的逻辑关系,明确三者的分类内容,提出以风险源为风险管理对象,以专项施工方案为主体的风险应对措施,建立以风险源-风险-风险因素结构为基础的建筑工程施工项目安全风险管理体系。

基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法

针对砂卵石地层盾构长距离高效掘进困难的弊端,在总结盾构掘进常见工程问题的基础上,提出粒径大小、细粒含量、水压高低以及磨蚀性能是制约盾构高效掘进的地层特征因素,分析各因素的特征指标、指标确定方法及指标量化区间,并根据指标量化区间划分出砂卵石地层类别。基于不同的地层类别匹配合理的盾构方案,通过组合指标下的砂卵石地层盾构实例,验证地层分类方法的适用性。研究结果表明:根据颗粒最大粒径dmax与螺旋输送机最大输排能力dp,可将砂卵石地层分为可输排及不可输排地层;根据细粒透镜层同区间总地层的占比λ,可将砂卵石地层分为高黏性低渗透及低黏性高渗透地层;根据地下水位高度hw及界限水位高度h0,可将砂卵石地层分为高水位及低水位地层;根据等效石英含量Qe,可将砂卵石地层分为高磨蚀性及低磨蚀性地层。提出的分类方法可为砂卵石地层盾构设计与施工提供理论指导和技术支持。

写在《房屋市政工程施工安全风险评估技术标准》出版发行之际

《房屋市政工程施工安全风险评估技术标准》是由2020年发布的《房屋建筑与市政基础设施工程施工安全风险评估技术标准》修订而成,该标准具有五大特点:(1)明确定义风险、风险源、风险因素及其关系;(2)采用风险矩阵法进行风险源分级,风险源分级结果唯一;(3)采用穷举法制作风险源和风险因素表,方便具体工程应用;(4)识别风险源(风险事故)并进行风险源等级划分,便于采取有针对性的风险应对措施,也为进一步完善危大工程管理制度提供了基础;(5)制定了风险等级动态调整标准,实现风险动态管理标准化。

国家速滑馆大跨度马鞍形索网结构关键施工技术

国家速滑馆屋盖为大跨度马鞍形单层双向正交索网结构,支撑于周圈钢环桁架上,并在环桁架外侧设置幕墙拉索。针对国家速滑馆屋盖跨度大、拉索数量多、规格和内力大、承重索和稳定索采用双索等技术难题,从安装方法选择、施工仿真分析、容差配合设计与施工、提升和张拉技术和施工监测等方面进行研究,总结出国家速滑馆屋面索网结构施工成套关键技术,为工程的顺利施工奠定基础。

大粒径卵漂石地层盾构破岩机理及工程应用

盾构法在地下工程中应用广泛,但其技术系统具有极强的地层适应性差异,需要针对特殊地层进行专门设计。大粒径卵漂石地层是盾构法的世界禁区,迄今为止,国内外适用该种地层的技术系统和成功的工程案例较少。根据大粒径卵漂石地层的力学特征及空间分布规律,采用理论分析与现场验证相结合的手段与方法,系统研究重型刀具与大粒径卵漂石的相互作用机理及盾构开挖过程中刀具与地层的能量传递原理,基于能量原理提出重型刀具的劈裂破岩机理。基于应力波传播理论及黎金格新表面理论,提出盾构在富含超大粒径卵漂石地层中的破岩机理——阻尼环境下重型刀具锤击劈裂破岩;相应推导破岩所需的最小扭矩,为盾构机刀盘装备扭矩选取提供依据;在北京地铁九号线06标"军事博物馆站—东钓鱼台站"盾构区间工程中得到验证,并获得成功应用。研究结果对指导盾构选型、盾构隧道施工及反馈设计具有重要理论与实际意义。

北京CBD核心区地下公共空间市政基础设施建设

北京CBD核心区地下公共空间市政交通基础设施项目,是集交通、地下综合管廊、景观以及综合防灾功能为一体的地下空间建设项目。为保证CBD核心区资源的高度整合,采用综合管廊模式设计。工程建设创造性地提出并采用了"一体化"施工模式,既保证了工程本身建设进度,也有效配合了各二级地块的建设进度,节约了大量的社会资源。

超大平面复杂空间曲面钢网格屋盖施工设计与控制技术研究

以北京大兴国际机场航站楼核心区屋盖钢结构施工为背景,研究超大平面复杂空间曲面钢网格屋盖施工设计与控制技术,针对机场航站楼核心区超长超宽超大屋盖卸载合龙施工,提出"分区安装,分区卸载,变形协调,总体合龙"的卸载合龙方案。在完成分块安装后,分块完全卸载,不保留分区边缘临时支撑,合龙带结构安装后实现总体自然合龙。与整体安装、合龙、卸载的方案相比,该方案具有临时支撑周转效率高、合龙带结构受力小、温度效应小等优势;与分区安装、部分卸载、合龙后二次卸载方案相比,由于在分块卸载过程中不保留分区边缘临时支撑,具有施工过程中结构受力更均匀、避免临时支撑轴力增量过大、卸载后分区边缘反挠小、结构最终受力均匀等优势。通过针对性的施工设计与施工控制,实现对合龙误差有效控制。

冻结条件下平行双裂隙岩体力学特性试验研究

裂隙是影响工程岩体稳定的重要因素,而平行双裂隙是一种重要的裂隙分布形式,基于已有的研究成果,开展一系列平行双裂隙类岩石三轴压缩试验,研究裂隙产状对平行双裂隙岩体力学性质和破坏形态的影响。试验结果表明:平行双裂隙岩体强度、弹性模量和泊松比受迹长和迹长比共同影响,受裂隙间距影响较小,随倾角增大,先减小后增大;倾角<30°时,破裂面起始于裂隙端部贯穿岩桥,并沿最大主应力方向发展,倾角在30°~60°之间时,沿其中一条裂隙剪切破坏。迹长和迹长比较小时(贯通率<25%,迹长比<2.5),破坏形态与裂隙无关;迹长较大(贯通率>75%),迹长比较小时(迹长比<1),破坏形态取决于长裂隙;迹长介于两者之间时(贯通率25%~75%),迹长比接近1时,受两条裂隙共同影响。

冻结饱水砂卵石三轴压缩强度试验研究

为研究北京富水砂卵石地层冻结后的强度特性,以北京某地铁暗挖车站砂卵石为研究对象,进行不同温度(-5、-10、-15、-20℃),不同围压(0.0、0.3、0.8、1.3、2.0、3.0、4.0、8.0 MPa)条件下三轴压缩试验。试验结果表明:冻结砂卵石的应力-应变曲线以应变软化形态为主,高负温、高围压条件下,呈现理想塑性破坏形态;砂卵石强度、黏聚力和摩擦角均随温度降低而增大,其中强度呈指数分布,黏聚力和摩擦角呈线性分布;强度和弹性模量随围压增加而增大,但增大趋势逐渐减小,低围压压缩区强度满足线性Morh-Coulomb(简称M-C)准则;冻结砂卵石的破坏形态以破裂面始/终于试样侧面的剪切破坏为代表,张拉型破坏受冰影响显著,仅存在于低围压条件下,高围压、高负温时易出现体胀型破坏。

北京大兴国际机场航站楼核心区超大平面复杂空间曲面钢网格结构屋盖综合施工技术

针对北京大兴国际机场航站楼核心区屋盖钢结构超长超宽超大平面、体量巨大,结构新颖、造型复杂、位形控制要求高,支撑体系简洁多样、内部空间超大的特点,施工过程中创新提出超大平面复杂空间曲面钢结构施工设计与控制方法,优化结构施工过程受力,采用"分区安装,分区卸载,变形协调,总体合龙"的整体部署,综合开发应用自由曲面空间网格钢结构分块累积提升施工技术、大尺度高落差倾斜翻转提升技术、巨型格构复杂C型柱加工制造及免支撑安装技术、钢构件数字化预拼装与数字化管理平台技术,完成超大平面复杂空间曲面钢网格结构屋盖安装。

深基坑逆作法施工技术应用现状与展望

介绍了逆作法施工的国内外现状以及逆作法的原理和主要施工方法。从降水与止水技术,土体加固技术,土方运输,邻近建筑物保护,地下连续墙施工,中间支承柱、桩施工,监测等方面对逆作法施工关键技术进行了详细介绍。最后介绍了逆作法技术的最新进展并进行了展望。

吹填珊瑚砂压缩特性和地基处理与变形控制技术

依托印度洋马尔代夫维拉纳国际机场改扩建工程,通过室内试验和原位沉降监测揭示了珊瑚砂地基的压缩特性和长期沉降变形规律、机理及影响因素,提出珊瑚砂地层长期沉降计算公式和参数确定方法。指出可以采用重型动力触探指标用于地基处理深度检测,原位干密度测试指标用于地基处理质量控制。最后阐明珊瑚砂地层沉降变形的分类和工后沉降组成,形成机场跑道吹填珊瑚砂地基处理与变形控制技术体系。

砂卵石地层“盆形”冻结温度场扩展规律数值分析

"盆形"冻结技术能有效解决高富水地层大断面地铁车站基坑的地下水问题,冻结工程的可行性和经济性取决于温度场的发展规律,课题以北京典型卵石7地层为依托,通过Ansys软件建立三维模型,模拟北京某地铁车站冻结施工方案,重点分析"盆底"温度场的扩展规律,确定冻土柱的交圈时间及积极冻结期.模拟结果表明:帷幕冻土柱早于底板交圈,75 d后冻结体形成连续封水结构,100 d后底板冻结壁达到设计要求;冻结管管间土体温度下降最慢,控制底板冻结壁发展规模;开挖区域内冻土量较少,但边墙和底板交界处温度小于5℃,建议增大冻结底板埋深、缩小帷幕冻结器尺寸或延迟帷幕冻结开始时间,抑制开挖区内冻土的产生。研究成果为"盆形"冻结方案的工程化应用提供理论依据。

印度洋吹填珊瑚砂岩土工程特性试验研究

依托印度洋马尔代夫维拉纳国际机场改扩建工程,采用室内试验和原位测试对珊瑚砂填料的物理特性、击实特性、渗透特性、剪切特性、压缩特性、颗粒破碎等岩土工程特性进行试验测定,为工程设计和施工质量控制提供详细的基础数据,对海上丝绸之路沿线广泛分布的珊瑚礁岛区域的工程建设具有实用参考价值。

盾构施工引起地层损失率的变化特征

以北京地铁14号线方庄—十里河站区间为背景,建立ABAQUS数值模型,并结合Peck公式对地层深层位移曲线进行拟合分析,提出用折线法修正拟合法计算相应深度的地层损失率,并结合现场原位测试试验进行对比验证。结果表明:地层损失与沉降槽宽度系数、最大沉降值成正相关关系,地层深层位移曲线符合Peck公式的正态分布特征,地层损失率在不同深度地层中基本不变,原位测试试验的地层损失率约为0.38%~0.39%,可为类似条件下地层损失的控制及计算提供借鉴。

荷载及细粒土含量对饱和砂卵石冻胀融沉影响研究

以北京典型饱和砂卵石地层为研究对象,研究了不同细粒土含量、荷载条件下饱和砂卵石的冻胀融沉特性。试验结果表明:有载条件下的饱和砂卵石试样冻结初期存在明显的冻缩阶段,冻缩量为试样高度的0.053%;冻胀率及融沉系数均与时间具有明显的指数相关性;相同细粒土含量条件下,饱和砂卵石融沉系数(细粒土含量大于10%)及冻胀率随荷载的增加而减小,荷载对细粒土含量小于10%的饱和砂卵石融沉系数影响微乎其微;相同荷载条件下,饱和砂卵石冻胀率及融沉系数随细粒土含量的增加而增大;荷载对冻胀率影响较大,细粒土含量次之,细粒土含量小于0.82%的无载饱和砂卵石是弱冻胀材料;建立了考虑细粒土含量、荷载影响的饱和砂卵石冻胀率及融沉系数预测模型。

单向冻结条件下饱水砂卵石冻胀融沉特性试验研究

以北京典型饱水卵石7#地层为研究对象,利用恒温恒压冻胀融沉仪,研究不同干密度饱水砂卵石在开放系统和封闭系统条件下的冻胀率、融沉系数、冻胀力及水分迁移量。试验结果表明:①饱水砂卵石的冻胀率和融沉系数均小于1%,远小于黏土、粉土的冻胀率和融沉系数,且随干密度的增大而减小;②封闭系统砂卵石冻胀率(力)和融沉系数大于开放系统;③饱水砂卵石冻胀过程是排水过程,排水量占土颗粒质量比例不超过1%;④无论是开放系统还是封闭系统,砂卵石经冻胀融沉后,总有一定的变形残余量。研究成果为冻结法在北京深层地下空间应用提供理论依据和参考。

北京砂卵石地层盆形冻结的温度场扩展规律研究

地下工程盆形冻结止水结构包括位于开挖范围周围的冻结帷幕(盆壁)及开挖范围底部的水平冻结板(盆底)两部分。采用物理模型试验与数值模拟的方法,分析了北京典型富水砂卵石地层条件下盆形冻结在静水及0.5 m/d渗流条件下的温度场扩展规律。研究发现:盆形冻结技术作为冻结工法在市政工程领域的全新应用,对地下工程的施工区域能够有效起到冻结止水效果;盆形结构不同部位在不同的渗流条件会表现出不同的冻结交圈次序,静水条件下盆壁冻结管会先于盆底冻结管交圈,渗流条件下则依次是顺水流盆壁、盆底、背水面盆壁、迎水面盆壁,此时盆壁冻结是制约盆形冻结的关键因素,实际工程应重点关注盆壁冻结;冻结厚度是评价冻结效果最直观的指标,在静水条件下盆壁厚度趋于稳定,盆底水平冻结板厚度逐渐超过盆底冻结管长度且向盆内与盆外两个方向同时发展;渗流条件下,迎水面盆壁厚度最小,背水面盆壁由于绕流现象出现冻结锥体而局部厚度增大,盆底水平冻结板厚度仅向盆内单向发展。

盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

研究目的:盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前,大多数沉降预测方法是针对地表的,缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此,本文以北京地铁14号线为工程背景,采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系,提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法,并与现场实测进行对比验证。研究结论:(1)盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致;(2)地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式,随着埋深增加,沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律,沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势;(3)任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关;(4)该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。