采空影响区高层建筑抗变形设计方法及应用案例

在煤炭资源型城市转型期,对土地资源的需求日益紧张,煤炭采空区不再只是进行城市绿化,而是越来越细分,在可利用的场地上进行工程建设。重点研究煤炭资源型城市采空影响区域内,基于数值沉降抗变形分析,高层建筑在保证安全的前提下,采用更加经济合理的地基基础方案及抗变形措施,这一设计方法的实施可以解决很多采空影响区内建筑活动因为过高抗变形措施费而停滞的项目,缓解了煤炭资源型城市发展用地需求。基于目前国内外采空影响区域内砌体结构及高层建筑抗变形设计分析方法,提出采用岩土有限元软件精细化模拟正常施工沉降变形及残余变形影响下的沉降变形;基于典型项目案例计算分析,提出抗变形设计的量化分析结果。分析方法及量化结果为后续煤炭资源型城市高层建筑的抗变形设计提供了可借鉴的经验。

西安湿陷性黄土地区狭长深基坑变形分析

为了探究西安地铁车站深基坑开挖过程中桩体侧移、地表沉降等时空演变规律,以西安地区某地铁车站深基坑为工程背景,同时收集了该地区2#、3#、4#线20个狭长基坑的实测数据,并对其进行统计分析。结果表明:地铁基坑围护结构最大侧移δhm=0.04%H~0.10%H(H为开挖深度),平均值为0.06%H,最大侧移位置深度为0.7H;地表最大沉降值δvm=0.036%H~0.116%H,主要影响区在1.4H范围以内;高斯函数模型可以预测西安地区的地表沉降,其影响范围为3.5H;在特定范围内,提高支护桩的刚度和插入比可以有效控制基坑变形。研究结果可为西安市其他地铁车站基坑支护结构的设计与施工提供借鉴。

基坑开挖卸荷对侧方隧道的影响研究——以南京市某地铁车站基坑开挖为例

为研究基坑土体开挖卸荷对围护结构、墙后土体变形以及隧道的影响,针对南京地区地铁车站基坑开挖对侧方既有隧道的影响进行研究,借助有限元软件ABAQUS建立二维隧道-基坑数值模型,重点对隧道水平和竖向位移、隧道结构应力、支护桩水平位移以及基坑周边地表沉降进行分析。研究表明,由于拱顶处混凝土厚度较薄,抵抗变形能力较差,水平位移最大值出现在南侧隧道拱顶位置,基坑开挖过程中,第二和第三层土体开挖对隧道竖向位移影响最大;隧道结构的拉应力整体上随基坑开挖的进展呈现逐渐增加的趋势,第二层土体开挖对隧道结构的拉应力和压应力影响最大;隧道的存在会在一定程度上提高周围土体的刚度,使得土体变形减小,支护桩水平位移曲线呈现“两端小,中间大”,受隧道的“遮挡效应”影响,近隧道水平位移小于远隧道侧;基坑开挖过程中地表沉降变形形态呈“凹槽型”,隧道结构的存在能有效控制近隧道侧地表变形。

富水砂卵石层盾构施工影响因素及敏感性分析

砂卵石地层具有渗透性强、孔隙率大、自稳性差和受扰反应大等特点,若盾构施工参数控制不当则会发生掌子面失稳、坍塌和涌水等安全事故。确定富水砂卵石层盾构掘进引起地表沉降和管片隧道变形的影响因素,对于安全施工具有重要的指导意义。本文以洛阳地铁区间盾构穿越洛河富水砂卵石地层为工程背景,基于流固耦合理论,运用ABAQUS软件构建盾构掘进的三维有限元模型,数值模拟和现场实测的地表沉降数据基本吻合,验证了模型的准确性。采用单因素分析法研究了盾构掘进压力、同步注浆压力和等代层厚度等3个参数对地表沉降与管片变形的影响规律,研究结果表明:增大盾构掘进压力和同步注浆压力,减小等代层厚度,均能减小地表和隧道的拱顶沉降;而增大盾构掘进压力,减小同步注浆压力和等代层厚度,可减小隧道拱腰的水平变形。采用正交试验方法确定了3个影响因素对地表沉降和管片拱顶沉降两个指标的敏感性,从大到小排序均为:同步注浆压力、盾构掘进压力和等代层厚度。

高速公路拼接段沉降变形特性及地基处理研究

为了提高高速公路改扩建项目的设计水平,依托某高速公路项目,利用有限元软件ANSYS建立平面计算模型,探讨了填土高度、加宽宽度、土基压缩模量等参数对路基表面各监测点沉降的影响及新旧路基不均匀沉降变化趋势;对水泥搅拌桩和挤密碎石桩两种地基处理方案开展技术性、经济性比选。研究成果表明:高速公路拼接段的路基不均匀沉降随填土高度和加宽宽度的增加而增加,随土基压缩模量的提高而降低,且水泥搅拌桩处理地基的性价比更好。

清远地区高填方路基的固结沉降变形规律研究

依托广东省清远市某高速公路高填方项目,采用数值模拟与现场监测手段,对高填方路基的固结沉降变形规律和超静孔隙水压力的变化过程进行了研究,提出了通过减小填筑速度来减小工后沉降量的方法,对类似地质条件下高填方工程的设计与施工提供参考与借鉴。

建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收关键技术研究

建筑物下方常规矿山法地铁隧道盾构接收无地面注浆加固及井点降水条件,为避免地表及建筑物变形过大且确保盾构接收无水条件,提出超前大管棚+两道端头墙+洞内回填砂浆+洞内潜埋井降水的盾构接收方案。以成都地铁5号线科园站—九兴大道站区间建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收工程为背景,运用有限元方法分析研究建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收地表及建筑物的沉降变形规律,并辅以现场实测手段验证。研究结果表明:基于洞内回填砂浆体及潜埋井降水的盾构接收方案地表沉降极值为3.81 mm,小于地表沉降控制值,且距矿山法隧道端头墙约35 m范围盾构掘进对地表沉降影响显著,施工期间应加强监控量测;盾构接收段正上方建筑物沉降极值为8.52 mm,亦小于建筑物沉降控制值,地表及建筑物沉降极值均位于盾构隧道轴线正上方,且现场实测值与计算值基本吻合,该洞内盾构接收技术方案合理可行且安全可靠。

考虑空间效应的大型异形基坑开挖变形分析

城市紧张的用地环境及复杂的主体结构需求,导致异形基坑越来越常见。目前国内基坑规范推荐的分析方法均不能满足形状对基坑变形的影响。本文以北京某超大异形基坑为依托,建立异形基坑Midas-GTS仿真计算模型,并结合现场实测变形数据,对异形基坑的坑外地表沉降及围护结构变形特征展开研究。结果表明,受基坑形状特征影响,地表沉降及支护结构变形均存在明显的空间效应:地表不均匀沉降现象显著,基坑长边附近沉降大于短边,沉降量随着离坑角距离的增加而显著增大;围护墙长边中间区域变形较大,短边中部次之,结构角点处变形最小。因此,在进行基坑设计支护时,应充分考虑基坑变形的空间效应,节约工程成本,提高基坑整体稳定性。

黄土基坑桩锚支护开挖变形分析

依托西安某湿陷性黄土场地桩锚支护的深基坑开挖工程,采用ABAQUS有限元软件,研究围护结构在不同开挖深度下的变形及周围土体的变形特征。结果表明:围护结构及周围土体的变形随开挖深度的增大而增大;矩形基坑存在明显的空间效应;长边方向上连续墙水平位移、竖向位移、墙后土体变形均大于短边方向。

非均匀地层中节段式综合管廊受力变形规律研究

城市综合管廊能合理利用地下空间,扩大公共区域,提高城市的综合承载及运作能力,在打造海绵城市、发展新型城镇化建设和智慧管理等方面有巨大的潜力和优势。本文依托重庆市巴南区综合管廊试点工程,通过建立Plaxis 3D三维数值模型探究非均匀地层中节段式综合管廊的受力变形规律。研究结果表明:纵向的地层不均匀对节段式综合管廊有明显的负向影响,地基发生不均匀沉降并导致管廊管节之间的竖向剪应力变大,造成管节错动甚至连接破坏;管廊整体发生弯曲变形,管节之间会产生较大的轴向应力,易发生张拉破坏;管廊管节之间的错动及轴向应力会随着时间增长而增大,出现破损、漏水等情况的可能性增加,实际工程中管廊连接处的处理面临着较大的挑战。

基于时序InSAR技术的海外港口区域形变监测研究

针对“一带一路”沿线缺乏港口形变监测的现状,本文利用时序合成孔径雷达当中的永久散射体技术与短基线集技术,对巴基斯坦瓜达尔港和马来西亚皇京港两个海外港口区域进行沉降形变监测,共获取112景上述区域的Sentinel-1/A影像,计算其2019年6月至2021年4月期间的形变并对结果进行分析。结果表明,上述区域均具有不同程度的沉降情况,且关键沉降区域呈现集中分布。结合光学遥感影像对每个港口的形变重点区域进行分析,发现上述区域的形变结果与集装箱货物装卸、石油资源输送、人类活动存在显著相关性,推断马来西亚皇京港的吞吐量大于其他港口。本文为时序InSAR技术在保障港口安全运营方面提供了科学支撑,在服务“一带一路”沿线国家港口的安全方面具有重要的战略意义。

基于ANSYS的管道穿越高速公路模拟计算分析

输气管道穿越公路施工,无疑会引起公路沉降变形。本文依托某管道穿越高速公路工程,利用ANSYS软件建立管道和公路的三维模型,考虑土壤、管道和公路材料的力学特性及场区内基坑开挖与覆土等工况,通过施加不同载荷和边界条件,分析了管道在穿越公路过程中的受力情况、变形和应力分布。结果表明:沿线路中心线-纵向里程前进方向,管道正上方沉降量最大,沿公路纵向逐渐变小,呈“漏斗状”分布;在管道上方坡面位置有剪切应力集中现象,沿公路纵向呈“蝴蝶形”对称分布;埋设管道第一、第三主应力沿纵向均呈对称分布,公路正下方位置的管道结构出现应力集中。

桥墩沉降下列车-轨道-桥梁系统动力性能分析

为探明桥梁沉降与钢轨空间几何变形映射关系及其对列车动态行为的影响,建立轨道-桥梁多尺度有限元分析模型,开展桥墩沉降下钢轨变形映射分析研究;构建列车-轨道-桥梁系统相互作用分析模型,将桥墩沉降诱发的钢轨变形视为系统附加不平顺,探究桥墩沉降对列车系统动态行为的影响。结果表明:桥墩沉降诱发轨道几何平顺性产生显著变化,其将改变不平顺的中长波成分,进而对列车行车性能产生影响;差异沉降是影响列车性能最主要的因素,随着差异沉降幅值的增大列车最大加速度和平稳性指标均呈增大趋势,差异沉降对列车动力行为的影响大于一致沉降;提出基于行车性能的桥墩沉降阈值和行车速度,单墩沉降50 mm时,列车行车速度不应大于300 km/h,当行车速度为400 km/h时,应控制桥墩沉降量不大于35 mm。

基于有限元模型的共建隧道开挖施工影响分析

针对新建交叠隧道施工对既有隧道影响的工程问题,提出了一种基于二维、三维相结合的数值模拟分析方法。采用有限元软件建立了交叠隧道穿越施工的三维有限元模型,并根据最不利影响断面建立了二维有限元模型。对比了新建交叠隧道明挖、暗挖施工阶段对既有隧道结构响应的影响,结果表明:新建交叠隧道明挖阶段对既有隧道的影响最大,既有隧道衬砌结构位移峰值为2.34 mm;二维不利断面的结果表明,新建交叠隧道施工下既有隧道的沉降变形大于水平变形,沉降变形峰值为2.36 mm,水平变形峰值为1.4 mm。

紧邻深基坑工程保护性建筑的沉降控制研究

我国建筑行业的发展面临着周边管线密集、地质条件差、基坑附近建筑保护等问题。以上海市普陀天安阳光广场东地块项目为实例,介绍了施工过程中针对邻近深基坑的4栋保护建筑采取的沉降控制措施,包括桩基围护施工阶段沉降控制措施、基坑降水阶段沉降控制措施、挖土施工阶段沉降控制措施。通过监测分析,3项措施的具体施工过程有效地实现了对保护建筑的沉降控制,可为类似邻近深基坑项目的历史建筑保护提供参考。

破除车站换乘节点预留墙体结构的变形及内力分析

随着轨道交通的发展,线网密度将会越来越大,导致换乘车站越来越多。新建换乘车站与既有车站衔接成为一个重要的设计内容,施工破除既有运营车站墙体成为一个重要关键的技术,一方面要保证既有线路运营安全,另一方面要保证既有地铁结构的受力在正常范围之内。以新建某地换乘车站为例,运用ANSYS有限元分析软件模拟凿除换乘节点侧墙的施工,求得既有结构的变形和内力变化,从设计和施工方面提出相应的技术措施。

地铁车站施工对近临高架桥的影响及控制研究

以城市轨道交通一座车站近临既有市政高架桥施工为背景,利用Plaxis有限元分析软件对桥梁墩台的沉降和变形进行数值分析。并根据实际监控量测结果反馈桥梁墩台沉降和变形。研究结果表明:地铁车站施工期间,既有市政高架桥变形主要为桥梁墩台沉降,沉降随基坑开挖深度增加而逐渐加大,但是基坑开挖到底板施工完毕,降水达到稳定水位时,沉降趋于稳定。桥梁墩台的沉降量远小于地面沉降量。桥梁墩台的倾斜变形和差异沉降引起桥面的转角远小于相应规范的控制要求。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

城市综合管廊基坑回填土沉降变形分析

为了揭示地下综合管廊回填的沉降规律,文章以雄安新区某综合管廊项目为实例,采用智能监测技术,开展了长期的现场监测工作,取得了丰富的监测数据,并探讨了在管廊影响下回填土的沉降机理,对研究管廊上方回填土不均匀沉降的变形行为具有一定的参考意义。

长短桩在公路软土地基中的应用研究

文章结合工程实况,在分析总结长短桩加固机理的基础上,采用Midas GTS NX软件,对长短桩加固地基的公路地基变形特征进行研究,对比分析长短桩加固、全短桩和全长桩的加固效果。研究结果表明:长短桩加固方法可在保证加固效果的同时降低工程造价。同时,分析长短桩加固地基工况发现,地表沉降最大处在路堤中部,且随填筑高度增加而增加;地表沉降变化曲线随填筑高度的增加,其锯齿状变化也越明显;路堤填筑对地表沉降的影响范围为路堤坡脚向外3.5m。填筑过程中,地表水平位移值随填筑高度增加而逐渐增大。