盾构下穿诱发框架结构沉降实测与模拟分析

为研究盾构隧道施工对上方框架结构的影响,以广州市综合管廊盾构斜交下穿中高层框架结构为工程背景,采用现场沉降监测及数值反演的方法分析结构的响应规律。结果表明:本工程盾构下穿位置的柱基沉降过程表现为主要沉降-沉降回弹-沉降稳定3个阶段;沉降较大的柱基主要分布在盾构轴线沿线位置,差异沉降较大的柱基则主要分布在盾构轴线的周边位置;盾构的穿越位置会影响建筑物的倾斜趋势;盾构穿越后及时进行洞内二次注浆,能减小框架结构在稳定阶段的沉降、不均匀沉降及整体倾斜。

隧道侧穿箱基框架结构体系振动台试验及数值模拟

以郑州市轨道交通7号线侧穿箱基框架结构工程为背景,开展了室内振动台缩尺模型试验,并借助有限元软件ABAQUS对不同工况进行数值建模,将振动台试验和数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的可靠性。基于验证后的模型,分析隧道侧穿箱基框架结构体系的动力响应特性。结果表明:①隧道或箱基框架结构的存在均会降低整个体系的自振频率;②箱基框架结构的存在会降低隧道结构的加速度响应,同时减弱隧道结构所受到的弯矩,而对其所受剪力的影响不大;③隧道结构的存在会减弱箱基框架结构的加速度响应和位移响应。箱室的存在会改变地震波的传播路径,且当箱基框架结构高于三层时,楼板加速度响应随楼层高度的增大更明显。

隧道初期支护钢架受力分担研究

针对山岭隧道初期支护中钢架和喷混凝土作为组合结构计算受力,不能完全反应两种材料自身强度及其影响的问题,本文对初期支护组合结构的荷载分担进行研究,推导了荷载分担计算公式,提出了应根据两者的材料强度不同,分别计算,并满足相应的强度要求。结合挤压性软弱大变形的工程实际情况,提出大变形等特殊围岩受挤压剪切作用力大的隧道,宜采用H型钢取代工字钢架,在平面内强度相当的情况下,充分利用H型钢架抗剪强度高和平面外抗弯强度大的特点,发挥钢架的空间整体性,结构受力更有利。对目前设计中常用的工字钢架在不同间距下替代的H型钢架给出了建议,可为今后采用H型钢架的决策依据。提出了采用H型钢架,宜配套采用机械辅助架设,严格控制喷混凝土工艺,保证钢架与围岩可靠传力。

门式抗浮框架作用下上方开挖既有盾构隧道响应解析解

上方开挖卸载导致既有盾构隧道结构产生上浮,易引发结构渗漏水、开裂等病害。竖井开挖联合门式框架技术是限制上方开挖引起既有隧道上浮的一种有效控制措施,但是目前仍缺少相应的理论方法用于指导门式抗浮框架的设计。为此,提出了既有隧道结构响应的解析解,可以实现竖井和基坑开挖阶段既有隧道结构纵向和横截面变形计算,并给出了相关的计算流程。通过与工程实例和三维数值模拟结果进行对比,验证了解析解的可靠性。通过典型算例计算和参数敏感性分析讨论了门式抗浮框架的作用机理以及既有隧道埋深和竖井开挖尺寸等因素的影响规律。结果表明:门式抗浮框架在基坑开挖阶段可以有效控制上方开挖引起的既有隧道变形,控制效果与既有隧道上方剩余覆土厚度密切相关,剩余覆土越小控制效果越明显;门式抗浮框架的作用效果主要取决于抗浮板与土体之间的作用力,抗拔桩与土体的作用力对既有隧道变形影响较小。

框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性

针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题,以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型,开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验,分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明:降雨后坡面无局部破坏,地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动,边坡表现为张拉—剪切型破坏;边坡峰值加速度放大系数呈层状分布,“高程效应”与“趋表效应”显著,均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大;边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合;桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关,强震作用下锚索轴力增幅显著;桩后峰值土压力近似呈三角形分布,桩体嵌固段内桩土压力最大;桩体弯矩呈“b”型分布,嵌固段内桩体峰值弯矩最大,抗震设计中应注意验算其抗弯强度;桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段,结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。

椒花水库顶管掘进施工中的反力架设计

以椒花水库供水工程江湾隧洞顶管掘进施工为背景,依据工程的实际工况,探究浆砌石反力墙和钢结构组合反力架方案的可行性,并采用SAP2000软件进行应力模拟计算,结果表明:钢结构组合反力架结构抗滑稳定安全系数为3.38,浆砌石反力墙抗滑稳定安全系数为3.04,均大于反力架允许安全系数3.0,满足稳定性要求,钢结构组合反力架结构的最大拉应力和最大压应力分别为318.34 MPa和207.61 MPa,应力验算结果满足Q345的安全性能要求,结构的最大变形(6.75 mm)小于允许最大挠度(9.18 mm),而浆砌石反力墙的最大拉应力和最大压应力也能满足形变要求。浆砌石反力墙和反力架方案的抗滑稳定均满足顶管掘进机的反力要求,但浆砌石反力墙人工砌筑工期长,而反力架方案施工迅速且组合简单,因此,钢结构组合反力架方案更优。

受限空间下盾构隧道及顶管同步施工技术研究

城市地下市政基础设施建设时常会受到地面及地下的各种限制,这也是地下工程施工研究的重点方向。结合工程实例,针对城市空间受限、地下空间内管线复杂、地上空间涉及众多权属单位和既有建筑物的情况,本文对施工方案进行了优化研究,创新性地开创“盾构电力隧道+顶管法预制大直径混凝土管道后导洞双向同步施工”技术,创造性使用盾构顶管双向双重受力反力架,减少了盾构机停机时间,缩短了21天的施工工期;高效地利用城市地下空间,减少对周边环境的影响,使电缆路径选择和敷设更加便捷和经济,节省了至少100万元的施工成本。该技术在广州市南大干线500千伏电力隧道某项目中得到成功应用,取得了良好的社会和经济效益,可为类似工程实践提供参考,具有较好的推广与应用价值。

隧道施工对上部既有框架结构建筑物的影响

在一些上覆建筑物较多且人口密集的区域,隧道的设计与施工是一个难点。由于施工条件以及经济因素等条件的限制,隧道将不可避免要从既有建筑物下方穿过,所以围绕隧道施工对上部建筑物的影响展开分析非常必要。通过有限元软件进行隧道施工的仿真模拟,分析了隧道施工后框架结构的轴力、水平变形、框架结构桩基础的竖向变形,来确定隧道施工对上部框架结构造成的影响。结果表明:(1)隧道开挖会使建筑物的桩基础产生沉降变形,且沉降变形不均匀;(2)隧道开挖使框架柱的轴力增加,但对边柱的影响较大,对中柱的影响较小。(3)隧道施工使建筑物产生水平位移,且高楼层的水平位移大于低楼层的水平位移。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

浅埋偏压隧道钢拱架应力分布及变化规律与合理二衬时机研究

依托北京市密云区西统路小西库隧道浅埋偏压段工程,通过理论分析、数值模拟以及围岩监测、量测技术对该隧道钢拱架在不同施工阶段下不同部位应力变化情况进行了研究,得出了钢拱架应力分布及变化规律,获得了满足软弱围岩大断面隧道围岩位移的“空间效应”和“时间效应”的钢拱架拱顶下沉及周边收敛条件下的合理二衬时机,通过比对验证确定了最佳二衬时机,为浅埋偏压软弱围岩隧道及类似工程研究提供了借鉴。

隧道结构装配式临时支撑的力学特性

为研究采用装配式临时支撑隧道的力学特性,文中以庄天公路西城山隧道工程为研究对象,对带有装配式临时支撑隧道的钢拱架和临时支撑的力学特性进行了分析。文中介绍了半步CD法的施工方法并建立了数值模型,通过对半步CD法各个施工步的钢拱架和临时支撑的力学特性进行分析,找到了隧道钢拱架的最大和最小应力以及装配式临时支撑的最大和最小位移,为后续施工提供指导。

单线长隧道无砟轨道轨排框架法施工技术

以新建太锡铁路太崇段隧道无砟轨道施工为依托,阐述了轨排框架法在单线长隧道无砟轨道条件下的应用。相比于工具轨法,轨排框架法解决了单线长大隧道施工作业空间有限且精度要求高的问题;解决了工具轨作业复杂、工序繁琐、反复组装导致整体刚度偏弱且施工效率低的难题。现场通过优化无砟轨道施工组织方案,合理分配施工资源,加强施工组织,利用辅助坑道多施工作业面24 h同时作业,按工期节点圆满完成施工任务。施工实践表明,单线长隧道无砟轨道采用轨排框架法施工,既能提高施工效率,又能保障施工质量,同时节约了成本,为以后无砟铁路设计、施工提供了借鉴。

砂卵石地层双线盾构隧道下穿框架桥变形规律及控制技术研究

为探究砂卵石地层双线盾构隧道下穿框架桥变形控制技术与结构变形规律及内力特征,采用经验分析、数值模拟与现场监测的方法,对济南轨道交通4号线一期工程盾构隧道下穿高铁框架桥进行分析。研究表明,360°径向深孔注浆与架设便梁作为盾构下穿铁路施工行车安全关键防护措施,辅以防水加强、行车限速等细部措施,可以保障盾构与铁路安全;轨道竖向位移数值模拟曲线呈漏斗状,受双线盾构叠加影响略微偏移,拉应力最大值在左边跨底板支座处,最大为0.81 MPa,压应力最大值在连续跨右侧顶板跨中处,最大为1.36 MPa,径向注浆深度1.5 m时混凝土结构应力与轨道变形均处于控制范围内;路基与轨道竖向沉降现场实测值波动式增加,时程曲线呈“二谷一峰”,轨道沉降最大值为0.64 mm,框架桥竖向沉降主要由下穿期间施工造成,径向注浆加固与便梁起到较好的隔离加固作用,下穿施工顺利通过铁路影响区,框架桥竖向沉降最大值为0.84 mm。

隧道洞口边坡锚索框架梁支护研究

近年来,公路隧道的修建在不断地进行中,同时在施工当中也伴随着较大的安全隐忧,因此隧道洞口的边坡支护对于隧道工程具有现实意义。文章以某隧道2号隧道洞口为例,采用FLAC 3D软件进行单因素变量分析不同锚固力、锚固角度和锚固间距对支护体系的影响,在理论计算方法的基础上,结合数值模拟分别在不同锚固力、锚固角度和锚固间距下对预应力锚索框架梁进行模拟计算与分析,最终得出在以上三种情况下的坡面位移图,然后通过观察位移图的变化并结合理论分析提出最优的支护结构参数。文章可为此类隧道工程中预应力锚索框架梁的结构参数优化设计提供技术参考。

盾构斜交下穿既有框架隧道数值模拟分析

在城市地铁建设中,经常出现新建隧道下穿既有隧道的情况,为研究新建盾构隧道施工对既有公路框架隧道的影响,以宁波地铁1号线世纪大道站—海晏北路站区间隧道斜交下穿浅覆土市政公路框架隧道工程为依托,采用三维有限元数值分析方法,研究盾构隧道在下穿框架隧道3个阶段(盾构到达既有隧道正下方前、穿越既有隧道正下方及穿出既有隧道后)施工过程中盾构机顶进力、壁后注浆压力对于上部框架隧道沉降、侧移及扭转影响的规律,计算结果表明,在盾构到达既有隧道正下方前及穿出既有隧道后,沉降量和扭转幅度在一定范围内随顶进力和注浆压力的增大而增大;盾构下穿既有隧道正下方阶段,沉降量和扭转幅度在一定范围内随顶进力和注浆压力的增大而减小。施工过程中宜随着盾构与既有隧道位置关系的改变,及时调整各项施工技术参数,减小对上部隧道的影响,保证盾构顺利掘进。

大直径盾构隧道盾构井环框梁设计分析及构造措施

大直径公路隧道盾构井在施工阶段承担着盾构机吊装、盾构掘进始发和接收的重要功能。后期运营阶段盾构井承担隧道运营、设备布置、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求。本文以深圳妈湾跨海通道盾构井为研究对象,结合盾构法地下快速路的特点,针对大直径公路隧道盾构特点设计盾构接收井结构。利用Midas Civil有限元软件建立荷载-结构法盾构井三维计算模型,分析了盾构接收井在盾构吊装阶段、施工后浇结构及后期运营阶段的环框梁受力特点,同时总结了大直径盾构井环框梁构造措施,对于以后指导大直径盾构井结构设计及施工有重要意义。

框架型棚洞承受落石冲击力的模型试验研究

针对框架型棚洞在不同种类缓冲垫层防护下抵抗落石冲击力的力学性能,通过大比例尺室内模型试验进行了测试研究。分析了在不同种类缓冲垫层和不同冲击能量下落石冲击力的变化规律;依据试验数据和理论推导给出了反应落石平均冲击力与最大冲击力之间关系的扩大系数,改进了框架型棚洞在不同类型缓冲垫层防护下落石冲击力的计算方法。研究结果表明:改进的落石冲击力计算方法能够综合考虑影响落石冲击力大小的诸多因素;对于特定的落石冲击能量,不同类型的垫层属性所反应的落石冲击力大小实质是受到垫层属性函数f^(h,E,μ,γ)的影响,具体表现为f值越大,不同垫层种类下的冲击力扩大系数的离散性越小,反之越大。

空心钛支撑架结合自体骨移植治疗股骨头坏死

目的探讨应用空心钛支撑架结合自体骨移植治疗股骨头坏死近期疗效.方法11例12个股骨头采用从转子下经转子至股骨头坏死区域钻相应隧道,清除坏死骨,取自体髂骨松质骨装入空心钛支架内后植入股骨头坏死区域隧道内,隧道远端采取生物材料填充.结果患者均获得1～3年随访,7例疼痛消失,2例疼痛明显减轻,2例症状改善.结论采用空心钛支撑架结合自体骨移植治疗Ficat Ⅰ～Ⅱ期的股骨头坏死,效果满意.

隧道下穿施工诱发框架结构建筑物变形规律研究

隧道下穿既有高大建筑物越来越多的出现在城市地铁建设中,有必要对建筑物受地铁隧道下穿影响发生变形的规律进行研究。采用FLAC3D软件,考虑建筑物–土体–隧道共同作用,模拟了双线暗挖隧道先后穿越独立基础框架结构建筑物的工况。模拟结果表明框架结构的存在对隧道开挖引发的沉降位移曲线形状有明显影响,沉降槽深度明显减小,宽度有所增加。在垂直于隧道方向,上部结构的存在减小了柱间沉降差,使框架结构柱间基础沉降趋于平缓。最终柱间沉降差较大值出现在沉降槽曲线拐点两侧框架柱间。在平行于隧道方向,建筑物柱间沉降差与隧道掌子面位置密切相关,掌子面位置前后两柱间沉降差较大。隧道通过后,该方向上最终柱间沉降差将很小。

盾构掘进对邻近浅基础框架建筑物影响研究

盾构隧道掘进会对周围土体产生扰动,进而影响其周边建筑物。基于土体损失计算理论,研究了盾构掘进造成的浅基础建筑物的内力变化与沉降变形,建立了浅基础建筑物结构、基础和地基协同作用的力学模型并推导了其解析解,进一步与实测变形值进行对比,吻合度较好。研究表明:盾构隧道掘进区内,浅基础建筑物易整体出现倾斜;随着开挖面的靠近,框架结构物基础梁的弯矩和剪力逐渐增大,其最大值出现在开挖面到达该建筑物正下方附近时。为了更好地控制盾构掘进对邻近浅基础框架结构物的影响,施工中需加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。