大断面管幕箱涵顶进引起地表变形的解析解答

研究大断面管幕箱涵顶进全过程对土体变形和周围环境的影响,对于事前预测变形并控制施工扰动影响具有重要意义。基于Mindlin解答、修正Sagaseta公式等经典理论解答,分别考虑由正面推进力、摩擦力和土体损失等因素引起的地表变形,提出考虑三者共同作用下的大断面管幕箱涵顶进引起的地表变形计算方法。建立管幕箱涵顶进作用下土体受力模型,采用Mindlin解答分别给出正面推进力和摩擦力引起的土体变形计算公式;基于当层法原理提出由土体损失引起的横向地表沉降计算公式。根据各影响因素的相对独立性,将各因素引起的土体变形量叠加,从而得到一种适用于大断面管幕箱涵顶进施工,可综合考虑多种施工因素和土体三维变形的理论解答公式。通过工程实例验证公式的合理性,研究成果可为实际施工变形预测提供参考。

浅埋超大矩形顶管小净距下穿既有箱涵的变形特性分析

大断面顶管施工不可避免地会引起临近既有结构物的变形,准确分析与预测其变形规律是采取针对性保护措施的前提。本研究基于三维数值模拟,分析浅埋超大矩形顶管左右密贴顶进小净距下穿既有箱涵变形特性的影响规律。结果表明:(1)箱涵变形随着顶管的顶进呈现出先隆起后沉降的变化趋势;顶管顶进对箱涵造成3次明显扰动,分别对应顶管头部位于箱涵前部、箱涵中部、箱涵后部三个位置。(2)左线顶管穿越后,箱涵整体沉降呈V字型的分布规律;右线顶管施工会造成箱涵二次沉降,最大沉降变形由9.33 mm增至11.18 mm。(3)箱涵水平位移整体呈中间大、两头小的倒V字型分布,最大水平位移为15.7 mm;且既有箱涵水平位移大于竖向沉降变形。(4)顶管顶进过程中,箱涵迎土面土压力呈现先增加后减少,再趋于稳定的变化趋势。(5)参数敏感性分析表明,与管土摩擦系数相比,掌子面支护比对箱涵变形的影响效应更显著。

延安方塔大道箱涵损坏段应急加固设计

道路下埋设的过水构筑物的质量,对整体工程的安全可靠起着决定性的作用,尤其是在湿陷性黄土地区,地下隐蔽工程的渗漏保障设计更是工程设计的重要内容之一。延安市方塔大道下沿道路长度方向布设有排水箱涵,紧邻道路的山体滑坡导致箱涵局部路段受到损坏,结合箱涵损坏段加固设计,总结了伸缩缝处止水破坏、伸缩缝处出现裂缝、涵身出现微小裂缝以及涵身混凝土表层脱落等病害发生后的设计方案,并详细阐述了处置步骤及注意事项,经过1 a多运营监测,其工程质量良好,经受住了一个雨季的考验,可为今后类似工程提供参考。

泵站偏心渐缩式出水压力箱涵水力特性

为了改善偏心渐缩式出水压力箱涵内存在的偏流、回流、脱流等不良流态,采用物理模型试验和数值模拟相结合的方法研究其水力特性,对比了偏心渐缩式出水压力箱涵各方案的特征断面流态、横向流速分配比以及压强分布.研究表明:初步设计方案中,偏心渐缩式出水压力箱涵内存在偏流、回流、脱流等不良流态,其特征断面的横向流速分配比最大达到了-62.50%,长导流墩两侧压强差最大达到了1679.51 Pa;采用优化“导流墩位置+迎水角度+挑流底板结构”的组合方案后,消除了箱涵内存在的不良流态,其特征断面的横向流速分配比最小减到-5.19%,长导流墩两侧压强差最小仅21.21 Pa.在开启2#,3#,4#机组的典型运行工况下,应用该组合方案同样可以对流态进行优化.研究成果可以为类似出水压力箱涵的设计提供参考.

跨地裂缝三孔斜交箱涵结构受力性能和变形规律研究

以西安站改扩建项目为工程背景,完成足尺三孔斜交箱涵结构受力性能数值模拟研究,分析荷载与地裂缝协同作用下结构的受力过程与可能破坏形态,开展缩尺比例为1∶15的三孔斜交箱涵缩尺模型静载试验,与有限元结果进行对比分析,明确变形缝斜交和板墙开洞等复杂条件下箱涵结构的裂缝发展、位移变形和应力分布规律,验证了数值分析的可行性,并提出设计建议。结果表明:足尺数值模型与缩尺试验模型的应力路径和裂缝分布吻合较好;最不利工况下,箱涵顶板混凝土开裂部位较多,纵向挠度变形较小;斜交变形缝处,钝角较锐角处更易产生应力集中现象,各部位易出现应力集中的顺序依次为跨中、钝角、锐角和板墙隅角;采用平行于变形缝的斜向布筋方式可降低因钢筋截断而产生的应力集中,优化传力路径;建议在顶板洞口横向位置处增设暗梁,洞角布置斜向钢筋,降低洞口周围的局部集中应力。

波纹钢箱涵回填过程受力特性试验研究

波纹钢箱涵相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢涵洞截面利用率更高,要求的最小覆土厚度较小,因此更适用于路基高度受限的城市地下通道、平原区以及跨线的桥涵工程。然而目前缺少针对中国净空要求的波纹钢箱涵试验研究,国外规范内力计算公式的适用性丞待研究。为此对一座跨径6.6 m,矢高3.7 m的波纹钢箱涵开展全尺寸模型试验,对回填过程中的位移、内力和土压力进行测试和分析,并将恒载作用下结构的弯矩与Duncan的计算公式进行对比。结果表明:回填至拱肩之前结构侧面持续向内变形,顶面持续向上变形;回填至拱肩以后变形开始反向变化,最终拱顶位置的下挠为矢高的0.84%。回填至拱肩和回填结束是关键施工阶段,两阶段均是拱顶外侧的应力最大,分别为36 MPa(受拉)和―100 MPa(受压);回填完成后拱顶和拱肩测点的弯矩产生的应力在总应力中的比例位于76%和100%之间;回填完成后结构顶面的土压力大于土柱法计算出的土压力,侧面的土压力小于静止土压力;Duncan提出的公式可有效预测本研究全尺寸模型在恒载作用下的弯矩,误差在11%以内。本研究成果可为后续的波纹钢箱涵规范制订和结构设计提供参考。

城市排水泵站水力特性及整流措施

为了解弧形进水箱涵城市排水泵站水力特性,探寻改善泵站内部不良流态的整流措施,采用数值模拟方法对城市排水泵站水力流态及整流措施进行研究,并通过物理模型对整流效果进行验证。研究结果表明:弧形进水箱涵城市排水泵站的前池存在主流偏斜与分离流动现象,前池主流集中在中上层,中下层出现大范围的立面环流,底层存在回流,进水池内流态紊乱并出现旋涡,导致水泵进水不够顺畅;设计优化的“方形立柱+组合横梁”的组合式整流措施能够改善前池和进水池的水力流态,前池内的偏流和分离流动消除,底层回流消失,进水池旋涡得到有效抑制,3台水泵进水流道入口流速分布均匀度分别提升了12.0%、8.7%、8.3%,入流速度加权平均角分别提升了7.08°、9.07°、11.40°。

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明:增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°~10°的波纹钢箱涵形式。

大体量异型预制弧形件智能装备研究

本文针对上海市机场联络线的大体量异型预制弧形件拼装设备进行了研究。首先阐述了该线路中弧形件的构造信息,并根据弧形件构造阐述了弧形件智能装备的研发思路及设备的细部构造;之后对弧形件的姿态控制进行了相关的分析;最后介绍了弧形件的施工流程和弧形件设备施工实践。结果表明所研发设备可有效识别弧形件姿态,且在极限工况下可满足拼装要求。利用研发设备极大提升了施工效率,节省了施工工期,取得了较好施工效果,可为后续类似工程提供借鉴经验。

超近距箱涵顶进上跨既有地铁线路施工关键技术

以北京芙蓉路匝道箱涵顶进为工程背景,通过数值模拟、理论计算及现场监测等方法研究了箱涵顶进对既有地铁线路的影响。对工作坑支护、滑板施工、箱涵制作、箱涵顶进等施工要点进行把控,制订了科学、合理的防控措施。研究表明:箱涵顶进施工穿越既有地铁线对结构竖向和水平变形影响较大,顶推完成后结构变形呈椭圆形。采取“袖阀管注浆+非全嵌固桩”进行底板及基坑加固的方法可显著提高地基承载力,降低箱涵顶进对既有地铁线路的影响。

城镇箱涵原位修复的施工导流风险分析方法

城镇排水箱涵年久失修,受箱涵上覆条件限制,箱涵修复多采用原位修复方式。导流时机选择是涉及箱涵原位修复施工安全的关键问题。考虑施工工艺和工期、导流方式和施工时段等风险因素,建立了导流过程风险测度模型;分析导流风险因素不确定性,比较施工时段和风险变化过程,建立箱涵原位修复施工导流风险分析模型,为城镇箱涵修复时机选择提供参考。

隧道施工和列车荷载影响下箱涵开挖面稳定性分析

为研究箱涵和隧道交叠下穿铁路工况下箱涵开挖面稳定性问题,以厦门轨道交通6号线隧道与箱涵交叠下穿海沧铁路支线为工程背景,采用有限差分软件FLAC3D探究箱涵开挖面主动破坏模式,利用极限分析上限定理和空间离散化技术,求解考虑支护应力和列车荷载等因素作用下箱涵开挖面的极限支护力和稳定性。最后,将理论解析解与数值解和现场实测数据进行对比验证。结果表明:(1)在隧道和列车荷载作用下箱涵开挖面呈现对数双螺旋破坏模式,随着掘进比的减小和埋深比的增大,箱涵开挖面主动破坏时的扰动逐渐减小,不会一直延伸至地面;(2)箱涵开挖面极限支护力在一定范围内与埋深呈正相关,与土体内摩擦角、黏聚力呈负相关;(3)所推导的极限支护力理论解与数值解的百分比差异在8.70%~12.79%以内,并与现场监测数据较为接近,证明了本文理论模型的合理性和有效性。

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路稳定性控制措施研究

为确保盾构隧道与箱涵掘进过程中围岩的稳定和铁路路基沉降与变形在允许范围之内,采取合适的开挖方案以及相应的加固措施至关重要。为此,依托厦门地铁6号线,借助有限差分软件FLAC3D和现场监测数据,对隧道和箱涵交叠下穿铁路不同施工工况下结构特征位置点、地表变形和铁路路基变形加固措施进行分析,得出以下结论:(1)通过对隧道和箱涵结构特征位置点与地表位移等进行深入研究,得出最优开挖方案为先箱涵开挖、后盾构右线开挖、再左线开挖;(2)围岩和路基在未加固的情况下,箱涵发生主动破坏时,变形发展至地面,加固之后,盾构隧道与箱涵开挖面附近破坏土体慢慢变为只发生在开挖面前方,而不会向上发展;(3)现场监测数据得出地表位移、隧道拱顶和箱涵顶部位移均有随时间逐渐增大的趋势,而隧道净空收敛无太大变化。隧道与箱涵开挖面支护应力监测值都在一个范围内波动,将其和数值结果对比可发现数值与现场实测结果较为吻合。

管幕-箱涵顶进对地表变形的影响分析

在城市交通快速发展的情况下,大断面浅埋式立交通道已日益增多,采用管幕箱涵法施工有着独特的优势。以某管幕箱涵工程为背景,基于顶推力计算结果,选取关键监测断面,针对关键施工节点,建立有限元模型,对现有顶进方案进行模拟,分析管幕箱涵顶进引起的地表沉降变形。对修正剑桥模型中离散较大的参数进行参数敏感性分析,得到对土体变形影响较大的参数作为待反演参数。设计25组正交试验土体参数,并代入二维模型进行计算,构建训练数据。根据地表沉降监测数据,利用ISSA-ELM网络模型反演得到五个工况下的土体参数,并代入有限元模型中进行重新计算,实现对后续工况的变形预测。结果表明:本文方法符合工程实际规律,对类似工程有较好的参考价值;基于智能算法提出参数反演和变形预测方法得到的沉降最大值和最大值所处位置均比初始参数值结果更接近监测值,说明进行参数反演具有实际意义和使用价值。

大断面管幕箱涵隧道开挖面极限支护压力研究

【目的】箱涵隧道具有断面大、推进缓慢等特点,开挖面易失稳。【方法】依托合肥市庐州大道浅埋隧道下穿机场跑道实例工程,利用极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则、全覆土重理论进行理论推导,并结合大型三维精细化数值模型,对开挖面极限支护压力进行研究。【结果】结果表明:提出了一种简便的管幕作用下大断面箱涵隧道开挖面极限支护压力计算方法。基于此,通过毕肖普条分法计算值与文章提出的极限支护压力计算值相比较,误差极小,证明了该方法的准确性。通过建立管幕箱涵施工三维数值模型,发现地表沉降量和开挖面纵轴线方向位移量随着支护压力的增大而减小,并趋于稳定状态。当支护压力超过静止土压力时,上部土体受强挤压作用,开挖面状态易呈倒S形。【结论】以上结果可为相类似工程提供参考。

既有引水箱涵保护施工技术

随着土地利用率的不断提高,既有建筑保护涉及到的内容越来越多,做好既有设施保护具有重要意义。以某项目箱涵保护施工为例,通过分析排桩+系梁+预制盖板保护、地基处理+条形基础+预制盖板保护、单侧暗埋悬臂式挡墙保护3种箱涵保护方案,对既有箱涵施工重难点进行分析并制订相应处理措施,阐述了全护筒钻孔灌注桩、袖阀管注浆地基加固、暗埋挡墙施工主要工艺流程及施工要点,可为类似工程提供参考。

长大框架混凝土箱涵浇筑阶段温度应力场及裂缝控制分析

以某长大框架箱涵施工项目为依托,通过实验数据,分析研究了长大框架箱涵温度裂缝控制技术。采用在长大框架箱涵混凝土浇筑过程中设置监测点并实测其温度,再利用ANSYS有限元软件建立长大框架混凝土箱涵有限元模型进行混凝土温度应力场的模拟分析,总结出长大框架混凝土箱涵浇筑温度应力场的变化规律。通过改变长大框架箱涵混凝土入模温度、伸缩缝间距等因素,对长大框架混凝土箱涵最大温度梯度、最大位移及最大拉应力进行分析。结果表明:现场实测温度值与模拟得到的温度结果的变化规律基本一致;随着混凝土入模温度的升高,长大框架箱涵混凝土最大拉应力和最大位移均随之增大;从长大框架箱涵混凝土裂缝控制角度出发,可将30~35 m作为长大框架箱涵混凝土的合理伸缩缝间距。根据模拟结果制定的现场控制裂缝措施,有效控制了混凝土结构的裂缝产生,取得了良好的实际效果。

长大箱涵下穿铁路立交顶进施工纠偏技术分析

为解决箱涵顶进施工中前进方向偏移的问题,文章依托淮北煤化工基地淮新路下穿青芦铁路立交桥工程,通过对箱涵顶进下穿铁路立交工程实践的总结,阐述了长大箱涵下穿铁路立交顶进施工纠偏技术,该技术能有效减少箱涵顶进时出现的偏移现象,降低工程误差。工程实际应用表明,该施工技术能够有效提高箱涵施工的安全性和准确性,可为类似工程提供重要参考和依据。

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路开挖面稳定性上限分析

为了对盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路同步施工开挖面的稳定性进行研究,以厦门轨道交通6号线盾构隧道与箱涵交叠下穿海沧铁路支线工程为背景,首先采用FLAC3D探究主动破坏情况下二者开挖面的模式并运用空间离散化技术构建开挖面主动破坏理论模型;然后利用极限分析上限定理考虑支护应力、列车荷载等因素求解出该破坏模式下的开挖面极限支护力;最后将所推导的理论解与数值解进行对比验证。研究结果表明:①盾构隧道与箱涵开挖面均失稳破坏时,其破坏模式与二者的埋深比有关。当盾构隧道与箱涵埋深比C/H较小时,两者的变形区域会形成联通区,随着埋深比C/H的增大,联通区消失,失稳产生的大变形主要由盾构隧道体现。②所构建出的盾构隧道与箱涵均失稳情况下开挖面破坏三维理论模型与数值模拟对比,差异均在10%以内,结果比较吻合,验证了其具有一定的合理性。③盾构隧道与箱涵均失稳时的极限支护力大小趋近于盾构隧道开挖面失稳破坏时的极限支护力,且极限支护力大小随埋深比C/H的增大逐渐减小,最终趋于定值。

膨胀土地区减阻泥浆配比试验研究

地下空间开发向大断面、长距离发展,顶推力随距离增加而增大,合理控制顶推力成为关键。减阻泥浆作为施工重要材料,具有减阻润滑和支撑地层作用,其性能直接影响施工效果。依托合肥滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段,开展膨胀土地区减阻泥浆配比研究,以提升大断面管幕箱涵顶进效率。通过正交试验,研究膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)和纯碱对泥浆减阻性能的影响,测试漏斗黏度、析水率和失水量以评估效果。结果表明:膨润土可显著降低失水量和析水率,但过高会降低流动性;CMC含量为0.1%时析水率最小;纯碱含量为0.3%时效果最佳。最终确定最优配比为膨润土∶CMC∶纯碱为8%∶0.1%∶0.3%,为膨胀土地区管幕箱涵顶进施工提供了可靠配方。