基于水平旋喷桩处置优化的地铁隧道施工变形控制分析

为研究富水砂层隧道中水平旋喷桩+超前小导管组合预加固的效果,以青岛地铁某区间段隧道为依托,采用有限元数值模拟方法,对比分析了无预加固、单独使用水平旋喷桩及旋喷桩配合超前小导管组合预加固三种工况的加固效果。结果表明,与无预加固方案相比,单独使用水平旋喷桩预加固可使地表沉降、拱顶沉降、掌子面纵向位移分别相应减少约61%、59%、38%;而水平旋喷桩与超前小导管组合预加固方案可使地表沉降、拱顶沉降、掌子面纵向位移分别相应减少约66%、77.6%、38.9%,典型开挖断面处与拱脚处地下水渗流量分别减少93.4%、96.7%,预加固效果与止水效果显著。

第三系半成岩富水砂岩隧道水平高压旋喷桩复合结构超前预加固研究

在诸如第三系半成岩地层等富水软弱均质地层的隧道建设中,常采用水平高压旋喷桩进行洞内超前预加固,但水平旋喷桩往往因自身抗拉强度低在承受较大荷载时容易发生断裂破坏。依托云南临沧至清水河高速公路王家寨隧道工程,提出了一种在桩体内插入小直径钢管的水平高压旋喷复合结构。通过力学理论分析、数值模拟与现场监测,对比分析了水平高压旋喷桩素桩与复合结构的力学机制与对围岩加固作用,并对钢管布置形式及直径进行优化设计。研究表明:在300 kPa水压下,复合结构相比素桩的挠度值降低了34.8%,最大拉应力降低了37.5%,受力模式明显改善,承受的极限水压力荷载大幅提升至700 kPa,对围岩拱顶沉降、应力也有一定削减作用;增加拱顶钢管布置密度可有效降低桩体拉应力,而减少钢管直径则会导致钢管拉应力增大;建议实际工程中拱顶间隔1根桩体布置108 mm钢管,拱肩间隔2~3根布置89 mm钢管,边墙可不设钢管。

富水残积土输水隧洞水平旋喷桩和超前小导管组合支护技术研究

为了研究水平旋喷桩配合超前小导管组合支护设计参数对不良地质输水隧洞预加固效果的影响,依托广西黄章水库富水残积土输水隧洞,研究了超前小导管管径、注浆加固圈厚度、外插角、环向间距、水平旋喷桩桩径、桩间距对富水残积土地层输水隧洞拱顶竖向沉降、拱腰水平变形以及掌子面变形的影响规律,并采用局部敏感性分析方法研究了支护参数的敏感性。研究结果表明:隧洞内的拱顶竖向沉降、拱腰水平收敛、掌子面位移与超前小导管和水平旋喷桩相关参数有关;小导管外插角对拱顶竖向沉降影响最大,注浆加固圈厚度次之,小导管环向间距的影响最小;小导管注浆加固圈厚度对拱腰水平位移影响最大,小导管外插角次之,小导管管径的影响最小。利用超前小导管+水平旋喷桩组合支护对富水残积土输水隧洞进行支护时,应综合考虑各参数影响,寻求最安全经济的支护参数,确保隧洞施工安全性。

水平旋喷桩在风积沙隧道洞口段的应用分析

风积沙作为抗剪能力弱、黏聚力低、自稳能力差的土体,隧道开挖时围岩变形难以控制。水平旋喷桩具有高效、环保、经济等独特优势,已广泛应用于风积沙隧道中,属于一种预加固施工技术。为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果,本文依托拉林铁路德吉隧道采用水平旋喷桩对风积沙隧道进行超前支护,并取得了不错的成效,积累了丰富的施工经验。

布袋注浆桩复合地基固结方程解析解

目的解决传统地基处理方法对软土地基区域存在适用性差、效果不明显以及设计计算不准确等问题。方法通过分析布袋注浆桩复合地基加固机理,在现有复合地基固结研究的基础上,考虑因施工扰动而造成的土体水平渗透系数变化的三种可能模式,推导出布袋注浆桩复合地基固结控制方程,并根据固结解答采用解析方法对复合地基的固结度、孔压等问题进行多方面的分析。结果给出了布袋注浆桩复合地基固结控制方程以及复合地基在荷载瞬时施加和单级施加情况下的解析解;在相同计算条件下,散体材料桩、布袋注浆桩复合地基、不透水桩复合地基以及天然地基之间的固结速率表现为递减趋势。结论地基固结随着地基顶面和底面附加应力比值的增大而加快,且接近地表的附加应力越大固结越快。外部荷载瞬时施加,此时地基固结最快;加载历时越久,地基内的最大孔隙水压力值越小。

高压气囊桩对既有地铁隧道的安全保护试验研究

近接基坑施工可使既有地铁隧道出现较大的应力和发生变形。为此,本文对高压气囊桩地铁保护技术进行优化,并在宁波轨道交通5号线前殷停车场入场线开展高压气囊桩对既有地铁隧道的安全保护现场试验。通过测定隧道的水平位移、沉降和收敛以及高压气囊桩周边的孔隙水压力、深层水平位移、分层沉降,评估了高压气囊桩对隧道的安全保护作用效果。结果表明:布设在隧道近侧的高压气囊桩充气加压和压力注浆使得隧道产生背离桩体的最大水平位移为1.65mm和最大沉降为1.01mm,可以对既有地铁隧道水平位移起到较好的保护作用。

海相地层新意法施工隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律分析

以深圳地铁12号线2期工程松岗站与既有6号线折返线北侧暗挖通道为研究背景,通过FLAC3D有限元数值模拟和理论分析的方法研究了新意法施工条件下不同海相地层围岩级别、隧道埋置深度、隧道洞径、隧道掌子面预加固强度对隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律。当隧道掌子面不进行预加固时,掌子面挤出位移随着隧道埋置深度的增加而增加;围岩等级越大,掌子面挤出位移随隧道埋深的变化越明显;当围岩等级为VI6时,隧道埋深在5 m到45 m,掌子面均发生了失稳现象;当隧道埋深取5 m、洞径取5.8 m时,其他固定参数不变;随着围岩内摩擦角、黏聚力、掌子面预加固深度的增大,隧道掌子面挤出位移逐渐减小。

邻近高速铁路单根高压旋喷桩施工对周围土体的变形影响

为研究邻近既有高速铁路高压旋喷桩施工引起的周围土体变形规律,本文以实际地基加固工程为背景,采用现场试验与有限元模拟相结合的方法,明确了单根高压旋喷桩的施工影响距离,分析了高压旋喷桩的施工参数对周围土体变形的影响,提出了邻近高速铁路的高压旋喷桩施工注意事项。研究结果表明:现场试验的单根桩施工影响距离约占桩长的80%,有限元模拟的影响距离占桩长的78.9%,旋喷桩周围土体的最大水平位移及单根桩的影响距离将随着钻杆提升速度减小及注浆压力增大而增大,当邻近高速铁路进行高压旋喷桩施工时,应确定适宜的施工参数,加强对既有高速铁路的变形监测,必要时在施工前采取一定的变形控制措施。

新建铁路路基形式对既有公路桥梁桩基的影响分析

以西南地区某新建铁路下穿既有高速公路桥梁为例,基于有限元软件,对旋喷桩复合地基路基和锚固桩+旋喷桩复合地基路基下穿既有高速公路方案的可行性进行综合评价。结果表明:采用旋喷桩复合地基对软土进行加固处理,形成了较好的竖向加固体,增强了被加固土体的力学特性,减小了新建铁路对桥梁桩基的影响;在软土地区两侧设置锚固桩的方式,约束了地基土的侧向变形,对限制工后沉降具有较好的效果。

布袋注浆桩地基加固扰动影响试验研究

研究目的:布袋注浆桩常用于邻近营业线等对扰动变形控制严格或净空受限的复杂环境下地基加固,为研究布袋注浆桩地基加固施工过程对桩侧土体的扰动影响范围及程度,选取典型软弱地基路基工点进行现场试验,分别对单桩和群桩施工过程中桩侧土体的水平位移进行测试分析。研究结论:(1)桩侧土体水平位移随时间呈“先增大后减小并最终趋于稳定”的变化趋势,最大位移发生在注浆结束至成桩1~2 d内;(2)单桩施工时桩侧土体最大水平位移的空间分布与桩身所处地层特性相关,常发生在力学性质较差的软土层范围;群桩施工时桩侧土体水平位移总体上随深度减小,最大位移一般处于浅表;(3)实测数据表明,试验工点地层条件下,单桩施工时,距离桩中心1 m处桩侧土体水平位移小于25 mm;群桩相向靠近施工时,其扰动显著影响半径约为1.8 m,影响半径以外桩侧土体水平位移不超过15 mm;(4)试验工点的布袋注浆桩施工工序、工艺对运营线路的影响较小,类似工程可通过优先施工邻近既有线桩基形成先期隔离,采用背向远离既有线施工、降低注浆压力等措施,进一步减小对既有线的影响;(5)布袋注浆桩可在邻近营业线地基加固工程中推广应用。

高灵敏度淤泥质土“预制方桩-旋喷桩”风机基础施工顺序影响

“预制方桩-旋喷桩”组合基础形式适用于高灵敏度淤泥质土,但预制方桩沉桩过程中产生的挤土效应可能对旋喷桩造成影响,且预制方桩与旋喷桩的施工顺序也可能影响预制方桩的水平承载力。依托江苏连云港某风电场工程开展现场试验研究“预制方桩-旋喷桩”风机基础,分析预制方桩与旋喷桩施工顺序对预制方桩承载力和水平位移的影响,以及预制方桩挤土效应对旋喷桩位移的影响。结果表明,旋喷桩可提高预制方桩单桩水平极限承载力并减小水平位移量,但先进行旋喷桩施工后进行预制方桩沉桩将大大延长基础工程施工工期。预制方桩在沉桩过程中存在挤土效应,使旋喷桩产生明显的侧向位移。建议实际工程中先进行预制方桩沉桩施工,后进行旋喷桩地基加固,既不影响工程周期,又可减小预制方桩挤土效应对旋喷桩的影响。

高压旋喷桩在海上风电桩周土加固中的应用

目前海上风电桩基础在海洋动力环境作用下出现过度水平位移的现象,通常采用增加桩径的方法来提高桩基水平承载力,造成钢管桩制作成本增加,施工难度大大提高,制约海上风电发展。本文结合海上风电工程实例,开展海洋地基加固技术对海上风电桩基础水平承载力影响的研究,探讨高压旋喷桩加固技术在海洋环境下的加固深度、工艺参数、加固效果等。通过加固后现场取芯及有限元实体模型验算结果表明,采用高压旋喷桩加固技术可有效强化风机桩周土层的刚度,达到提高桩基水平承载力、减小桩基础水平位移和降低工程成本的目的。可为海上风电工程防灾减灾提供技术支撑,具有重要的社会效益和推广应用价值。

水平旋喷桩超前预加固措施在特殊不良地质隧道中的应用

随着隧道工程建设不断增加,在隧道施工过程中遇到各种特殊、复杂地质条件的可能性也越来越多,当隧道建设通过极软弱围岩且浅埋偏压段、洞身断层破碎带、软弱破碎围岩段,以及软弱富水、流砂等各种特殊不良地质隧道在以上特殊不良地质围岩段施工时,极易发生支护结构失稳、大变形,甚至塌方、突水、涌泥、涌砂等严重灾害,威胁到了隧道施工安全,同时也导致建设成本大大增加。针对此种复杂地质围岩隧道的主要处置措施为超前小导管注浆以及超前大管棚注浆预加固措施,总体上取得了较好的加固效果,但在部分围岩松散,且极软弱富水、流砂地质围岩段隧道中,采用超前小导管注浆和超前大管棚注浆预加固措施效果不太明显。基于此,在软弱富水特殊不良地质围岩段隧道施工中,采用一种水平旋喷桩超前预加固措施,取得了很好的加固成效。

大跨软岩隧道近接下穿古长城遗址施工技术研究

依托大跨软岩尕沟隧道近接下穿国家级文物明长城遗址工程,研究解决了在保证明长城安全、稳定的前提下实现隧道顺利下穿的问题。通过采取水平旋喷桩超前预加固、调整开挖方法、严控洞内变形、加强明长城本体监测等措施,最终达到隧道施工过程中及下穿后明长城始终处于稳定状态的技术目标,保护了明长城的历史风貌。

地基处理后高灵敏度淤泥土中桩的水平抗力试验研究

风机的运行对基础的水平承载力要求较高,而高灵敏度淤泥土不利于风机基础建设,需进行地基处理。本文以旋喷桩地基处理前后的高灵敏度淤泥土为研究对象,通过单桩水平静载试验研究地基处理前后灌注桩及预制方桩水平承载能力及高灵敏度淤泥土的m值,探究旋喷桩地基处理后高灵敏度淤泥土m值随桩顶位移的变化规律。结果表明,高灵敏度淤泥土在经过旋喷桩地基处理后,钻孔灌注桩和预制方桩的水平承载力均有明显提高;高灵敏度淤泥土的m值,对于灌注桩远小于规范建议取值,对于预制方桩接近规范建议取值范围的下限值;旋喷桩地基处理后高灵敏度淤泥土m值随着桩顶位移的增大呈非线性下降的趋势,故应根据桩顶位移限值来选取合理的m值。

多次注浆微型桩水平承载力试验与数值模拟分析

通过不同施工工艺微型灌注桩的现场水平荷载试验及数值模拟,研究微型灌注单桩水平承载力的主要影响因素.试验考察多次注浆工艺对微型灌注单桩水平荷载-位移曲线形式、临界荷载、极限荷载、桩周土抗力系数的比例系数(m)等的影响.数值模拟对比分析注浆量及注浆范围对单桩水平承载力的影响程度.结果表明:多次注浆工艺可明显改善水平荷载作用下微型灌注桩的变形及工作性状,有效提高微型单桩的水平承载力;在对多次注浆微型桩进行水平承载力设计时,m应取规范所给的最大值;桩土最优刚度比为100∶1,最佳注浆深度为4D.最后初步探讨了微型桩桩周多次注浆施工工艺提高单桩水平承载力的机制.

软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果,采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固4种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明:1)水平旋喷桩和管棚2种工法中,水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著;2)管棚预加固工法控制地表沉降的能力较强;3)管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛,掌子面水平位移性能突出,管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小91.3%,拱顶沉降减小76.2%,拱脚收敛减小76.3%,其地表最大沉降值为2.7 mm,拱顶最大沉降值为25 mm,拱脚最大收敛值为4mm,最小收敛值为-9.4 mm,加固效果明显。

水平旋喷组合结构中管棚受力特点数值分析

为研究隧道预加固管棚水平旋喷桩组合结构中管棚的力学行为、管棚搭接处的受力特点,采用三维弹塑性有限元方法,对比分析在开挖过程中,管棚水平旋喷桩组合结构和超前管棚注浆结构中管棚的轴应力、剪应力、弯矩分布特点。结果表明:管棚水平旋喷桩组合结构中,钢管所受弯矩和剪应力约为超前管棚注浆结构的10%,所受轴应力约为超前管棚注浆结构的40%;钢管的受力特点与超前管棚注浆结构存在较大差异。2种结构的管棚搭接处的力学行为均较为特殊,在分析管棚水平旋喷桩组合结构中钢管的受力情况,或对超前管棚注浆结构考虑管棚搭接效应进行受力分析时,应将现有受力简化模型进行修正。

上海软土地区预应力桩单桩水平承载力研究

结合上海软土地区预应力桩单桩水平静载荷现场试验,探讨预应力桩单桩水平承载力的试验判定标准,根据现场试验结合数值分析方法,对实际工程中常采用的混凝土灌芯和桩型选取(AB型、B型等)对预应力桩水平荷载性状的影响进行了分析研究,为软土地区预应力桩的设计提出了一些参考建议。

水平旋喷技术在软岩富水地铁隧道中的应用及优化

青岛地铁一期工程M3线试验段区间隧道K15+838.35～+660埋深8.15～13.1 m,穿越VI级富水砂层,地面环境复杂,施工风险极高。在地面不具备降水及垂直加固的条件下,为达到控沉防塌的效果,保证地面建筑物及洞内施工安全,应用洞内环向水平旋喷桩超前支护技术,同时,采用一系列相配套的超前支护技术及加固措施,弥补了水平旋喷桩在砂层及碎石层中不能咬合的缺陷,确保了富水软岩地铁隧道的开挖支护安全。