Application of ANSYS 3D FEM in Studies of Surface Deformation Caused by Pipe Jacking

By using site observation data and establishing 3D model using ANSYS software, this paper has discussed the strain change of stratum stress during process of jacking-in and the impact of machine head on ground surface under different frontal resistances. Analysis of the two cases shows that soil pressure reaches its maximum point when the soil is right above machine head, and soil stress will gradually decline when machine head passes over it. It also shows that impact brought by pipe-jacking construction on stress change of the surrounding soil is limited. The thesis suggest that road surface should be consolidated and soil condition be improved before construction to prevent loss and disaster caused by road surface deformation, jacking force can be increased so that jacking efficiency can be enhanced when ground stratum is well filled with soil, but the frontal resistance facing machine head should be equal to surrounding soil pressure in order to avoid rise of ground surface.

砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

电力隧道渗漏水成因分析及治理措施研究

电力隧道内电缆数量较多,电缆及其他电力设施对水非常敏感,如果积水淹没电缆(尤其是电缆接头部位),可能会造成事故和损失。文章详细分析了暗挖、盾构等结构形式隧道的渗漏水成因,对管片、环梁、沉降缝、墙体及管孔等部位渗漏水治理措施进行研究,提出了针对性的治理建议并进行了试点应用,为电力隧道渗漏水治理工作提供参考。

岩溶区PST管桩复合地基的工程应用

经对某场地高层建筑地基素填土厚度大、下伏基岩岩溶发育、以多层串珠状溶洞为主的地层条件研究,提出一种PST管桩刚性复合地基。采用试验和监测等方法来指导复合地基处理设计与施工,根据场地试桩数据来验证设计的合理性。施工完成后,采用静载荷试验对复合地基进行质量验收检测,并连续进行沉降监测。结果表明:岩溶区PST管桩复合地基是一种处理高层建筑地基很可行的方法,处理后可以满足高层建筑物对地基强度、变形及稳定性的要求。

埋地燃气PE管道在地面沉降作用下的应力分析

为了研究在地面沉降作用下PE燃气管道的受力特性及失效原因,借助ANSYS软件,探究了在地面沉降作用下PE100、管径DN110、e=10的燃气PE管道的应力-应变响应情况,分析了管道失效影响因素以及失效原因,并得出管道的失效危险点、管道极限沉降位移及极限截面变化率。结果表明:在地面沉降作用下管道的失效危险点出现在沉降区与非沉降区交接处的管道内表面;且在地面沉降作用下,管道产生的压缩变形是导致管道失效的主要原因,管道弯曲变形的存在会使管道的压缩变形更加严重。这为防治埋地燃气聚乙烯管道在地面沉降作用下的管道安全评估提供理论参考。

浅埋矩形顶管施工对临近管线与地表的影响研究

矩形顶管施工引起的地表变形特征与圆形顶管或盾构隧道存在显著差异。为了明确浅埋矩形顶管施工过程中的地表沉降特征以及顶管施工对下方既有盾构隧道的影响,根据现场矩形顶管施工监测结果,分析矩形顶管施工过程中地表的变形规律,以及顶管下方既有盾构隧道的变形情况。传统的Peck公式适用于圆形顶管或圆形盾构隧道,因此采用改进的Peck公式来描述矩形顶管引起的地表变形特征;根据现场监测分析顶管施工引起的地表变形、管线变形和下卧隧道沉降规律。研究表明:改进的Peck公式相比于传统的Peck公式可以准确描述矩形顶管施工引起的地表变形规律;顶管施工引起地表和上方管线的沉降规律是一致的,但与下卧隧道的变形规律存在显著差别。

黄土地基不均匀沉降对现浇管廊影响的试验研究

湿陷性黄土地基浸水后的不均匀沉降会使现浇管廊结构产生附加内力,造成管廊结构开裂甚至破坏,严重威胁其运营安全.为深入研究黄土地层湿陷变形对现浇管廊的影响,开展了黄土地层局部浸水湿陷的模型试验.在试验中,设定局部浸水范围,以地基浸水深度为变量,对管廊结构底部位移、土体接触压力、表面应变和地表沉降进行了监测,并分析了其发展趋势.试验结果表明:当局部基底浸水深度达到20 cm,管廊结构在浸水区出现明显的弯曲变形,结构在湿陷区内的最大下沉达到0.57 mm;结构与土体接触压力变化较大区域为湿陷区边缘的管廊底板处;在管廊底部局部浸水发生不均匀沉降时,结构受力形式表现为底板受拉,顶板受压,且越远离管廊中部,所产生的应变越小,拉压应变在湿陷区边缘发生转变;地表也会发生沉降现象,最大沉降值为2.24 mm.试验结果可为湿陷黄土地区现浇管廊的设计和相关病害的防治提供参考.

基于深度学习的水管式沉降仪数据采集方法

传统水管式沉降仪主要通过压力传感器来测量水位进而计算坝体内部沉降量,其存在测量稳定性差的问题。针对此弊端,提出一种基于深度学习的水管式沉降仪数据采集方法,包含特制水尺及相应算法。通过摄像机从上至下分段拍摄特制水尺并筛选出水位所在图像;采用二维码标识对图像进行角度校正并切割出水尺及测量管区域,同时读取厘米级水位坐标;基于UNet搭建图像抠图模型精确分割测量管中水位;最后结合水位线坐标,采用YOLOv5模型识别标尺毫米级坐标。试验结果表明,该技术环境适应性强,测量结果与人工读值相比,其误差均小于0.3 mm,满足实际工程的需要。

大断面矩形顶管下穿管线MJS加固效果研究

郑州地铁3号线某车站8号出入口采用大断面矩形顶管施工,近距离垂直下穿DN2000污水管线,采用MJS工法对污水管线底部土体进行加固,对顶管过程的地表和管线位移进行实时监测,通过对比数值模拟和实测结果,验证数值模型的准确性和MJS管底土体加固措施的可行性。通过三维数值计算得出:采用MJS加固后的地表沉降、管线竖向位移、横向水平位移、弯矩和剪力比未加固土体分别减小53.59%、38.13%、73.3%、57.3%和48.02%,MJS能够明显提高管底土体承载力、密实度、强度和弹性模量,起到固定和保护管线的作用;进一步分析MJS的注浆置换率、加固宽度、加固深度对管线变形的影响,并给出置换率、加固宽度和加固深度建议值,为类似工程提供参考和借鉴。

非均匀沉降区埋地管道力学响应研究

地层非均匀沉降是埋地管道面临的常见地质灾害之一,影响管道安全运行.为此建立地层沉降区管土耦合模型,研究了地层沉降量、管道壁厚、内压、管材对管道屈曲模式和力学性能的影响.结果表明:地层沉降作用下管道轴向拉伸应变和压缩应变集中在沉降过渡区;沉降量较小时管道表面应变呈波纹状分布,沉降较大时管道产生局部屈曲;相同工况下,薄壁管道易发生屈曲失效,厚壁管道出现波纹状应变分布;随着内压增大,管道屈曲程度逐渐减弱;高钢级管道的屈曲程度越小.

管幕和横梁作用下大断面开挖变形响应研究

基于管幕与横梁作用下大断面开挖相似模型试验,研究开挖引起的管幕变形和地表沉降变化规律.为充分研究参数变化对管幕变形和地表沉降的影响,运用有限元软件建立三维数值模型,以此模型为依据,分析管幕抗弯刚度和横梁抗弯刚度对管幕变形和地表沉降的影响,并根据模糊数学理论对最优刚度匹配进行研究.研究结果表明:管幕结构整体变形类似于“板”,且关于中间管幕对称,管幕跨中断面地表沉降呈“凹槽”型,符合Peck曲线分布;管幕变形和地表沉降均与横梁刚度和管幕刚度呈指数函数关系,且对横梁刚度变化更为敏感;管幕刚度与横梁刚度分别为0.5D和2K时,可以兼顾安全性与经济性.

超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价

矩形顶管施工过程中会对周围土体造成扰动,引起地表产生竖向变形。为研究超浅覆土顶管施工过程中的地表沉降规律,以深圳市某下穿道路矩形顶管工程为背景,使用PLAXIS3D软件对顶管双线施工进行有限元模拟。首先将模拟结果与实测结果对比以验证模拟结果的合理性,然后分析双线施工地表沉降变化规律,最后对现场加固措施进行评价。主要结论如下:未加固时顶管顶进过程中,最大沉降量位于始发端,最大隆起量位于接收端;加固后地表沉降最大值点及沉降最大值均发生了改变:加固后地表最大沉降值点由始发井改变为顶管中部区域,最大沉降值减少了6.15mm,表明现场加固方案效果显著;未加固和加固后地表沉降纵向曲线规律基本一致,表现为三个阶段:隆起期、快速沉降期和沉降稳定期;未加固和加固后地表横向沉降槽变化情况基本一致。

地下管廊深基坑回填土层沉降特征研究

为研究城市地下综合管廊回填后路面的沉降规律,依托雄安新区某管廊工程,运用现场回填土层沉降变形物联网智能监测与数值模拟计算方法,建立了综合管廊基坑回填施工过程的力学计算模型,对不同工况下的路面沉降与管廊结构的应力、应变情况进行分析。研究结果表明:1)回填土体的累积沉降量及各土层间的沉降差随着回填土层厚度的增大而增大。2)在阶梯法回填施工中,施工回填段数越多,路面沉降量及不均匀沉降程度越小,管廊结构变形越大。3)施工后的路面沉降量随着压实度的增大而显著减小。相关模拟方法与研究成果可为类似综合管廊回填工程的方案设计提供参考依据。

富水砂层深基坑降水开挖对邻近综合管廊的影响

基于邻近综合管廊深基坑工程,依据基坑降水开挖方案及现场监测数据,采用Midas GTS NX软件进行数值模拟分析,研究富水砂层深基坑降水开挖对周边地表及既有管廊的影响,并预测管廊达到沉降预警值时对应的地下水位。研究结果表明,周边地表与管廊沉降主要由降水引起,且既有管廊的存在限制了周边土体的运动,有效减小了地表沉降;基坑分步降水开挖能够有效控制周边地表与既有管廊沉降,实际工程中应加强对地下水位的监测,控制地下水位满足预警值要求。

埋深对大直径竹缠绕复合管涵受力性能影响实测与分析

竹缠绕复合材料是我国竹材工业化应用领域的重要原创技术,突破了竹材传统应用的限制,在交通、市政、水利及建筑等多个领域具有广泛应用前景。为推广竹缠绕复合材料在公路工程中的应用,对大直径竹缠绕复合管涵实施现场监测并探究埋深对管涵力学性能的影响具有重要意义。设计了一套针对竹缠绕复合管涵的现场施工监测方法:实现从施工过程到服役期间的土压力、管底沉降、管壁应变全时段连续监测;对1~4 m埋深管涵的受力性能进行分析,探究了埋深对管涵受力性能的影响。试验结果表明:竹缠绕复合管涵属于柔性管涵,管土相互作用随埋深和时间的增加趋于明显,但在较浅埋深下受上部扰动较大;H1~H4最大竖向沉降为33.48 mm,所有管涵工后沉降均满足设计要求;由于管涵材料的变异性与初始缺陷,管顶竖向土压力变化幅度较大,且各埋深管涵管壁变形随时间变化不具有一致性规律;土压力、最大沉降值均随着埋深的增大而增大,除1 m埋深管涵外,随着埋深的增加,管上测点应变有增大趋势,管下测点应变有减小趋势,管涵有较好的适应性变形能力。

多因素下大直径电力隧道顶管诱发地表沉降研究

顶管施工过程中会对土体产生较大扰动,导致一定施工范围内的土体发生变形。本文依托南泥湾大直径电力隧道顶管工程,通过现数值模拟的方法探讨了摩擦系数、支护压力和注浆压力、管道埋深、管道直径对地表沉降的影响。结果表明:摩擦系数的增大,会使地表的沉降增加;支护压力在管道轴线上方的地表沉降产生影响,但超过二倍管径,则影响不大;适当的注浆压力能够抑制地表土体的变形;管道埋深会对地面最大沉降值和沉降槽宽度产生影响,并对地面的影响范围会扩大;管道直径的增加,会让管道周围土体最大沉降值增加,并且变化显著。研究结果可为控制顶管施工引起地表沉降措施提供参考。

较大纵坡浅覆土大断面矩形顶管顶进控制技术

以杭州地铁3号线支线留下站A1-A2出入口连接通道为背景,结合工程地质情况,介绍了始发井及接收井端头加固、较大纵坡及覆土较浅顶进控制等施工技术,对顶管变形和地表沉降监测结果进行了详细分析,阐述了顶管施工引起的周边土体变形特征。现场监测结果表明,采用有效、综合的顶管施工控制措施,避免了顶管下穿范围内的地面沉降问题。

北斗在电力杆塔沉降监测系统中的应用

本文研究设计的输电线路钢管杆塔沉降监测系统,依托单杆塔目标灾害预测、区域内杆塔整体风险预测等安全物联网领域核心技术,为电力输电线路钢管杆塔沉降打造安全物联网支撑平台,提供整体解决方案及全生命周期的系统服务.系统基于北斗卫星导航系统(BeiDou Satellite Navigation System, BDS)及倾斜监测预警技术,以输出BDS的原始数据为核心,包括载波相位观测数据、星历数据等,并通过4G无线网络传到控制中心,控制中心通过监测软件实时解算出各监测点的三维坐标,然后根据对实时位移数据的对比分析,形成不同的监测系统或环境下的实时差异数据,再根据差异补正电力杆塔沉降区域变形情况和详细数据.

地面沉降荷载对埋地管道安全影响研究

基于ABAQUS有限元软件建立地面沉降荷载作用下含内压管道有限元模型,探究地面沉降荷载作用下含内压管道的应力和变形特征,研究沉降位移和沉降区尺寸对运行状态下埋地管道力学性能的影响规律。该模型综合考虑材料非线性应力应变特征和管土非线性相互作用,较为真实地模拟地面沉降荷载作用下含内压管道的受力情况。研究表明:地面沉降荷载作用下含内压管道最大Mises应力和最大竖直位移均发生在沉降区中心处;管道最大Mises应力随着沉降位移增大而不断增加,其应力增大速率不断降低;沉降区尺寸对管道最大Mises应力的影响没有沉降位移显著。

大口径顶管下穿既有地铁盾构隧道施工技术

探讨了杭州市第二水源输水通道工程江南线平原段项目中,一段大直径顶管下穿既有地铁隧道6号线的施工挑战与应对措施。为降低顶管井修筑和顶管穿越对盾构隧道变形带来的潜在影响,施工单位采用了一系列科学有效的控制措施。这些措施包括但不限于隔离帷幕施作、施工参数优化、模拟段试验、严密的变形监测以及数值计算论证等。通过对施工过程的严密监测与调整,最终实现了大直径顶管平稳、安全穿越地铁隧道的目标。文章总结了这些控制措施的实施效果,并对类似工程项目的未来施工提供了有益的经验教训。这项成功的工程案例为城市地下空间的协调发展提供了有力的参考与借鉴。