高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术研究

目的 研究高填方大直径钢波纹管涵变形机制与控制技术,解决其结构变形过大的问题。方法 基于管道压缩变形公式,提出在管涵两侧一定范围内填筑水泥土材料的新技术;通过室内试验确定水泥土材料中最优水泥质量分数,再基于数值模拟和现场试验分析采用新技术施工的管涵结构的受力及变形特征及其上部竖向土压力分布规律,确定最优管侧填筑范围。结果 新填筑技术能充分利用水泥土的刚度限制管涵的变形,当管涵两侧2/3管径范围内采用水泥质量分数为8%水泥土回填时,管涵的最大竖向及水平变形分别减少了35.1%和55.0%,结构最大应力也由管顶处转移至管涵上部45°附近,受力更为合理。结论 新填筑技术使管涵更好地与周围土体逐步变形协调,产生荷载重分布形成土拱效应,将管顶土压力由管中心向管边缘处转移,有效减小了钢波纹管涵结构变形和应力集中。

膨胀土地基高速铁路路基变形控制分析

研究目的:膨胀土地基在我国分布广泛,浸水后其强度衰减显著,吸水失水产生的胀缩变形反复,工程危害极大,既有铁路、公路路基病害非常突出,膨胀土边坡稳定、基床翻浆冒泥问题现已基本解决,普速铁路和高速公路路基变形也得到了较好控制,但其变形控制标准为20~30 cm,高速铁路以毫米级变形作为控制标准,在膨胀土地基上修建高速铁路路基必须解决路堑和低路堤的膨胀上拱变形和高路堤的沉降变形两大技术难题。研究结论:(1)天然膨胀土地基浸水后膨胀量明显大于无砟轨道铁路工务养护的限值,路基柔性填筑体对膨胀土的膨胀和收缩变形具有较好的缓冲作用;(2)天然膨胀土地基填筑路基在施工期可完成总沉降的80%以上、复合地基加固处理可达90%以上,超固结膨胀土地基上填筑路基高度不大时,加固地基与天然地基的总沉降量均较小;(3)膨胀土地基路堑及低矮路堤工程宜采用路堤式路堑结构,基床范围全部换填,加强防排水措施,地基宜采用小直径、小间距CFG桩加固,一般路堤对浅层4~6 m进行加固处理,高路堤地基处理按一般土质地基进行沉降计算分析确定;(4)本研究结果可为膨胀土地基高速铁路建设提供有益参考。

地面控制网变形对盾构基线边的影响分析

在地铁施工建设过程中,测量工作对于盾构掘进、结构施工的准确性有着重要作用。在地铁施工控制测量工作中,需要将地面上的控制点通过联系测量的形式,将坐标、高程传递到地下控制点,以地下控制点作为基线点来指导施工。地面控制点的成果作为联系测量起算依据,其精度直接决定了地下控制点的精度。文章通过分析地面控制网变形对盾构基线边的影响,探讨了提高控制测量精度的相关措施,如优化地面控制网、应用高精度的仪器设备等。

基于邻近建筑物变形承受能力的基坑变形控制指标研究

引入了一种基于基坑周围环境承受力的基坑形变控制指标,该指标立足于基坑邻近建筑物及构筑物的承耐限度,运用位移控制有限元方法(DCFEM),综合考量了基坑挖掘深度、围护结构类型、基坑与周边建筑间距等多种变量,绘制了三维控制指标曲线来体现基坑开挖深度、建筑物与基坑距离两个变量与基坑变形最大容许值的关系。

相邻深基坑开挖相互影响及变形控制研究

以北京城市副中心站综合交通枢纽项目大铁深基坑和02B区深基坑分期开挖为研究对象,采用有限元软件建立了局部精细化模型,对相邻深基坑开挖的变形特性和影响因素进行了研究,并提出了深基坑变形控制措施。研究结果表明,在相邻深基坑近接施工过程中,先开挖的深基坑呈向后开挖深基坑方向移动的趋势,而坑间土地表沉降变形从凹槽形变为双峰形;根据拟合出的变形曲线斜率,可以将相邻深基坑近接施工影响分区划分为:d<2h为强影响区,2h≤d<4h为次影响区,4h≤d<6h为弱影响区,d≥6h为无影响区;为了确保深基坑群施工的整体稳定性,最优开挖顺序是同步开挖,如需分步开挖应优先开挖支护结构刚度较大、支护力度较强的深基坑;该工程可通过及时在逆作区架设上斜撑来实现变形控制的目的。

盾构下穿高速铁路隧道沉降变形控制标准研究

针对新建盾构下穿高速铁路隧道变形控制难的问题,以石家庄地铁4、5号线以及北京地铁8号线等3个典型的穿越高铁工程为依托,研究下穿高铁隧道沉降变形控制标准.首先,利用有限元软件Midas GTS NX构建精细化的无砟轨道-隧道三维有限元模型,计算盾构下穿整体现浇隧道、盾构法隧道及U型槽段引起的不同沉降工况下的结构内力值,得出满足裂缝宽度限值的结构允许变形值,并且计算了满足规范限值要求的CRTSⅡ型和CRTSⅢ型轨道结构的允许变形值.然后,利用Abaqus软件构建车轨耦合动力模型,计算不同列车速度和沉降工况下车辆的安全性和舒适性指标,得出轨道高低不平顺允许值.最后,汇总各结构的允许变形值,给出结构沉降变形控制标准.研究结果表明:从结构裂缝宽度限值、轨道10 m弦长高低偏差限值和动力学最敏感指标限值方面计算的既有结构允许变形值能够作为盾构下穿高铁隧道沉降变形的控制标准,可作为现行规范的支撑与补充.研究成果可为类似风险大、要求较严的高速铁路穿越工程项目提供隧道及轨道变形控制值参考.

长江漫滩区深大异形基坑施工对紧邻特大型桥梁影响及变形控制研究

随着地下空间资源的开发利用,越来越多深基坑呈现出开挖深、规模大、形状不规则等特点,其支护结构设计复杂,施工难度大,具有明显的空间效应。笔者等以南京地铁某基坑工程为例,分析基坑施工对邻近桥梁的影响。其场区位于长江下游漫滩相二元结构地层分布地段,上部软土层厚度大,下部承压含水层地下水位高、水量丰富,地质条件复杂,该基坑为典型的深大异形基坑,距离某大桥的双曲拱引桥仅为7.2 m,由于之前桥梁已遭受其他地下工程施工产生的较大变形,所以后续工程对其影响变形控制要求极高。为此,该车站基坑支护结构设计基于地下空间实际功能采用设置分隔墙分区开挖及MJS超深工法墙综合变形控制方案。笔者等通过有限元数值模拟计算,开展复杂环境下基坑开挖引起的围护结构及桥梁桩基的变形预测分析,计算结果显示,该深大狭长异形基坑开挖对邻近桥梁沉降变形影响显著,通过设置分隔墙分区开挖及MJS工法墙进行变形控制,能够较好地控制基坑的空间效应,减少“长边效应”、“异形效应”等对桥梁沉降变形的影响。通过现场基坑开挖过程实际监测结果,验证这一综合变形控制方案的可行性。该研究成果对于类似复杂地质条件下深大狭长异形基坑的支护及施工设计具有很好的借鉴意义。

膨胀性泥岩铁路隧道变形机理与仰拱底鼓控制技术研究

为揭示膨胀性泥岩铁路隧道仰拱底鼓变形机理并提出对应控制措施,以西(宁)至成(都)铁路膨胀性泥岩隧道为背景,采用室内试验、数值模拟、案例调研等方法开展研究。结果发现:膨胀性泥岩在浸水后物理力学参数明显降低,随着浸水时间增加,降低速率逐渐减小,其膨胀系数为4.8%;FLAC3D中的应变软化模型通过湿度应力场与温度应力场的转化能较好模拟膨胀性泥岩浸水后的参数衰减效应,当初始含水率分别为5%、15%、25%时,膨胀力试验结果分别为37.84,123.90,189.06kPa;随着水位上升,隧周孔隙水压力逐渐增大,当地下水位分别为Z=-5 m、Z=0 m、Z=5 m、Z=10 m、Z=15 m、Z=30 m时,隧周最大孔隙水压力分别为0,100,125,200,250,350 kPa,仰拱底部随软化系数的增加由沉降逐渐变为隆起,隧底围岩软化及上部挤压造成的剪切破坏是仰拱底鼓的最大诱因;随着仰拱矢跨比增加,二次衬砌弯矩减小,拱底和墙脚位置二次衬砌弯矩减小值较大,因此仰拱底部受力得到优化;适当提高仰拱矢跨比,采用全环钢架+钢筋混凝土衬砌、加强基底排水、采用基底换填或管桩加固等措施是膨胀性泥岩铁路隧道设计关键。

铝合金薄壁件铣削变形原因分析与控制方法

针对铝合金薄壁类零件的数控铣削变形难题,从零件原材料性能、铣削前后残余应力的分布、刀具和切削工艺参数的选择及不同精度工装的使用等方面进行分析,确定影响零件变形的主要原因。介绍当前的变形控制方法和国内外研究现状,为薄壁件数控铣削提供了理论依据和研究方向。

基于TJS工法的盾构隧道运营变形控制

开展隧道洞内全方位微扰动高压喷射注浆(TJS)工法对运营隧道变形控制的研究.基于典型区间运营隧道实测数据,采用Plaxis 3D有限元数值模拟软件分析TJS工法横断面布置中桩长、打设角度、桩径对隧道加固效果的影响,通过在隧道底部打设局部垫层的方法优化TJS工法.结果表明,桩长越长、角度越接近40°、桩径越大,对隧道沉降的控制效果越明显. TJS工法加固后的隧道地表沉降减少16.38 mm,水平收敛变形为未加固时的42.87%.局部垫层能够显著提升TJS桩的加固效果,“两侧短中间长”的布置能够兼顾加固效果和降低施工成本.

盾构穿越软土地层预加固数值模拟与变形控制

依托佛山地铁3号线创驹区间盾构隧道工程,采用数值模拟得到不同加固方式下的地表沉降和隧道变形,研究了盾构穿越全断面软土地层时的变形规律,提出一套盾构安全穿越加固建议,并结合现场实测,验证了模拟结果的正确性。研究表明:盾构在全断面软土地层中推进时,地表沉降、隧道拱顶沉降和水平收敛值均不断增大,且主要发生在盾构通过时及盾尾管片脱出后,同时该段也是预加固的主要作用范围;先行隧道对地表沉降影响大于后行隧道;盾构穿越未加固土层时地表沉降、隧道拱顶沉降、水平收敛最大值分别为27.7 mm、13.78 mm、10.57 mm,采用超前预注浆加固时各变形分别为未加固的57.0%、69.1%、61.0%,采用三轴搅拌桩预加固时各变形分别为未加固的32.1%、50.2%、43.0%,预加固可有效控制变形,且三轴搅拌桩变形控制优于超前预注浆加固。当盾构区间地面环境复杂,不具备地面加固条件时,建议采用超前预注浆加固控制地表沉降量及隧道变形。

高地应力软岩地层敞开式TBM法隧洞围岩变形控制技术——以香炉山隧洞为例

为解决敞开式TBM在滇西地区高地应力软岩地层施工中遭遇围岩大变形而导致的支护破坏、设备频繁被卡、隧洞侵限等工程难题,通过分析围岩允许变形量与变形规律,提出围岩控制时空原则:有效初期支护施作时间为开挖后15 d内、空间位置为距掌子面30 m范围内,TBM掘进日进尺不低于2 m/d。通过不同类型的支护结构现场试验,得出控制围岩变形的有效措施为预应力长锚索主动控制变形、灌混凝土箱体H型钢拱架被动强支撑。另通过滇中引水香炉山隧洞敞开式TBM施工实践,开发出“掌子面位置刀盘扩挖预留允许变形量、围岩出护盾灌混凝土箱体拱架被动强支撑、隧洞上半圆前置式自动化喷混凝土早封闭、预应力长锚索主动控制深层围岩变形、隧洞底部自进式锚杆后补强”等围岩变形有效控制技术。

基于固有应变有限元法的大节段钢箱梁焊接变形控制研究

采用三维弹塑性有限元法和固有应变弹性有限元法结合的方法,对不同顶板厚度的顶板-U肋焊接进行数值模拟,通过对焊缝的焊接变形分析得到其固有应变,再将计算得到的固有变形以温度荷载的形式加载到整个钢箱梁顶板-U肋结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对不同板厚结构残余变形的比较,分析板厚对大节段钢箱梁焊接变形的影响。在此基础上,拟合反变形胎膜形状公式,为大节段钢箱梁焊接变形控制和消除提供理论依据。

软土深基坑变形及环境影响分析方法与控制技术

随着基坑规模日益增大以及邻近环境设施愈加复杂,合理评估并控制基坑变形及对周边环境影响成为软土基坑工程面临的重要挑战。基于理论分析与工程应用,对软土深基坑变形与环境影响分析方法及控制技术进行了系统研究。首先,在统筹考虑安全与经济的前提下,提出了软土深基坑环境保护等级和变形控制指标,为基坑周边不同类型环境设施的保护提供了依据。其次,系统建立了便于工程应用的基坑变形影响简化分析方法,并提出了基于土体小应变特性的基坑开挖对环境影响的计算分析方法以及确定全套小应变本构模型参数的实用方法,为复杂环境下深基坑环境影响分析提供了重要手段。同时,针对承压水降水影响难以准确量化评估的难题,提出了根据群井抽水试验反演确定关键水文地质参数并评估深层承压水降水对地层和环境变形影响的计算方法,满足了复杂地层承压水降水影响分析的工程需求。此外,还提出了包括支护结构与主体地下结构相结合、数字化微扰动搅拌桩加固、混凝土支撑主动变形控制、承压水控制超深隔渗帷幕等绿色、低碳、环境低影响的基坑变形控制新技术。成果在全国大量工程中成功应用,促进了软土深基坑工程全过程变形影响精细化分析和系统化控制技术的发展,为大规模地下空间的开发利用提供了技术支撑。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

基于变形控制的某深埋软岩水工隧洞初期支护参数的选择与验证

大变形下围岩的稳定控制一直是水利水电、公路、铁路等行业的传统难题,尚未形成一套验证软岩大变形等级下初期支护型式及参数选取的经验方法。依据某深埋水工隧洞工程地质情况,选择典型洞段预测挤压变形风险,利用控制变形估算所需支护力,依据规范和相关工程经验确定支护类型与参数的同时,考虑实际开挖过程利用数值仿真分析验算支护的合理性。结果表明,该隧洞具有极大的大变形风险,采用支护力的方法所确定的支护类型和参数基本合理,可将围岩变形有效控制在规范要求的1.0%~3.0%范围,且锚杆长度及支护应力等均未超过极限强度。

深埋矿井沿空留巷切顶卸压底板变形控制

目前有关巷道底鼓的研究与实践主要探讨巷道底板的变形机理及控制技术,对沿空留巷切顶卸压前后底板力学分析不全面。针对该问题,基于煤体分区破坏特征构建了切顶前后巷道围岩和底板力学模型,分析实体煤、巷旁支护及采空区对底板的作用,获得切顶前后巷道底鼓解析解,得出巷旁煤帮弹塑性区、巷道支护体及顶板下沉区底板所受载荷共同影响巷道底鼓量大小。采用数值模拟验证切顶卸压前后沿空留巷围岩破坏特征、应力分布及底鼓量变化,结果表明:切顶卸压技术可有效缩小巷道实体煤侧面及顶部的破坏区域,维持巷道围岩结构稳定;巷道底板最大应力、巷旁支护阻力、巷道底鼓量均下降,平均降幅分别为25.78%,56.14%,54.07%。现场应用结果表明,厚硬顶板沿空留巷底鼓量由709.3451 mm降至320.9658 mm,切顶卸压技术可以优化巷道围岩应力结构,抑制巷道底鼓,有效改善底板破坏情况。

基于反向分段加工的整体叶盘变形控制技术研究

针对航空发动机整体叶盘精加工过程中易产生颤振和加工变形的难题,开展了整体叶盘变形控制技术研究,设计出一种基于反向分段加工的光固化辅助支撑夹具。首先依据工件分段刚性化原则说明反向分段加工对于减少工件加工变形的有效性。其次设计了包括压紧块、仿形块、固定板在内的三段式叶盘加工辅助支撑夹具,通过光敏树脂填充仿形块与叶片之间的缝隙,为整体叶盘的加工提供良好支撑。并对夹具支撑性能进行了测试,验证了夹具的可靠性。最后,采用叶盘模拟件进行了反向分段加工验证试验,结果表明,所设计的夹具减小了叶盘截面线加工误差,最大让刀变形量由0.1 mm下降到了0.05 mm,验证了光固化辅助夹具对整体叶盘加工具有较好的变形控制作用。

大面积卸载对既有地铁隧道的影响及变形控制措施研究

以杭州某地下连接通道及河道基坑工程为背景,通过设计、施工、数值模拟、监控量测综合分析大面积卸载对下方地铁隧道的影响。研究分析表明,上跨地铁基坑施工并不是单纯引起地铁隧道的隆起变形,场地回填平整、桩基施工、土体加固等也会引起下方地铁的沉降变形,基坑工况越复杂,地铁变形越复杂。因此在上跨地铁基坑设计施工中要因地制宜,尽可能简化施工工序,在基坑施工中应尽量控制地铁上方整体加载量及卸载量达到平衡,在基坑开挖时应沿垂直于地铁方向进行抽条开挖,减小基坑暴露时间并加强监测与反馈应急机制,这些措施可以有效地降低基坑开挖对下方地铁的影响,可供今后类似工程参考。

邻近高速铁路营业线基坑分坑施工变形控制

[目的]城市中某些基坑由于用地资源紧张且邻近铁路营业线布置,对基坑施工和铁路运营安全带来了极大挑战。为合理预测和控制基坑和邻近高速铁路路基的变形,需对基坑施工进行变形控制研究。[方法]以上海某邻近高速铁路路基的明挖段基坑为依托,基于Plaxis 3D软件,分析不同基坑分坑长度对围护结构和邻近高速铁路路基的影响,并根据实测数据分析分坑开挖对基坑自身和邻近高速铁路路基的变形控制效果。[结果及结论]基坑分坑开挖能够有效减小基坑围护结构以及既有高速铁路路基的变形;分坑长度越短,基坑和既有高速铁路路基的变形越小,基坑分隔墙所形成的坑角效应对围护结构变形的抑制作用越明显。根据现场实测数据,分坑长度为30 m的条件下,基坑围护结构变形和高速铁路路基竖向变形均未超过规范限值,但路基水平变形超出限值要求。