黄土地层雨水管道施工对既有下卧地铁变形的影响

为探究基坑开挖和顶管施工共同作用下下卧隧道结构的响应规律,以西安兴善寺东街雨水管道工程为背景,采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法对比分析采用明挖法和顶管法两种不同施工方式施工时下卧隧道变形规律,利用正交试验法研究基坑开挖和顶管施工共同作用时下卧隧道隆起量影响因素。结果表明:下卧隧道沿纵向5倍基坑开挖宽度内结构的隆起变形受基坑开挖影响较大,且基坑开挖卸荷使下卧隧道结构发生不均匀变形。左隧道拱顶最大隆起量为4.13 mm,拱腰最大收敛值约为0.55 mm,结构易发生扭转变形;右隧道拱顶最大隆起量约为3.19 mm,拱腰最大收敛值约为0.24 mm,结构易发生竖向拉伸变形。采用顶管法施工可以减少下卧隧道的变形量,实测数据表明顶管施工会使下卧隧道产生横向收敛,最大为1.7 mm,实际工程中应注意控制既有隧道结构的横向变形。基坑开挖和顶管施工共同作用时,各因素对左右隧道的影响程度不同,左隧道的隆起量主要受基坑开挖卸荷作用影响,右隧道的隆起量主要受顶管施工的顶推作用和开挖卸荷作用影响。同时应注意各因素之间不一定是相互独立的,需要考虑因素组合对下卧隧道隆起量的影响。

某黄土深基坑复合土钉墙变形监测分析

依托某高速铁路明挖隧道黄土深基坑工程土钉墙支护结构,对深基坑施工过程中周边地表竖向位移、基坑侧壁深层水平位移、基坑坑底隆起进行监测,根据变形监测结果分析了基坑随施工进行和时间变化产生的变形情况,总结了深基坑的变形规律。结果表明:基坑周围地面沉降随基坑开挖深度增加而增加,现场监测基坑周围地表沉降最大值为7.43 mm;随着基坑开挖施工进行,土钉墙支护对基坑整体变形约束较小,呈现整体向基坑内部的倾斜变形,最大水平位移出现在基坑顶部附近深度约0.5 m处,变形值为10.84 mm;基坑整体变形较小,安全储备大,但考虑到湿陷性黄土遇水强度会显著降低的特性,为了保证基坑安全,选取的基坑设计参数是合理的;施工中须做好坑外防渗、排水。研究结果可为同类条件的基坑设计和施工提供借鉴。

EPS板减载对宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力和厚度的影响分析

为改善宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力,减少衬砌厚度,采用数值模拟方法,研究有无EPS板减载时高填黄土明洞不同位置处衬砌结构内力和厚度随回填土高度的变化规律。结果表明:无EPS板减载时,明洞衬砌结构内力随回填土高度的增加呈线性增长,拱顶至拱肩衬砌厚度呈非线性增长,其余位置呈线性增长;有EPS板减载时,明洞衬砌结构内力和厚度随回填土高度变化规律均与荷载作用下EPS板的应力—应变曲线有关,当EPS板处于塑性阶段时,内力与厚度变化率最大,减载效果最佳,当EPS板进入硬化阶段后,减载效果开始逐渐减弱;明洞的宽高比越大,衬砌结构内力和厚度越大,内力减载量也越大,减载效果越明显。建议针对不同回填土高度、宽高比的宽坦式高填黄土明洞,进行EPS板密度和厚度的优化设计。

沟槽式高填拱形明洞力学特性及其影响因素分析

针对高填土荷载作用下沟槽式拱形明洞结构受力研究较少问题,文章首先通过室内模型试验研究了沟槽式高填黄土拱形明洞受力特性,得到了明洞周围土压力分布形式以及拱圈外侧应力随填土高度的变化规律。结果显示,明洞顶曲线段土压力呈"中间大、两边小"分布特征。当填土较低(<1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载大于规范值。而当填土较高(≥1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载小于规范值。随着填土高度的增加,明洞两侧水平土压力由"正梯形"分布向"矩形"分布转变。明洞底土压力呈"均布荷载"分布。随着填土高度的增加,拱肩截面外侧应力变化较小,而拱顶、侧墙及拱底截面外侧应力显著增加;然后对试验过程进行数值模拟分析。结果显示,明洞周围土压力平均相对误差为11.3%,外侧应力平均相对误差为14.5%,可验证试验数据的正确性及计算参数的合理性;最后进一步探讨了填土高度、沟槽边坡坡角、填料性质和沟槽与明洞宽度比等参数的敏感性对明洞衬砌结构内力的影响。结果表明,沟槽边坡坡角、沟槽与明洞宽度比影响最大,实际工程中应尽量提高边坡坡角,降低沟槽与明洞宽度比,以期改善明洞结构受力。

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。

明洞顶回填水泥改良黄土力学特性研究

山区高速公路建设中,明洞顶回填应用广泛。通过大量的室内土工试验和理论分析,对水泥改良黄土的物理性质、应力—应变关系、强度特性、压缩特性及影响水泥改良黄土的力学特性的主要因素进行了研究。实验结果表明:水泥改良黄土的应力—应变关系曲线存在明显的应力峰值点,水泥改良土表现出明显的脆性破坏;最大干密度随水泥掺合比的增加变化不明显;压实度、掺合比以及龄期对水泥改良黄土的粘聚力均有影响;压缩模量与掺合比成正比,压缩系数随水泥掺合比的增加而降低。

EPS板减载的沟槽式高填黄土明洞受力特性研究

通过室内试验和ANSYS有限元模拟,研究了沟槽式高填黄土明洞结构受力特性,得到了明洞减载前后周围土压力、位移及外侧应力随填土高度的变化规律。在此基础上,探讨了EPS板密度、厚度、宽度、铺设位置及填土高度等参数对EPS板减载明洞结构内力的影响。结果表明:数值模拟与模型试验表现出一致的规律,即采取EPS板减载后,拱顶、拱底和拱肩土压力减小,拱腰和侧墙土压力增加;明洞侧墙向外变形、拱顶向内变形减小;明洞外侧应力均减小。10 kg/m^3密度的EPS板Mises应变已到硬化阶段,后期已无减载能力,而20 kg/m^3、30 kg/m^3的EPS板应变处于塑性阶段,后期仍有减载空间。EPS板厚度越大,内力减载量越大,减载效果越明显,但厚度大的EPS板Mises应变小,材料未能充分利用;随着EPS板宽度增加,明洞结构内力先增大后减小;当EPS板宽度为1～1.5倍洞宽时,明洞内力减载量达到最优状态;EPS板距明洞顶距离越小,EPS板Mises应变越大,使得明洞衬砌结构内力减载量越大。建议EPS板铺设在洞顶0～1 m范围内。随着填土高度的增加,明洞衬砌结构内力减载量逐渐增大,而其变化率逐渐减小。

黄土隧道半装配式拱形明洞接长施工技术

为确保开通运营后列车行车安全,在郑西客运专线联调联试期间,对黄土隧道洞口高边仰坡及相邻距离较短的隧道增设拱形明洞防护工程,通过设计施工紧密结合,创新明洞结构设计形式,合理组织明洞同步平行施工,顺利、迅速完成了半装配式拱形明洞施工,为今后类似条件下的隧道洞口明洞施工积累一定经验。

高速铁路黄土隧道明洞段地基处理方法研究

黄土地区高速铁路隧道洞口明挖段地基处理方法的选择应着眼于消除湿陷性与控制沉降变形的双重标准。以兰州市榆中县某黄土高速铁路隧道洞口明挖段地基处理为例,采用水泥土挤密桩进行地基处理时发生塌孔、缩孔,变更为钻孔桩并在桩顶设置钢筋混凝土刚性托板的桩板结构处理方案后,地基处理效果良好。说明了黄土隧道明洞段地基处理方法应结合黄土含水率、湿陷性等诸多因素通过技术经济比较后合理地选用。

浅埋黄土区隧道套拱明洞暗挖施工技术

针对浅埋黄土区隧道地面条件复杂、明挖法施工难度大等问题,分析了明挖法和套拱明洞暗挖法两种施工方案的优缺点,确定采用套拱明洞暗挖法过浅埋黄土区。并从洞口防护排水、套拱暗挖施工、冒顶段明挖扣拱施工、管棚段三台阶临时仰拱法施工、二衬施工等方面研究了浅埋黄土隧道套拱明洞暗挖施工技术。结果表明,采取该施工技术,既确保了隧道的安全施工,又保护了周边原生态环境,同时降低了工程造价,取得了良好的经济和社会效益。

EPS板卸载的高填黄土明洞模型试验和数值模拟分析

为研究EPS板的卸载效果及机制,通过室内模型试验,探讨了不同密度、厚度EPS板卸载的沟槽式高填黄土明洞垂直土压力、土体位移变化规律。结果表明:在明洞顶一定高度范围内铺设EPS板可改变土体的相对沉降方向,引起土体应力重分布,促使土拱效应的形成,从而减小明洞洞顶垂直土压力;EPS板密度越小,厚度越大,对明洞洞顶垂直土压力的卸载越明显。同时,铺设EPS板使明洞洞顶同一平面垂直土压力分布随距明洞中轴线距离的增大呈减小→增大→减小的趋势,在0.7和1.3倍明洞宽度处出现转折点。最后,通过数值模拟和模型试验的对比,验证了试验结果的准确性,以及数值模拟所选参数的合理性,并进一步形象描绘了土拱效应的应力集中形态,揭示了EPS板的卸载机制。研究成果可为沟槽式高填黄土明洞EPS板卸载措施的设计和施工提供参考。

黄土隧道大挖方段明洞拱墙衬砌快速施工技术研究

为减少边坡防护工程量,消除运营安全隐患,高速铁路高挖方路堑段多以隧道代替路基,即以隧道明洞的方式通过。传统的明洞拼装模板施工时间长、耗损多、且混凝土外观质量无法保证,进而影响防水施工。本文以银西高速铁路宁县一号隧道出口段175 m明洞施工为例,采用多作业面平行施工技术,利用钢筋绑扎台车,配合衬砌台车和外侧整体钢模板连续施工的方法,通过加强对模板拼装、衬砌浇筑及回填等关键工序的过程控制,在确保安全质量的前提下,实现明洞拱墙衬砌快速高效施工的目的。