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。

盾构隧道与雨水管涵上下并行近接施工影响及控制技术

以实际轨道交通盾构区间工程为背景,对比分析采用小直径双洞隧道、大直径单洞隧道2种方案近距离下穿3孔并行雨水管涵群引发的结构受力和变形特征,介绍了施工的相互影响机制,提出雨水管涵变形控制技术,最终通过现场监测数据进行了验证。研究表明:采用小直径双洞盾构掘进方案,先行右线隧道开挖引起雨水管涵竖向位移增大,后行左线隧道开挖加剧右线隧道和雨水管涵的竖向变形。小直径双洞盾构隧道方案与大直径单洞盾构隧道方案对雨水管涵群竖向位移影响差异较小,小直径双洞隧道拱顶竖向位移相比于大直径单洞隧道拱顶竖向位移略大0.5mm,两者均符合设计规范要求,但小直径双洞隧道方案较经济。此外,采用掘进参数控制、外加剂控制、壁后注浆控制及盾尾脱出地表沉降控制等技术可有效降低邻近雨水管涵变形。

基于全地形机器人的地下深空间涵管检测技术应用研究

涵管一般具有掩埋深、内部情况不明、结构复杂等特点,常规的缺陷检测技术易受管径、埋深、水深、淤积条件等诸多因素的影响,无法满足涵管检测工作要求。对于管道检测工作,目前国内科研人员在雨污水管道缺陷检测技术方面已经十分成熟,然而在地下深空间涵管检测方面研究相对缓慢,尤其是针对核电厂涵管的检测技术研究更少。以核电厂循环冷却水涵管为研究对象,系统地介绍水下机器人检测、全地形机器人检测、无人机飞行球检测技术的工作原理、适用情况和缺陷检测数据后处理方法,并结合工程实践,验证了全地形机器人在涵管检测任务中的应用效果,为以后类似工程的实施提供一定的借鉴意义。

铁路薄覆土波纹管涵静力性能试验研究

针对当前考虑铁路荷载特征的波纹钢管涵力学性能试验成果匮乏的问题,为支撑波纹钢管涵在铁路工程中的应用,开展铁路波纹钢管涵的力学性能研究。试验模拟铁路管涵结构构造,聚焦铁路活载作用响应,开展铁路薄覆土波纹钢管涵静力加载试验。研究结果表明:涵顶覆土0.6 m砂+0.3 m碎石及0.3 m砂+0.3 m碎石时均未出现涵-土脱离,试验覆土厚度能够满足波纹钢管涵发挥土-结构相互作用;但试验中管涵出现局部环拉-弯受力状态。随着覆土高度增加,恒载+活载作用下的管涵应力先减小后增大,本文工况拐点约在填土高度2~3 m;即从管涵受力角度,存在一个最优覆土厚度。随着荷载远离涵顶,管涵最大环向应力位置随之由涵顶向荷载侧45°偏移;当堆载位置在远离涵顶0.3 m位置时,管涵环向应力最大,设计时应考虑荷载偏心工况。随着涵周中砂密实度(弹模)增加,管涵环向应力最大值略有减小,管涵挠度明显减小;其原因应为涵周中砂局部进入屈服状态,故中砂压实度(弹模)对管涵最大应力影响较小,而整体上对管涵挠度响应明显。铁路波纹钢管涵采用公路相关规范的最小覆土厚度时,涵-土不会发生脱离,能够发挥土-结构相互作用;但铁路轨-枕-道床的荷载传递方式易引起管涵出现局部环向拉-弯受力状态,故建议采用更大的覆土厚度。

波纹管涵在公路设计和施工中的应用分析

西南地区高速公路建设往往受地理条件的限制,采用传统的钢筋混凝土盖板涵和箱涵,往往施工周期长、造价高。近年来,随着新材料技术的不断发展,以及装配式施工理念的推广,金属波纹管作为一种新型环保材料,在施工、安装、造价等方面都具有较好的优势,目前在高速公路建设中进行了较好的推广。对金属波纹管涵的优点进行了分析,研究其在高速公路涵洞设计及施工实践中的运用,并以贵州高速公路涵洞设计为例进行分析论证,结果表明,金属波纹管涵节省投资、缩短工期、安装更便捷、环保。

排海管涵的设计分析

排海管涵作为城市污水排出的最后一道门槛,只有安全、合理设计才能保证整个排水系统的正常运行,从而避免城市上游出现雨天积水、城市内涝等情况。以厦门市某排海管涵的设计为例,根据汇水面积、径流系数、重现期、管径、坡度、水头损失、过流能力等参数对排海管涵进行计算分析,并结合现场情况进行排海管涵设计。

高填方大跨径钢波纹管涵力学性能有限元分析

为了研究大跨径钢波纹管在高填土作用下的应力、应变响应,文章通过ABAQUS有限元建模方法,对钢波纹管涵施工过程中及汽车荷载作用下的应力和位移进行了分析。结果表明,钢波纹管涵变形和应力均满足规范要求。由此可见高填方下的大跨径钢波纹管涵在工程应用上具有可行性,文章研究内容可为高填方大跨径钢波纹管涵的设计与施工提供参考和借鉴。

标准化管理在胶东调水管涵工程运行中的应用

介绍了胶东调水管涵工程实行标准化管理的必要性和取得的成效,分析当前标准化管理在管理机构、人才、标准等方面存在的问题,针对机制建设、队伍建设、管理制度等提出意见与建议。

大直径顶管近穿既有运行箱涵加固及清障施工技术

顶管作为非开挖技术的典型代表,在市政管网建设中应用十分广泛。然而,当顶管近穿既有运行地下建(构)筑物以及遇到地下障碍物时,施工将面临困难。文章结合具体工程案例,基于数值模拟分析和工效比选,介绍了上海市某污水处理厂顶管近穿既有运行箱涵加固保护技术与突遇板桩退管拔桩施工成套技术。这些成功的施工经验能够为类似工程提供借鉴与参考。

基于小孔扩张理论的顶管施工扰动分析应用

针对顶管穿越施工扰动影响问题,依托某污水处理厂顶管下穿箱涵工程,基于岩土介质小孔扩张理论采用MATLAB平台对顶管-土-箱涵相互作用进行编译计算,考虑不同开挖面支撑力和不同顶管埋深,分析顶管施工引起的既有箱涵结构受力和位移变化。结果表明:顶管施工导致的箱涵附加竖向位移及弯矩沿顶管轴线左右对称,箱涵附加应力以顶管轴线为中心向两侧递减;随着顶管埋深和开挖面支撑力的增加,既有箱涵的最大位移、应力以及弯矩逐渐变小。根据顶管埋深,选择合适的开挖面支撑力,可有效降低顶管施工对既有箱涵的施工扰动。同时通过现场实测数据分析,验证顶管穿越地层及构筑物变形的理论分析与现场实测规律的一致性,拓宽小孔扩张理论在顶管工程领域的应用。

综合物探方法在城市道路典型障碍物定位研究中的应用

在城市主干道路改扩建工程中,为准确测定地下原水箱涵及其附属隐伏护管桥的空间位置,保障高架桥梁桩基的准确设计及顺利施工,采用高密度电法、地震面波法、探地雷达法、GEM-2多频电磁法等几种常用工程物探方法,旨在对比方法有效性,总结技术要点,为城市道路典型障碍物定位研究积累技术资料及工程经验。地下原水箱涵道及其附属隐伏护管桥为钢筋混凝土,具有特殊的工程结构,与地层具有明显的物性差异,这里利用GEM-2多频电磁法清晰地准确地探测到了护管桥的平面边界,高密度电法、地震面波法较为有效地圈定了护管桥及原水箱涵的空间位置,探地雷达法清晰地探测到了护管桥区域,并且精细地刻画了原水箱涵及护管桥的空间关系,这些成果为类似城市道路工程问题的地球物理勘察提供了实践依据及解决方案。

浅埋超大断面矩形顶管顶进对既有箱涵的影响

针对浅埋超大断面矩形顶管顶进引起的环境影响效应,以深圳市某拟建顶管法地铁车站为背景,建立了顶管施工全过程三维有限元数值模型,研究了浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应及其对上方既有箱涵的影响。结果表明:顶管下穿箱涵前,箱涵的不均匀沉降增长缓慢,箱涵迎土面所受土压力不断增大;顶管下穿箱涵时,箱涵的不均匀沉降量急剧增大,箱涵迎土面所受土压力逐渐降低;顶管穿出箱涵后,箱涵的不均匀沉降量和迎土面所受土压力均先下降而后趋于稳定。浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应使得箱涵的最大水平位移大于最大竖向位移,实际工程中应采取措施减少背土效应的影响。

大口径排水管涵修复技术与修复材料

综述了原位固化(Cured In Place Pipe,CIPP)法、穿插法、内衬法、无机防腐砂浆喷涂法、套环法、注浆法和Pipere-100内涨圈柔性内修复法共7种国内常用大口径管涵非开挖修复技术,以及Rib Loc螺旋缠绕技术和Pattem Flooring技术等国外常用大口径管涵非开挖修复技术,并结合文献和作者的研究成果,提出用于水上部分修复的快速修复砂浆和用于水下部分修复的水下抗分散修复砂浆。

重载交通下钢波纹管涵对沥青路面的变形影响

目的 探究重载交通条件下钢波纹管涵对沥青路面的变形影响,提高埋设钢波纹管涵沥青路面的寿命。方法 以计算机科学、道路工程等理论为基础,借助Midas GTS NX软件建立三维地层结构模型,对不同荷载下埋设钢波纹管涵的前、后多种工况进行模拟分析,探究荷载与钢波纹管、沥青路面不同方向变形之间的关系。结果 钢波纹管的埋设可以有效扩散土体中的应力,减少车辆荷载带给路面各结构层的沉降变形;双钢波纹管在荷载作用点处的变形较大,相邻管涵的变形较小,上半管对应力的承受程度要远大于下半管;得到了钢波纹管变形“飞鸽”模型。结论 不同荷载作用下,轴载的增大会减弱钢波纹管的应力扩散效果;笔者构建了不同荷载与路面结构层变形的关系模型,可为铺设钢波纹管涵沥青路面的病害防治提供数据支持。

填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析

山地城镇建设经常在沟谷地段建造高陡挡墙,墙后填土的固结沉降易诱发地下管涵破损渗漏,在强降雨导致的高水压条件下会产生管涌破坏,进而威胁高陡挡墙的整体稳定,是较为典型的岩土灾害。以福州软件园某高陡挡墙渗漏与管涌灾害事件为例,首先采用地质雷达探测了扶壁式挡墙填土区的地层扰动和地下脱空特征,应用CCTV检测技术揭示了墙后填土区地下管涵的破损和堵塞规律,分析了台风“卢碧”强降雨期间扶壁式挡墙坡脚两次发生管涵泥沙管涌和挡土墙壁承压泄水的灾害现象,开展了旱季天然工况、雨季排水工况和台风暴雨工况条件下高陡挡墙稳定性分析,分析了填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙失稳破坏的机制,并对极端条件下高陡挡墙的稳定性进行了分析与预测。结果表明:旱季天然工况下该高陡挡墙拥有一定的安全储备,雨季排水工况下高陡挡墙安全储备逐渐降低,但仍满足规范的设计要求,而台风暴雨工况下其安全储备已低于规范的设计要求;在台风暴雨驱动下填土沉降—管涵渗漏—承压管涌破坏是该高陡挡墙失稳破坏的机制。该研究成果可为类似工程建设规划设计及长期运维管理提供参考。

土石坝坝下涵管加固技术综述

我国土石坝多建于20世纪50~70年代,其输水建筑物多为坝下涵管。限于当时的经济技术装备水平、管理经费短缺及超期服役,坝下涵管病险情普遍,严重影响着水库功能发挥和大坝安全。为此,应根据病害、水库特点采取相应的加固措施。如库区两岸地形地质条件允许,可将原涵管废弃并封堵,在坝体以外新建引水隧洞,或设置将库水跨越大坝从上游引向下游的虹吸管等;涵管自身加固可采用灌注环保增强型聚氨酯密封止水材料修补、管身钢内衬或粘贴碳纤维布加固等。

波纹钢在市政管涵工程中的应用及监测分析

为了研究波纹钢作为市政管涵材料时的变形特征,文章以在建工程为依托,通过采用现场监测的方法,对波纹钢关键节点位移进行分析,得出波纹钢的变形特征。研究结果表明:波纹钢作为市政管涵的主要材料进行施工时,最大位移发生在结构的上部区域,变形值在设计允许范围内,研究成果可为类似工程提供借鉴与参考。

矩形顶管施工技术在下穿既有雨水箱涵施工中的应用

为了保证雨水箱涵结构与功能的稳定性,研究了一种矩形顶管施工技术,在下穿既有雨水箱涵施工中的应用方案。文章分析工程概况,计算矩形顶管力学参数,在矩形顶管下穿施工前,应用注浆纠偏技术,保证雨水箱涵的安全性。施工质量检验结果显示,施工区域的最大地表沉降量-15.26 mm,雨水箱涵结构最大沉降量0.62 mm,表明施工效果优良,在完工后的一个月内,实际测量的雨水箱涵周围的地下水位变化平稳,表明雨水箱涵整体结构稳定,施工质量优良。

变形率对FRPM管涵疲劳性能影响研究

根据管涵受力特性研发FRPM管涵夹具,对变形率为0%、1%、2%及3%的试件进行10次、50万次、100万次与200万次循环荷载加载,分析变形率对FRPM管涵疲劳性能的影响;根据剩余刚度理论、线性疲劳损伤理论及疲劳试验结果,建立FRPM管涵的剩余刚度疲劳寿命预测模型。主要得出如下结论:①变形率影响试件的承载能力,变形率越大,试件经疲劳试验后其承载能力越低;②循环疲劳荷载作用次数的增加能够降低FRPM管涵的管刚度,当变形率为0%时,经过200万次的疲劳荷载作用,FRPM管涵试件的管刚度由50.71 kPa下降至46.05 kPa,下降了10.12%;③经疲劳荷载作用后,变形率降低了管涵的承载能力和管刚度,对于变形率为3%的管涵,经过200万次疲劳荷载作用后,管刚度降低24.44%;④试件各监测点位应变增长率与疲劳荷载作用次数成正相关,变形率越大,经过疲劳荷载作用后,其承载能力越低,疲劳作用次数越多,其承载能力降低越大;⑤建立基于剩余刚度的疲劳寿命预测模型,通过该模型预测变形率为0%、1%、2%和3%时FRPM管涵的疲劳寿命,变形率为0%时,FRPM管涵的疲劳寿命为1252.956万次,变形率为3%时,FRPM管涵的疲劳寿命为693.761万次,表明FRPM管涵具有良好的疲劳性能,疲劳寿命能够满足服役要求。

朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工技术

为了提高高速公路钢筋混凝土圆管涵施工效率与建设质量,保证公路的安全稳定运营,研究设计了一种高速钢筋混凝土圆管涵施工技术。根据朔神高速钢筋混凝土圆管涵施工项目的基本概况,选择合适的施工设备与基础材料,设计标高,测量放线,开挖基坑,完成垫层施工,灌注平基混凝土,安装管道,完成洞口施工,浇筑混凝土,回填基坑,完成高速公路的钢筋混凝土圆管涵施工工艺流程。结果显示:在等效加载试验下,不同工况、不同测试样点的混凝土最大应力、钢筋最大应力的检测结果,均大于初始的设计载荷,具有足够的抗压能力,满足设计要求。测试样点的钢筋混凝土圆管涵产生裂缝时的实际加载力远大于设计值,具有良好的强度与抗变形能力,满足实际要求。