不均匀沉降作用下混凝土管涵沉降预测及可靠度分析

基础不均匀沉降是影响高填土混凝土管涵力学性态的主要因素之一。因此,为了保障管涵的安全运行,合理、准确地评估混凝土管涵的运行状态十分关键。针对高填土混凝土管涵,采用ABAQUS软件建立了土体-混凝土管涵一体化模型,并进行有限元分析,得到了多组混凝土管涵的响应值。基于卷积神经网络建立混凝土管涵响应预测模型,准确率可达到90%以上。在此基础上,采用Monte-Carlo法(MCS)进行随机变量抽样,分析了考虑基础不均匀沉降作用与不考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移的可靠度。结果表明,相比不考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移,考虑基础不均匀沉降作用下混凝土管涵竖向位移更大。基础的不均匀沉降严重危害混凝土管涵的使用安全性,对其长期运行的稳定性有重要的影响。研究结果为促进埋地管涵可靠性分析方法的发展、深入开展埋地管涵安全评价提供了新的理论依据和技术支撑。

PBA暗挖车站施工近接南水北调暗涵地表沉降研究

北京地铁12号线四季青站工程采用洞桩法施工,应用迈达斯GTS NX数值模拟软件,对四季青站近接南水北调暗涵进行数值模拟。模拟了四种不同的导洞施工顺序,并将模拟结果与实地监测值进行对比,两者较为吻合。研究结果表明:施工方法的选择对于减少地表沉降和既有暗涵变形沉降具有重要影响,四季青站为双层单柱双跨岛式车站,“先下后上-先两边后中间”是最优的施工顺序;在导洞开挖和初支扣拱阶段地表沉降较大,施作顶底纵梁和灌注桩以及土体分层开挖阶段所引起的地表沉降较小。研究开挖过程中地铁车站和南水北调暗涵上方的地表沉降对保障施工顺利进行具有重要意义。

轻质泡沫土在高速公路天然气管道保护涵洞中的应用

以某高速公路天然气管道保护涵洞为例,比较常规填土与轻质泡沫填土引起的涵洞基底压力和沉降值,轻质泡沫填土具有较大的优势,可解决保护涵洞地基承载力和沉降值不满足要求的问题,为同类工程问题提供参考。

渝东北山区某涵洞地基加固处治技术

为解决渝东北山区某涵洞深厚软基段差异沉降问题,基于涵洞开裂成因分析及基底工程地质特点,比选各类加固处治方案,提出洞内底板小直径引孔+高压旋喷桩的加固技术,并对加固处治路段进行了长期变形监测。结果表明:1)涵洞基底下覆厚度不均的淤泥质粘土层致使基础产生较大不均匀沉降;2)采用洞内底板小直径引孔+高压旋喷桩的处治措施,具有在狭小空间实施性强、对底板破坏小、施工工期短的优点;3)结合承载力、理论变形计算及现场沉降监测验证,采用本方案能有效控制涵洞基底沉降。该处治技术可供今后山区公路深厚软基涵洞设计、新建施工和处治加固参考。

盾构近接施工对箱涵的影响分析与控制

依托北京地铁3号线3标工程,利用数值模拟研究了盾构隧道下穿施工对农展馆南路箱涵结构的影响规律,并通过现场实测数据验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果表明:通过二次补浆可以将箱涵的平均沉降由7.3 mm减少为2.9 mm,纵向最大不均匀沉降由8.7 mm减少为3.1 mm;盾构施工过程中,后开挖隧道对箱涵结构沉降变形的影响大于先开挖隧道;二次补浆情况下箱涵纵向不均匀沉降为3.3 mm,底板纵向倾斜度为33/350000,横向不均匀沉降为0.3 mm,整体均匀沉降为2.9 mm,侧墙倾斜度为1/136500,都小于相应的控制指标。

顶管下穿地下预制箱涵沉降因素分析

随着我国市政基础设施建设的不断推进,顶管法在大直径管线工程施工中得到了广泛应用。其在顶进过程中不可避免地会扰动土体,并产生变形,对所下穿及侧穿的地下工程安全造成极大威胁。文章以某供热管线顶管垂直下穿既有埋地预制箱涵为工程案例,基于顶进过程现场沉降监测数据,分析顶进下穿施工引发箱涵沉降的主要因素,并就后续施工过程提出了改进措施,可为同类顶管工程下穿地下结构的沉降预测及控制提供参考。

排水箱涵施工对邻近既有大断面矿山法区间隧道的安全影响分析

文章以某排水箱涵穿越既有大断面矿山法区间隧道为研究背景,对基坑施工进行安全评估,采用Midas GTS-NX软件建模,分析该箱涵施工对邻近既有大断面矿山法区间隧道的安全影响,包括沉降及变形情况,同时通过三维模型模拟卸载工况,分析结构稳定性,并对监测结果进行对比分析。结果表明,箱涵合理分段开挖,对地质条件较好的大断面区间隧道影响有限,隧道隆起变形值较小。实测数据与计算结果大体一致,研究成果可为同类型工程提供参考。

高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制研究

依据原位试验和数值模拟研究高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制。结果表明：涵洞顶面压力大于上覆填土自重,呈非均匀分布形式,涵洞侧墙顶相对于顶板中部承受更大的压力,侧墙主要承担了来自两侧填土的附加压力;涵洞侧墙外水平压力远小于按土柱高度换算的静止土压力,涵洞地基的不均一地质条件导致涵洞单侧承受相对较大的水平力;涵土差异沉降导致涵洞体承担了大于上覆填土自重的压力,基底的不均匀沉降引起涵顶压力向一侧集中,侧墙外压力和基底压力非对称分布。实测涵顶压力约为填土自重应力的1.56~3.02倍,使用现行公路桥涵规范设计高填方盖板涵偏于危险。

灰土挤密桩控制高等级公路涵洞地基沉降效果研究

为探究灰土挤密桩对控制黄土地区高等级公路涵洞地基沉降变形的效果,以青海省东部湿陷性黄土区新建民小一级公路的两道涵洞为工程实例,分别采用2.5倍桩径和3.0倍桩径为桩间距的灰土挤密桩进行地基处理,结合现场监测和数值模拟计算,从地基处理前后土体湿陷系数、压缩模量、沉降变形等方面分析其应用效果。结果表明:经灰土挤密桩处理后,公路涵洞基底8 m深度范围内的土体湿陷系数从地基处理前的0.030~0.065减小至0.015内,公路涵洞基底6 m深度范围内的土体压缩模量从处理前的均值10 MPa提高到15.0~21.5 MPa;相对于3.0倍桩径桩间距的灰土挤密桩,2.5倍桩径桩间距的灰土挤密桩的桩间土体湿陷系数的减小值(0.003~0.005)略大,且桩间土压缩模量的增加值(1.5~4.5 MPa)也略大;1.5年后,采用2.5倍和3.0倍桩径桩间距的灰土挤密桩处理后涵洞沉降量分别为43.9 mm和52.4 mm,说明灰土挤密桩能够有效控制湿陷性黄土地区高等级公路涵洞地基湿陷变形,桩间距越小、对消除或减弱土体湿陷性的效果越明显,对控制涵洞沉降变形越有利。采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土地区高等级公路涵洞地基,可以充分控制涵洞工后沉降变形,确保涵洞运营安全。

套管法拔桩施工对邻近箱涵的影响分析

在地铁施工中难免遇到侵入开挖限界的桩基础,一般的处理方法多是对其进行拔除,但在施工过程中必须将对周围管线和建筑的影响降低到最低限度。结合上海软土地层中的一个拔桩工程实例,通过实测数据分析后认为,采用套管法拔桩对邻近箱涵的沉降影响在允许范围之内。其经验可供类似工程借鉴。

盾构隧道下穿铁路箱涵引起轨道和地表沉降研究

为揭示盾构隧道下穿铁路箱涵引起轨道和地表沉降的机理,采用数值模拟与现场试验相结合的方法,对郑州某地铁处盾构隧道下穿铁路箱涵工程进行研究。结果表明:迈达斯(GTS)有限元模拟对箱涵、轨道和地表沉降变化趋势的预测与现场试验基本一致,但具体变化量差异显著;盾构隧道下穿铁路箱涵引起的地表沉降为下穿普通铁路的1.3倍左右,轨道沉降仅为1.1倍,施工引起的地表横向沉降和轨道沉降范围约为隧道直径的7~8倍,施工产生的轨道沉降槽体积大于地表横向沉降槽,验证了箱涵对轨道沉降具有加剧和扩张作用。提出应拓宽轨道沉降监测范围和加强轨道沉降监测频率,同时,为确保铁路的安全运营,应加强轨道沉降控制。

软土地层管幕-箱涵顶进工具管网格自平衡设计理论研究

目前,国外在软土地区箱涵顶进施工中均对箱涵顶进工具管开挖面前的土体进行加固,以保证在箱涵高度范围内的土体能够自立稳定。为降低工程造价,上海市中环线虹许路—北虹路地下立交隧道工程是世界上首次在软土地区采用不加固软土方法进行管幕-箱涵顶进施工的工程,为维持开挖面土体平衡,工具管网格的合理设计是工程成败的关键。以此工程为背景,从力学原理出发,利用网格内土体在稳定的前提下摩擦力与土压力始终平衡——自平衡原理,建立平衡微分方程,推导出工具管内土压力、土-钢板接触面正应力、剪应力随工具管长度的分布及衰减规律——指数方程,由此方程可解出维持开挖面稳定所需的工具管网格临界长度,并建立网格的长、宽和高之间应满足的定量关系。影响网格长度的主要因素有网格前的土压力、土与网格壁的摩擦特性和土体性质等,分析表明,网格临界长度随土压力的增大而增大,随摩擦系数的增大而减小,为对数方程,所建立的公式可为工程设计提供理论依据。

滑行道下超长管棚–箱涵顶进地表沉降分析

首都国际机场西区L滑行道下管棚–箱涵顶进工程是当前首例在机场滑行道下不停航施工规模最大的顶进隧道,地表沉降控制要求严格,施工风险高。为研究施工工法的可行性,针对超长管棚施作、开挖导洞布设下滑道、长大箱涵顶进等主要工况进行数值模拟,重点对典型施工工况引起滑行道地表沉降变形特征和规律进行分析研究。计算结果表明,在理想状态下施工引起的地表沉降最大值约为24mm,能控制在允许范围内,而工程实施过程中地表最大沉降基本控制在30mm之内,可满足飞机运行安全,表明计算模型和结果是有效的,工程采用超长管棚–箱涵顶进工法施工是合理可行的。

杭州环北大直径泥水盾构隧道下穿高铁桥涵的实测分析

杭州环北地下快速路隧道工程采用大直径(11.58 m)泥水平衡盾构浅覆土斜交下穿既有沪杭高铁桥涵。为确保高铁运营安全,对桥涵沉降进行监测,同时考虑盾构穿越施工阶段隧道所处的复杂环境条件,通过在管片中埋设纵向和环向钢筋应力计,对盾构施工引起的隧道纵向及环向结构响应进行全过程跟踪实测分析。监测结果表明:桥涵最大纵向差异沉降率为0.20‰,最大横向差异沉降率为0.30‰,均在铁路安全控制标准内;在隧道穿越施工过程中,盾构总推力随盾构姿态的变化而变化,并对隧道管片受力和桥涵位移产生明显影响,其中,管片纵向轴力呈现"顶部大,底部小"的趋势,环向弯矩呈现"腰部最大,拱顶、拱底次之,两肩最小"的特点,桥涵倾斜方向也会发生变化。研究成果证明:在大直径泥水盾构穿越施工过程中,为保障施工质量与安全,除了需要对穿越对象进行严格监控之外,对隧道本体进行监控研究也同等重要。

平原水库坝下放水兼放空涵洞沉降变形分析

坝下涵洞是平原水库大坝中重要建筑物,其应力变形特性关系到涵洞的工作性状,同时也直接影响大坝的安全。本文采用不同的土体本构模型,利用三维非线性有限元数值计算方法对某平原水库大坝及坝下涵洞的应力变形进行了研究,并对涵洞下地基砾质土换填料及坝基土材料特性对涵洞沉降变形的影响进行了分析。根据计算分析结果,得出坝体应力变形的数值和分布符合常规土石坝的应力变形分布规律,涵管底部采用换填土料对控制涵管的沉降变形起到了较为明显的作用,涵管下部基础土体的材料特性对涵管的沉降变形仍有一定程度的影响,坝体的断面设计及设计中所采用的处理方案是可行的等结论,进一步检验了设计的合理性。

高铁路涵过渡段不均匀沉降及注胶效果检测

研究目的:高铁无砟轨道路涵过渡段是不均匀沉降的高发地段,通常使用注胶手段进行化学抬升,而无砟轨道脱空沉降以及抬升后的注胶效果无法直接评价,需要对其进行无损检测。本文研究拟找到准确、高效的无砟轨道脱空沉降以及注胶效果评价手段。研究结论:(1)基床表层的不均匀沉降状况与轨面沉降曲线高度吻合,轨道沉降主要由基床表层沉降引起;(2)使用400 MHz地质雷达天线可以有效检测轨道的不均匀沉降情况,支承层底脱空部位雷达波形频率降低(波形变胖),子波旁瓣减小;(3)地质雷达可以有效检测轨道注胶效果,表现为明显的强反射同相轴,可对注胶范围以及注胶饱满程度进行评价;(4)本文研究对大部分轨道脱空以及沉降检测具有借鉴意义,对轨道沉降抬升治理效果评价具有指导意义。

钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力影响因素研究

涵洞上覆土体采用邓肯双曲线模型、地基采用弹性模型,通过力的平衡和变形协调条件,提出涵洞土压力计算方法,并对上埋式钢筋混凝土涵洞顶部垂直土压力进行计算,由此分析了涵洞土压力的主要影响因素。结果表明:涵洞土压力系数随地基弹性模量、涵洞高宽比和填土内摩擦角的增大而增大,随填土压缩性的增大而减小,随填土高度增大呈先增后减的变化规律;填土厚度等于初始等沉面高度时,土压力系数有最大值。

无碴轨道涵洞地基加固及沉降控制

研究目的:在客运专线无碴轨道的设计中,探讨涵洞的地基加固处理方法沉降控制的要求。研究方法:分析涵洞工后沉降的组成,考虑路基沉降与线路不平顺发展的维修能力,以及根据前期建设投资与后期养护费用的经济比较,得出比较合理的无碴轨道涵洞工后沉降量的范围。研究结果:通过系统的分析比较,涵洞地基加固处理常用两类方法:一是排水固结法,二是复合地基法。涵洞位于不同的地基土和不同的加固处理方法应选择合适的计算理论进行相应的沉降计算。研究结论:因为沉降计算理论具有一定的局限性,工后沉降的预测应以施工中的沉降观测为主,根据实测数据进行理论分析、修正计算、预测工后沉降量。

矩形沟埋涵洞顶部垂直土压力

在刚性涵洞和刚性地基条件下,考虑矩形沟埋涵洞胸腔土体的变形和承载作用,建立矩形沟埋涵洞土压力计算模型和计算公式,理论计算与有限元计算结果相吻合。研究表明:槽洞宽比为1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈单调减小的规律;槽洞宽比大于1时,洞顶土压力系数随填土高度的增大呈先增后减的变化规律,初始等沉面高度附近有最大土压力系数。槽洞宽比、涵洞高宽比和填土内摩角增大时,土压力系数增大;填土凝聚力增大时,土压力系数减小。槽洞宽比增大使等沉面高度增大;填土高度增大使等沉面高度减小。