A Frost Heaving Prediction Approach for Ground Uplift Simulation Due to Freeze-Sealing Pipe Roof Method

Freeze-sealing pipe roof method is applied in the Gongbei tunnel,which causes the ground surface uplift induced by frost heave.A frost heaving prediction approach based on the coefficient of cold expansion is proposed to simulate the ground deformation of the Gongbei tunnel.The coefficient of cold expansion in the model and the frost heaving rate from the frost heave test under the hydration condition can achieve a good correspondence making the calculation result closer to the actual engineering.The ground surface uplift along the lateral and longitudinal direction are respectively analyzed and compared with the field measured data to validate the model.The results show that a good agreement between the frost heaving prediction model and the field measured data verifies the rationality and applicability of the proposed model.The maximum uplift of the Gongbei tunnel appears at the center of the model,gradually decreasing along with the lateral and longitudinal directions.The curve in the lateral direction presents a normal distribution due to the influence of the constraint of two sides,while the one along the lateral direction shapes like a parabola with the opening downward due to the temperature field distribution.The model provides a reference for frost heaving engineering calculation.

Effect of Application of Pipe Roof Method by Using Pipe Jacking on Behavior of Surrounding Soil

Tunnels in an urban area, in many cases, are constructed in soft ground which contains underground water, near existing facilities and structures. Structural stability for the tunnel and also the nearby structures and facilities is vital in this kind of work. Slurry pipe jacking was firmly established as a special method for the non-disruptive construction of underground pipelines of sewage systems. This method utilizes mud slurry that is formed around the pipes in order to stabilize the surrounding soil. In the pipe roof method the tubing elements that are constructed by slurry pipe jacking are near each other longitudinally, and create a rigid and stable lining before the excavation of the main tunnel. This paper discusses ＇the application of a slurry pipe jacking system on ＇the pipe roof method by means of numerical analysis. Because of the rigid behavior of the lining, the results show little subsidence, making this method a reliable method of constructing large tunnels with small cover in an urban area.

强震作用下支护-结构一体化管幕预制法地铁车站地震响应研究

地下工程支护-结构一体化管幕预筑法是一种全新的暗挖施工方法,改变了传统暗挖法先加固、后支护、最后施作主体结构的施工步序,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。目前有关地下结构抗震问题方面的研究主要以分析传统施工工艺施作而成的地下结构地震响应问题为主,缺少对地下大断面管幕预筑法结构的抗震研究。文章基于有限差分软件FLAC^3D,研究了管幕预筑法地铁车站的地震响应规律,结果表明:(1)在强震作用下,沿管幕车站结构高度各测点相对水平位移呈倒S型规律;(2)地震作用下车站结构应力值相对较大的位置主要集中在各管幕的连接处、中板与管幕的连接处、管幕与底板连接处;(3)与单向地震作用相比较,双向地震作用下车站结构的加速度和最大水平应力值均有所增加,水平位移、相对水平位移有所减小。

管棚-箱涵工法中管棚作用分析与设计方法研究

随着城市交通系统的快速发展,开发地下空间成了必经之路,下穿越技术的应用也越来越多。针对下穿越技术最大的难点之一,即如何控制穿越施工对上覆土体的扰动影响,对管棚支护技术的设计应用作了研究。在长大管棚的支护作用下,可以有效防止对周围土体的扰动影响,快速、安全地完成箱涵顶进施工。文中对管棚中钢管间距进行多角度的分析研究,并对管棚承载、卸载作用进行归纳分析,提出了相应的设计方法。

管幕-顶涵法穿越高速公路顶进施工关键技术

管幕-顶涵法是一种在管幕保护下顶进大型预制箱涵的施工方法,涉及管幕顶进和涵体顶进技术,用以解决明挖施工中断给地面交通带来的不便。特别是在高等级路面下作业时,对路面变形、沉降、安全稳定性都有极高的要求。文中以南水北调中线工程天津干线管幕-顶涵法穿越津保高速工程为例,介绍了其施工关键技术及相关控制要点。

软土地层管幕-箱涵推进工法阻力计算研究

上海市中环线北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水地层中施工的截面最大的管幕法工程。箱涵推进中推进阻力估算正确与否是工程成败的关键因素之一。基于摩擦及土体的极限平衡理论,分析了在管幕存在的条件下箱涵顶进中推进阻力的构成及计算方法,并根据不同的挖土工况给出相应的计算公式。计算结果和实测阻力进行对比,结果较为接近,可为同类工程提供参考。

管幕冻结法钢管-冻土接触面剪切试验研究

为研究“管幕冻结法”这一新型工法中“钢管-冻土”复合结构接触面剪切强度的影响因素及规律,基于港珠澳大桥拱北隧道工程,通过变角剪切试验方法设计不同剪切角度的试验,对温度和粗糙度2个维度进行探究,试验结果拟合出-5、-10、-15、-20、-25℃5种温度条件以及R=0.0、0.3、0.5 mm 3种粗糙度条件下的剪切面剪切强度包络线。试验结果表明:温度对钢管-冻土接触面内摩擦角影响不大;对接触面黏聚力,在-15℃之前,黏聚力近似呈线性增长,在-15℃达到峰值,在-20℃达到波谷,继而随温度的降低而增加。钢管-冻土接触面粗糙度的增加对结构面剪切强度的提高具有正向促进作用,但粗糙度过大会对接触面处的冻土体结构(如冰颗粒和土颗粒间隙等)造成一定的内部损伤,导致剪切强度下降。试验给出最优剪切强度下的温度及粗糙度取值区间。

软土地层管幕-箱涵顶进施工新技术

上海市中环线北虹路下立交工程是我国第一次采用管幕-箱涵顶进施工技术,也是世界上在软土地层中施工的断面尺寸最大的管幕法工程。结合工程实际,该文提出了创新的管幕结合箱涵顶进的施工工法——RBJ工法(roof-box jacking method)。文章详细介绍了该工程钢管幕顶进高精度姿态控制,网格工具头设计,箱涵推进的顶力控制,箱涵推进中地表变形控制及箱涵姿态控制等关键技术,为相关工程的设计、施工提供参考。

ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆段施工的应用与对策

近年来,随着环境保育观念的提升,减少地表开挖的理念,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道洞口浅覆段采用明挖法,已逐渐被暗挖法直接穿越所取代。即使在地质、地形或环境条件上不尽理想之区段,基于整体路线考量,亦有非采用不可之情形。本文以台湾北部正施工中的双线双车道公路隧道为例,探讨ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆进洞的应用与对策。由于该案例位处山凹处,属谷部地形,不仅覆盖极薄,开挖过程中更遭遇到废煤矿碴与多雨的气候,使得降雨所汇集的地表水,不断入渗至隧道内,开挖面自立性极差。几乎非原设计之NATM工法足以因应。但经采取ADECO-RS工法之管幂加劲、土心加固及拱盖培厚等超前约束与加固理念后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。

A Hybrid Regional Model for Predicting Ground Deformation Induced by Large-Section Tunnel Excavation

Due to the large number of finite element mesh generated,it is difficult to use full-scale model to simulate largesection underground engineering,especially considering the coupling effect.A regional model is attempted to achieve this simulation.A variable boundary condition method for hybrid regional model is proposed to realize the numerical simulation of large-section tunnel construction.Accordingly,the balance of initial ground stress under asymmetric boundary conditions achieves by applying boundary conditions step by step with secondary development ofDynaflowscripts,which is the key issue of variable boundary conditionmethod implementation.In this paper,Gongbei tunnel based on hybrid regional model involvingmulti-field coupling is simulated.Meanwhile,the variable boundary condition method for regional model is verified against model initialization and the ground deformation due to tunnel excavation is predicted via the proposed hybrid regional model.Compared with the monitoring data of actual engineering,the results indicated that the hybrid regional model has a good prediction effect.

A 3D sliced-soil-beam model for settlement prediction of tunnelling using the pipe roofing method in soft ground

The pipe roofing method is widely used in tunnel construction because it can realize a flexible section shape and a large section area of the tunnel,especially under good ground conditions.However,the pipe roofing method has rarely been applied in soft ground,where the prediction and control of the ground settlement play important roles.This study proposes a sliced-soil-beam(SSB)model to predict the settlement of ground due to tunnelling using the pipe roofing method in soft ground.The model comprises a sliced-soil module based on the virtual work principle and a beam module based on structural mechanics.As part of this work,the Peck formula was modified for a square-section tunnel and adopted to construct a deformation mechanism of soft ground.The pipe roofing system was simplified to a threedimensional Winkler beam to consider the interaction between the soil and pipe roofing.The model was verified in a case study conducted in Shanghai,China,in which it provided the efficient and accurate prediction of settlement.Finally,the parameters affecting the ground settlement were analyzed.It was clarified that the stiffness of the excavated soil and the steel support are the key factors in reducing ground settlement.

大断面管幕箱涵隧道开挖面极限支护压力研究

【目的】箱涵隧道具有断面大、推进缓慢等特点,开挖面易失稳。【方法】依托合肥市庐州大道浅埋隧道下穿机场跑道实例工程,利用极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则、全覆土重理论进行理论推导,并结合大型三维精细化数值模型,对开挖面极限支护压力进行研究。【结果】结果表明:提出了一种简便的管幕作用下大断面箱涵隧道开挖面极限支护压力计算方法。基于此,通过毕肖普条分法计算值与文章提出的极限支护压力计算值相比较,误差极小,证明了该方法的准确性。通过建立管幕箱涵施工三维数值模型,发现地表沉降量和开挖面纵轴线方向位移量随着支护压力的增大而减小,并趋于稳定状态。当支护压力超过静止土压力时,上部土体受强挤压作用,开挖面状态易呈倒S形。【结论】以上结果可为相类似工程提供参考。

“三软地层”超前探放水综合控制技术

“三软地层”探放水钻孔孔口管固管安装困难、顶板遇水塌陷渗水、疏放水钻孔坍塌堵孔以及钻孔缩颈的施工技术一直难以解决。通过理论计算与工程实践,摸索了一套探放水创新施工工艺,进行了优化钻孔参数设计,11701工作面大部分顶板疏放水钻孔垂高取200 m,终孔孔距不大于60 m,富水区域进行加密。技术上攻克了套管加长后固结难的技术难题,研发出一套“分级注浆固管法”,将整个套管牢固安装在设计位置,实现了在软岩区域快速固结安装超长孔口套管的新工法。针对“三软地层”的钻孔探放水,为了解决“三软地层”的探放水钻孔在成孔后坍塌堵塞的技术难题,创造性的研发出三级注浆以及“全孔花管护壁新工艺”;工程实践证明该套技术方案很好地解决了“三软地层”探放水钻孔施工难题。

管幕预筑法施工引起的地表沉降:顶管群施工顺序的影响

以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征。首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征。数值模拟结果表明采用从上向下的顶管施工顺序引起的地表沉降量最小,为12 mm;采用从下向上的顶管施工顺序引起的地表沉降量最大,为25 mm。通过大尺寸模型试验对数值模拟结果进行了验证,模型试验结果与数值模拟结果一致,从上向下的顶管施工引起的地表沉降最小,从下向上顶管施工顺序引起的地表沉降最大。基于数值模拟与模型试验结果,确定了太原火车站北隧道的顶管群施工顺序,现场监测结果表明选择的施工方案满足沉降要求。研究结果表明,在顶管施工阶段相邻顶管之间会形成微土拱,隧道上方相邻管道之间的微土拱将组合成大的管土拱结构,可以减少隧道下方和两侧顶管阶段引起的地表沉降。因此,考虑隧道上方管土拱结构的顶管施工顺序可以减小下方顶管施工引起的地表沉降。

管幕法连拱隧道下穿高速公路路基段沉降变形规律分析

依托某下穿高速公路匝道路基段隧道工程,简要介绍了管幕法连拱隧道设计施工方案,建立数值模型对管幕法连拱隧道下穿高速公路路基段沉降变形进行动态模拟,得到了路基段沉降变形规律曲线,并与现场监控量测数据对比,分析了下穿高速公路路基段沉降变形规律。结果表明:1)各监测点连成的路基沉降变形规律曲线为“U”型曲线,沉降大值分布在隧道与匝道相交区域内;2)路基沉降变形值随着隧道开挖进尺的增大而增大,位于隧道与匝道相交区域内的匝道沉降变形速率最大,距离隧道越远,匝道沉降变形速率越小;3)隧道与匝道夹角越小,路基沉降相应的影响范围越大;4)根据数值模拟计算结果和实测匝道沉降实测值分析得知,管幕法连拱隧道下穿匝道路基引起沉降数值不超过10 mm,沉降得到有效控制,对高速公路影响较小。

管棚法应用于软土地层的稳定性分析

在软土地区采用管棚法施工浅埋隧道,管棚间以及掌子面土体的稳定是影响"棚架体系"能否发挥的决定性因素。首先分析影响管棚间土体形成微拱的因素,根据莫尔–库仑抗剪强度理论,推导管棚间土体形成微拱的判定方法,即拱顶和拱脚同时处于稳定状态。其次将掌子面稳定假定为上覆荷载作用下的三维边坡稳定问题,推导管棚法隧道掌子面稳定的判定方法。最后以杭州市一过街通道为例,应用上述判定方法,对管棚间土体以及掌子面稳定进行计算分析,并提出合理建议,保证隧道的安全。

管幕箱涵顶进施工中地表变形监测及有限元模拟

上海市中环线虹许路—北虹路地下立交隧道工程采用了管幕施工与箱涵顶进相结合的施工方法.管幕箱涵顶进法是一种在软土中修建地下建筑物的新型暗挖技术,先用微型顶管技术在拟建的地下通道建筑物四周顶入钢管,然后将钢管间用锁口连接并注入防水材料构成防水地下空间,最后在拟建的地下通道空间内,采用软土开挖和预制箱涵顶进同步进行施工.箱涵顶进过程非常复杂,容易引起地表变形.结合实测数据研究超长大断面管幕箱涵顶进过程中地表变形的特征,得到一些与我国常规暗挖施工所不同的新规律,建立了能够考虑网格前管幕土欠挖、超挖施工工况的三维有限元模型,实现了箱涵顶进过程及其他地表变形的模拟,计算结果与实测地表变形较吻合.

管幕冻结法积极冻结方案模型试验研究

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程预支护体系采用管幕法与人工冻结技术相结合的全新"管幕冻结法"施工。根据工程实际情况,首次提出了在管幕钢管内部布置"圆形主力冻结管"、"异形加强冻结管"和"升温盐水限位管"三种特殊管路构成的冻结方案。为了研究该冻结方案的有效性与可控性,进行了大型物理模型试验。文章主要介绍了模型试验概况,重点分析了开挖前积极冻结阶段冻结的试验效果。试验结果表明,积极冻结阶段冻土帷幕发展显现了预期规律,冻结效果显著;管幕间形成良好的冻土帷幕,可确保良好的止水效果。

深埋顶管顶力理论计算与实测分析

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法,常用的垂直土压力计算理论有:普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用性和缺陷之后,结合普氏理论和太沙基理论,提出了改进的垂直土压力计算理论公式,并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应,又考虑了拱下土体的挟持力,更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中,计算不同深度的两根大埋深管道顶力,并把计算与实测结果进行比较,发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值,改进理论计算结果稍大于实测值,更适合于深埋顶管顶力估算。

弧形密排大直径管群顶管地表沉降分析

为研究管幕预筑法大直径管群顶管施工过程中的地表沉降特征和实现信息化施工,利用解析公式对国内首个采用管幕预筑法的弧形密排大直径管群顶管施工引起的地表沉降进行分析和监测,得出其地表沉降变化规律。研究结果表明:利用解析公式预测弧形密排大直径管群施工引起的地表沉降与实测值相差较小;在管群施工过程中,顶层管引起的地表沉降较小,从第2层顶管开始,随着管群埋深和跨度增大,顶管对地表沉降的影响先减大后减小,地表最大沉降量增幅逐渐减小;为确保地表沉降控制总目标,每层顶管结束和管群顶管结束均需采取有效的注浆措施控制地表沉降或抬升地表;大直径管群顶管施工引起的地表沉降易于控制,环境影响小,为PPM后续施工提供了保障。