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.

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。

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。

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。

新管幕支护结构一体化施工管间切割加固技术

新管幕支护结构一体化施工是在顶管施工技术及新管幕法的基础上进行改进,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。依托太原市迎泽大街下穿火车站通道工程,介绍了新管幕法施工管间三角区高压旋喷桩加固、临时支撑安装、钢管切割及焊接加固等作业内容。理论研究及施工实践表明,成功打通管幕钢管并提升地下结构整体牢固力,为今后新管幕法管间切割加固施工提供一定的指导意义。

福田区实验学校箱涵迁改规划方案对比复核分析研究

随着城市规模的不断扩张,城市地下管网规模也迅速扩大,传统原有水工建筑物难以与当地城市的发展架构匹配,因此,地下管网的施工与改造工程项目大量涌现。以福田区实验学校箱涵改迁规划为研究背景,介绍了工程背景和水文条件,并对工程现状进行了分析,利用洪水分析法复核设计洪水洪峰流量,结合工程实际情况针对改造要点提出设计方案并进行验算,同时提出相应的质量管理控制措施。

黔南清水江组浅层风化板岩中的施工方法探讨

瓮福磨坊矿深部磷矿150万t/年地下采矿工程建设正如火如荼的进行,而在清水江组浅层风化板岩中掘进时,常发生冒顶片帮现象,严重导致施工进度滞后。为保障施工进度、施工质量、施工安全,针对清水江组板岩在不同地质环境下呈现出差异岩性地质特征的难题,通过不断实践,探索出采取控制爆破、超前管棚、无爆破机械凿岩等方法以解决常冒顶片帮问题,同时采用撞楔法、充填注浆法、千斤顶拱架复位法等方法安全通过冒顶区域,确保巷道正常掘进。

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。

大直径输水钢管穿越黎湛铁路箱涵施工技术

大直径DN3800输水管线穿越黎湛铁路箱涵是广东环北部湾水资源配置工程的组成部分。箱涵结构较为复杂,设置二个斜段和三个平段,大直径钢管安装难度较大。由于箱涵内管道安装空间狭小,箱涵外安装场地和施工条件受限,安装时场外采用130t的大吨位汽车吊;箱涵内管道安装采用在箱涵内平段上自制二套移动式H型钢龙门架,在斜坡段自制二套固定式H型钢龙门架,并与卷扬机动滑轮组配合牵引,在管道安装同时采用60挖掘机配合顶进的方式进行牵引安装作业。圆满地完成了大直径、大壁厚输水钢管穿越箱涵的施工任务。

超大型“管幕-箱涵”顶进施工土体变形的分析与预测

结合上海市中环线北虹路下立交地道工程采用“管幕-箱涵”顶进的非开挖施工全过程,分别应用ANSYS和FLAC三维数值分析程序,对顶进施工所引起的地表变形位移进行了全过程的动态仿真模拟,并采用弹性地基梁法和室内模拟试验以及现场实测数据比拟法,对地表变形特征进行了系统地研究,最后应用软科学的智能方法,对“管幕-箱涵”顶进非开挖工法所引起的地表变形位移进行了人工神经网络滚动预测。其研究成果已经提交施工部门参考和采用。

管幕内箱涵顶进中顶部管幕竖向变形预测

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。针对实际箱涵顶进施工过程中顶部管幕出现的以隆起为主的竖向变形,根据对箱涵前方滑动土体及箱涵体的力学分析,确定作用于顶部管幕下的附加荷载,进而将顶部中间部分的钢管视为在该附加荷载作用下的倒置于Winkler地基上的弹性地基梁,以此模型预测分析顶部中间部分钢管幕的竖向变形,并同实测结果进行比较,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明该预测分析方法具有一定的合理性。

管幕内顶进箱涵顶部管幕承载作用的分析

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。根据地面沉降限制要求,并按照以较缓慢速度顶进箱涵且开挖土体过程中前方土体滑动的极端不利情况分析了顶部钢管幕的承载作用,针对钢管不同部分的受力状况不同,主要按两端固定梁以及弹性地基梁2种模型分情况对钢管的不同部分进行计算分析,并对该工程的情况进行了具体的计算。结果发现在箱涵顶进过程中,管幕起到相当大的力学作用,上覆土体的重量有一定量被顶部管幕承担而不向其下面传递,有助于提供箱涵前端网格尺寸经济而合理的设计。

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.

饱和软土地层中管幕法隧道施工风险分析

上海市中环线虹许路—北虹路下立交工程设计采用管幕结合箱涵顶进—有中继间的推进工法施工,是我国第一次引进管幕工法施工,也是世界上在饱和软土地层中施工的最大、最长的管幕法工程,其工程规模大,工艺新颖,工程地质条件差,存在很大的施工风险。运用风险分析方法,分析了饱和软土地层中施工管幕法隧道时在管幕顶进精度、管幕顶进阻力、地表沉降(隆起)、管幕损坏、管幕水密性、管幕锁口连接以及箱涵开挖面稳定、箱涵损坏、箱涵方向控制、管幕下沉、箱涵安全出洞、地面变形控制等方面存在的风险,得出了工程的总体风险水平,并提出了相应的防范措施。

管幕内顶进箱涵顶部管幕挠度分析

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的截面最大的管幕法工程。按箱涵顶进土体开挖过程中前方土体的可能滑动的最不利情况分析了顶部钢管幕的挠度问题,以便在设计时对管幕的挠度以及地面的可能沉降有充分的认识。针对钢管不同部分的受力状况不同,主要按悬臂梁、两端固定梁以及弹性地基梁3种模型分情况对钢管的不同部分进行计算分析,并对该工程的情况进行了具体的分析。结果发现当管幕纵向两端自由时在开始进洞阶段钢管上会产生极大挠度,进而对后面顶进过程中钢管的挠曲产生重要影响,整个箱涵顶进过程中钢管的最大挠度出现在两端点处。当管幕纵向两端固定时,钢管挠曲有较大程度地减小,整个过程中最大挠度出现在钢管中点。

超大型箱涵顶进引起的地层位移规律研究

郑州市下穿北京―珠海高速公路立交工程是目前亚洲在软土地层中施工的横截面最大的管棚内箱涵顶进工程,如何控制地层位移以及保证公路的安全,是设计和施工中必须考虑的主要问题。对现场的实测数据进行了分析,并应用FLAC数值方法对顶进过程中引起的地层位移进行模拟计算。现场监测和数值模拟结果对比表明,两者基本接近。总结出的地层移动规律如下:①路面发生最大沉降的位置不在轴线处,而是在箱涵跨度的一半处;②最大的水平位移出现在与箱涵中心同一标高掌子面正前方的土体中。管棚复合体的水平位移与路面大致相当,基底的水平位移略小。③孔隙水压力对箱涵顶进引起的周围土层的扰动更为灵敏。

管幕内顶进箱涵前端网格内壁土压力分布模式

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。在管幕内顶进大断面箱涵(前端嵌固钢板制网格框架)的施工过程中,随着网格后端土体的开挖,作用于网格内壁各面的土压力发生调整,其特点是在距开挖面不同位置处有不同的大小。根据力学平衡条件分析,重新达到平衡状态后,作用于内壁顶面与底面的土压力沿网格纵向呈指数函数分布,内壁侧面的土压力则为沿网格长度方向(纵向)的指数分布与沿高度方向(竖向)的线性分布的叠加,直到在网格前端仍保持相应的原始状态为止。这就为网格尺寸的合理设计打下了重要基础。最后,用室内试验验证了理论计算方法并给出了实例工程网格内壁土压力的具体分布模式。

长管棚下箱涵顶进施工中管棚力学作用及其实例分析

北京首都国际机场飞机滑行道下穿越工程是目前国内最长的管棚支护下箱涵顶进施工工程,由于该工程是在飞机不停航的情况下施工,因此,地表沉降要严格控制。根据地表沉降量的控制要求,并按照开挖面前方土体处于超挖状态以及前方土体滑动的极端不利情况下分析箱涵顶进施工中管棚的力学作用,针对管棚不同部分的受力状况不同,按照两端固定梁和弹性地基梁模型分情况对钢管的不同部分进行分析,并对该工程进行具体的计算。结果表明在箱涵顶进过程中,管棚起到了相当大的承载作用,上覆土体的重量有一定量被管棚所承担而不向下传递。

顶进箱涵全断面置换管幕工法中钢管幕内力研究及实例分析

顶进箱涵全断面置换管幕工法是在出发井和接收井之间,利用顶管法在箱涵所在位置顶推钢管,置换出土体,形成全断面管撑,再顶推箱涵,同步置换出已顶进的钢管。针对该工法中的钢管幕,建立其内力和变形计算简化模型,将钢管视为在附加荷载作用下的置于Winkler地基上的弹性地基梁,推导出全断面管幕形式顶进箱涵置换管幕工法的钢管幕内力和变形计算公式,以此分析钢管幕的竖向变形。并采用弹性地基梁法和模拟试验比拟法,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明所推导出的内力和变形计算公式具有一定的合理性,为实际工程的设计提供了理论依据。

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。