新建城际铁路盾构小净距下穿既有地铁隧道沉降控制研究

目的:新建线路盾构近距离下穿既有线隧道时,不仅会引起地层沉降和变形,还会引起既有线隧道的不均匀沉降、开裂,甚至破坏,因此需针对该类工程,研究沉降控制措施,以减小施工风险,确保既有线的安全运营。方法:依托杭海城际铁路下穿杭州地铁1号线工程,采用数值模拟方法进行分析。介绍了工程基本概况及施工风险点;建立了计算模型,确定了模拟数值计算过程,并对不同施工工况下的地面沉降计算结果进行了分析;结合盾构掘进试验段施工参数及实施效果,对下穿段施工控制参数进行了合理优化,并提出了盾构下穿既有线隧道的沉降控制措施。结果及结论:①新建线路盾构下穿既有线隧道,引起既有线隧道最大沉降约为地面最大沉降值的1.81倍。②新建线路盾构下穿既有线隧道施工过程中引起沉降较大的时段为:新建盾构刀盘从既有线左右线隧道中部下方穿越至既有线右线隧道下方,新建线路盾构刀盘离开既有线右线隧道后2 d(d为新建线路盾构隧道外径)位置处至施工结束。③盾构下穿过程中,选用注浆量为5.7 m^(3)/环、注浆压力为0.3~0.4 MPa、土舱压力为260~270 kPa、掘进速度为2.5~3 cm/min、排土量为57~63 m^(3)/环;每掘进2环进行一次二次注浆,并且对沉降较大区域每环注入0.3~0.5 m^(3)克泥效浆液。现场监测结果表明:既有线隧道最大沉降约为地面最大沉降的1.73倍,与模拟数值计算结果相近。

BIM技术在杭海城际铁路中的实践与思考

BIM技术是杭海城际铁路建设管理平台协同管理的核心架构,也是其建维一体化的技术保障。铁路BIM标准体系的建立及应用推动了杭海城际铁路科学设计、智慧建造进程,实现了BIM数据从设计向施工、运维交付和全生命周期无损传递和可视化溯源。针对杭海城际铁路BIM应用中存在参建单位多、BIM管理难度高、推进过程中图模不一致、BIM标准不易落地、协同效率低、时间成本高等问题,本文提出了建设单位应主动推进、增强各阶段协作、完善BIM技术应用标准和发挥BIM在全生命周期中的应用价值等建议。研究成果可为城际铁路智慧建造提供参考。

杭海城际铁路35m跨简支箱梁桥适应性研究

以杭海城际铁路35m跨简支箱梁桥为例,建立了考虑轨道约束影响的“轨道-主梁-桥墩”共同作用的线桥一体化计算模型,通过有限元模型计算分析了35m跨简支箱梁桥的各项力学性能指标及桥梁施工架设过程安全分析;通过与广泛采用的30m标准跨径简支箱梁桥进行对比分析,并结合现有的铁路桥梁设计规范,对杭海城际铁路35m跨简支箱梁桥的适应性进行了分析,给城际铁路桥梁建设提供有益的参考依据。

基于坡道的城际铁路节能操纵策略

提出一种在线计算列车运行工况转换点的节能操纵策略,根据城际列车性能、线路数据和阻力特征,计算坡道终点的命令速度,预测列车在坡道终点的运行速度,实时判断列车是否可以进入节能工况。基于真实列车牵引能耗功率曲线进行建模,以此验证提出的策略有效性,并绘制杭海城际铁路区间运行时间与牵引能耗的关系曲线。

高压旋喷桩在城际铁路箱梁制梁场450t提梁机基础处理研究

进年来,国家大力发展城际铁路建设,为节约用地、少占良田、解决路基工后沉降控制问题、缩短建设周期,设计上大量采用了高架桥,以整孔简支预制架设箱梁为主,因此综合考虑预制箱梁的架设效率,大部分预制箱梁都采取提梁上桥的装车工艺,所以450t提梁机使用相当普遍,但是在松软地质条件下,450t提梁机基础多数以PHC管桩处理,且费用较大,浙江杭海城际铁路盐官梁场450t提梁机基础采用高压旋喷桩工艺进行软基处理,降低工程造价,节约投资。

非对称荷载下内撑式基坑支护结构参数分析及设计优化探讨

非对称荷载作用下,内撑式基坑会向荷载小侧整体偏移,这将不利于基坑的稳定,因此有必要对支护结构进行设计优化。本研究以某偏压综合管廊基坑为例,通过有限元软件PLAXIS 2D对该基坑进行了仿真模拟,模拟结果与实测数据吻合良好,验证了模型的有效性。进一步对该基坑进行参数分析,研究了支护结构长度、等效厚度和弹性模量对支护结构变形和基坑安全性的影响。研究结果表明,在两侧支护结构均按偏压侧进行设计的基础上,增大某侧支护结构长度,会使该侧支护结构水平位移最大值增大,分别增大两侧支护结构等效厚度、弹性模量,均可以减小该侧支护结构水平位移最大值和非偏压侧支护结构顶部逆向位移。基于参数分析,提出一种针对非对称荷载基坑的简单有效、经济可行的优化思路,并通过数值模拟对优化效果进行了分析,证明了该优化思路的可行性。

盾构下穿引起上覆管线变形的简化计算方法

盾构开挖易引起上覆地表沉降变形,进一步会引起上覆既有管线的受力变形响应.基于此,提出了一种盾构开挖引起上覆管线变形的简化计算方法.首先采用Loganathan公式获得既有管线在盾构下穿影响下的附加应力,进一步将管线简化成无限长梁放置在Pasternak地基上,引入无限远端侧向土体位移对既有管线的影响,采用力学平衡法获得管线竖向受力变形控制方程,通过有限差分法获得管线变形及其内力数值解析.案例分析表明:与退化解析对比,该方法计算结果更贴近既有文献工程实测数据,验证了其可靠性.进一步参数研究表明:增大隧道与管线的竖向净距会引起既有管线受力变形的非线性减小;管线变形及其内力会随着地层损失率增大而线性增大;管线抗弯刚度的增大会引起管线变形减小,但会大幅增加管线弯矩.

基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC 2D分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。

RB模式下刚性挡墙有限土体主动土压力的离散元模拟与理论研究

为研究刚性挡墙绕墙底转动(RB)模式下无黏性土主动土压力的分布问题,针对不同墙后填土宽度情况开展了离散元模拟。通过对离散元模拟结果分析发现,RB模式下主动土压力分布不同于平动(T)模式下的抛物线型分布;当墙后土体达主动极限状态时,土体内部形成了多条平行的滑裂线。由此提出了基于滑裂线分层的斜微分单元法,采用该方法将墙后土体划分为多个斜微分单元,并依据静力平衡条件推导了RB模式下有限土体主动土压力的理论计算公式。在无限宽度土体情况时,该理论公式与三角形分布的库仑主动土压力公式一致;在有限宽度土体情况时,该理论公式解得主动土压力沿深度呈分段线性分布;在墙土无摩擦情况时,该理论公式将退化为朗肯主动土压力公式。最后,通过与离散元模拟结果、前人理论方法及模型试验结果的对比,验证了该理论公式的合理性及有效性。

无黏性有限土体主动破坏及土压力离散元分析

建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论,在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土,采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究,分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明,墙体光滑情况下,滑裂带呈直线,墙后填土宽高比较小时,可以观察到滑裂带的反射,墙后土体呈多折线破坏模式,滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等,且与土体宽高比无关,水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下,滑裂带呈曲线,反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱,滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小,最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时,存在一临界宽高比,当墙后土体宽高比小于此值时,主动土压力随宽高比增大而增大,大于此值时,主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否,墙后土体宽高比越小,达到极限状态所需墙体位移均越小。

市域(郊)铁路预应力简支箱梁张拉控制技术

随着市域(郊)铁路的蓬勃发展,预制架设的预应力混凝土简支箱梁也随之快速运用,而预应力张拉是整孔箱梁质量的控制核心,总结关键控制技术对今后形成规范性技术指南具有较大的借鉴意义。文章以杭州至海宁城际铁路工程为背景,就预应力张拉前的准备、张拉过程控制以及张拉注意事项三个方面详细阐述了控制技术,最后小结了实际张拉过程中控制效果,为今后市域(郊)铁路预制箱梁施工提供了重要参考。

市域(郊)铁路预应力简支箱梁张拉控制技术

本文以杭州至海宁城际铁路工程为背景,对预应力张拉前的准备和张拉过程的控制技术进行了详细阐述,最后小结了实际张拉过程中控制效果,为今后市域(郊)铁路预制箱梁施工提供了重要参考。

城际轨道交通运营能耗体系建立与研究

本文从城际轨道交通营运能耗出发,首先分析研究了城际轨道交通的能耗特征,接着确立了城际轨道交通运营能耗的主要指标,进而根据选取的能耗指标,然后确立城际轨道交通运营能耗指标体系。

盾构机滚轮式整体曲线过站技术研究

以成都地铁5号线九道堰站→杜家碾站→大丰站→石犀公园站区间为工程背景,详细介绍了在车站结构空间有限时,接收及始发需要曲线平移的情况下,采用在盾体两侧焊接行走滚轮,在轨道安装反力支撑件的顶推滚轮式连续整体过站施工技术。从多个方面,分析过站施工技术要点、关键难点及解决措施。通过与传统拆解运输再安装方式对比可知,顶推滚轮式整体过站在工期、经济效果、设备折损等方面的优势明显。

杭海城际铁路盾构穿越沼气地层施工措施研究

为减小盾构穿越沼气地层的施工风险,以杭海城际铁路余杭至许村区间为背景,在分析工程水文地质、沼气赋存及分布情况和施工风险等基础上,通过对地层中的沼气情况进行勘测,同时采用预先释放、气压及流量监测、隧道通风、盾构掘进参数调整和甲烷监测等施工措施,并实施盾尾密封和防爆设备等盾构设备改良措施,避免了盾构掘进出现施工人员中毒以及沼气爆炸的风险,有效控制了沼气释放对地层的扰动影响,保证了盾构穿越沼气地层的施工安全。

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3~0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35~0.45倍的开挖深度。

任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基一维固结模型

以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为,并引入连续排水边界条件,通过Laplace变换,联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换,获得了其时域内的理论解,并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明:循环荷载作用下,黏土地基的沉降变化呈振荡增长,且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大;分数阶次α增大,使固结前期沉降速率减慢,而在固结后期,α值对沉降的影响正好相反;循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外,一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关,弹性模量E越大,最终沉降量越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化越慢。

基坑底部抗拔桩对下卧隧道群竖向变形影响分析

以杭州市某河道开挖为背景,利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型,研究了河道开挖过程中,抗拔桩对抑制下卧隧道群隆起的作用效果。结果表明,抗拔桩长度越长,隧道隆起越小,当桩长超过一定长度,其抑制隧道隆起的作用削弱;隧道纵向一定范围内的隆起受抗拔桩的影响,此范围外几乎无影响,且隧道埋深越大,其受影响的范围越小;基坑两侧抗拔桩对抑制隧道隆起作用较小,因此适当减小基坑两侧抗拔桩的长度,形成长短结合的抗拔桩,对于减小隧道隆起,同样效果显著,且在一定程度上降低了工程造价;推导非等长抗拔桩下,隧道抗浮验算公式,计算简单,便于应用。

盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移研究

采用两阶段方法简便地研究盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。第1阶段,采用Loganathan公式计算盾构隧道开挖引起的桩基轴线处土体竖向位移。第2阶段,首先基于Winkler地基梁模型,将土体位移转化为荷载施加到桩基上;然后,结合叠加法,计算盾构隧道开挖引起的邻近单桩竖向位移;最后,考虑群桩间的土体遮拦效应,再结合叠加法求解出盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。通过与有限元模拟结果进行对比,验证本文所提计算方法的准确性,并进一步分析各物理参量变化对群桩竖向位移的影响。研究结果表明:其余参数不变的情况下,隧道埋深和地层损失比增大均会增强盾构隧道开挖对邻近群桩的影响,导致邻近群桩的竖向位移增大;桩基直径增大导致其抵抗盾构隧道开挖影响的能力增加,进而引起邻近群桩的竖向位移略微减小;土体弹性模量增加导致邻近群桩顶端所受的向下荷载与底端所受的向上荷载均增加,进而引起邻近群桩的顶端竖向位移(最大位移)增大,底端竖向位移减小;桩基与隧道距离增加可减弱盾构隧道开挖对邻近桩基的影响,减小桩基竖向位移;群桩间距增大可引起桩基间的土体遮拦效应减弱,导致桩基的相对竖向位移增大。

非对称荷载下内撑式基坑受力变形分析

以某坑边荷载距离不同的综合管廊基坑为例建立了二维有限元模型,土体采用基于硬化土模型的小应变本构模型,模型计算结果与实测数据吻合良好,从而验证了模型的有效性。在此模型基础上,通过改变基坑一侧荷载距离建立多组模型,研究了两侧荷载距离不同对支撑轴力及坑外地表沉降的影响。结果表明:下道支撑轴力对荷载距离的改变较为敏感,当左侧堆土离坑边距离D 1由0.1 m增加至2.0 h(h为基坑开挖深度)时,下道支撑轴力减小24%;当改变基坑左侧荷载距离时,基坑右侧坑外地表沉降值也会发生较大变化;当D 1由0.1 m增加至2.0 h时,右侧坑外地表沉降最大值增大33%。得到的结论可供类似工程参考借鉴。