用管棚实现超前支护的实践

介绍在隧道严重塌方段，采用管棚实现一次20m超前支护的实践经验。     

大西客运专线忻州隧道自进式管棚施工技术

大西客运专线忻州隧道斜穿大运高速公路,洞顶至高速路面土层较浅,且土体具湿陷性,沉降控制要求极高。施工采取自进式管棚进行一次性超前支护,既保证了高速公路的安全运营,又有效的控制了路面沉降。施工实践充分证明了自进式管棚具有一次性施做距离长、精度可控性强、对地面沉降影响小、注浆饱满度可控等优点,为自进式管棚技术的推广应用提供了借鉴经验。     

基坑水平位移与土钉拉力的现场测试分析

通过某基坑工程土钉支护的水平位移和土钉拉力等现场测试 ,分析土钉在施工过程中的一些变化规律及受力特性 ,对土钉的设计和施工提出一些有益建议     

软弱黄土隧道变形规律现场测试与分析

为分析软弱黄土隧道的变形规律,以西宁过境高速大有山黄土隧道为依托,采用精密水准仪和收敛计对隧道地表下沉、拱顶下沉和水平收敛进行了系统现场测试。结果表明：软弱黄土隧道拱顶下沉远大于水平收敛,变形时间长,变形量大,累计拱顶下沉值最大为950.6 mm。在临界埋深范围,围岩变形比深埋、浅埋时都大,且变形量离散性高;围岩变形速率在二衬施作时较大,软弱黄土隧道中作为围岩-支护系统稳定性判据的变形速率宜适当提高;围岩变形随时间变化符合指数函数规律,可利用指数函数预测围岩的最终变形;软弱黄土隧道变形分为急剧变形、持续增长和缓慢增长3个阶段,最终趋于稳定。隧道断面的初次开挖对地表变形影响显著,隧道轴线沉降最大,并沿横向逐渐减小。软弱黄土隧道预留变形量在不同位置处不宜统一设置,西宁地区软弱黄土Ⅴ级围岩建议拱顶预留700～800 mm,边墙预留300～350 mm,拱顶与边墙之间以曲线过渡。     

基于现场测试的大跨扁平连拱隧道最佳支护时机研究

大跨扁平连拱隧道由于其开挖跨度大和断面扁平等特点,施工过程中围岩与结构的受力、变形同四车道连拱隧道或分离式隧道存在较大的差异,相应地影响到二次衬砌的最佳支护时机。以某六车道连拱隧道为依托工程,探讨了以隧道位移释放比为基本指标的支护时机确定方法,并通过对围岩位移与不同支护时机条件下二次衬砌内力的现场测试与综合分析,依据“支护抗力最小”的原则,提出了大跨扁平连拱隧道二次衬砌最佳施作时机。     

浅埋暗挖管棚超前预支护的受力分析

以荷载-结构分析为主,将管棚作为弹性地基梁考虑,而将上部覆土单纯作为荷载考虑,结合一般管棚预支护作用下的地下工程开挖过程,根据经典的Winkler模型初参数解,全面动态分析开挖过程中管棚各段的受力过程,提出了开挖过程中管棚全段的计算方程。以某一地下通道开挖为例,通过解析计算和有限差分数值模拟两种方法比对,得出了与工程经验较一致的结果,对管棚法施工及设计具有一定的参考意义。     

基坑开挖及降水引起下卧隧道变形的解析解

基坑开挖及降水打破周围土层的平衡应力场,对下卧盾构隧道造成不良影响。采用两阶段分析法提出了基坑开挖及降水共同作用引起的下卧隧道纵向变形解析解。在第1阶段采用Mindlin弹性解与有效应力原理分别计算出基坑开挖与降水对下卧隧道造成的附加应力;第2阶段将盾构隧道视为Timoshenko梁搁置在Pasternak地基模拟隧道与土的相互作用,通过叠加法推导出隧道纵向变形解析解。通过与工程实例监测数据的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了基坑开挖长度、宽度、深度、隧道埋深、水位降深及与基坑相对位置等因素对隧道纵向位移的影响。结果表明：随着基坑开挖长度、宽度和深度的增加,隧道最大隆起值均明显增大;隧道变形随着隧道埋深的增加而减小;坑内水位降深的增加将导致隧道隆起值减小而沉降值增大;随着隧道轴线与基坑中心距离的增加,可依次为隆起值减小区、沉降值增大区及沉降值减小区。     

昆仑山隧道冻胀力现场测试及其数据分析

冻胀力是冻土隧道支护结构产生病害的主要原因之一,为掌握多年冻土区昆仑山隧道冻胀力的分布形态以及随温度变化的规律,进行了现场测试研究。研究结果表明,到目前为止昆仑山隧道整个支护结构是安全可靠的;冻胀力随着气温、季节的变化而变化,2004年后其变化基本趋于稳定,实测到的冻胀力最大值为0.3 MPa,分布于围岩与初期支护之间仰拱部位;初期支护与二次衬砌之间的冻胀力很小,二次衬砌支护强度可考虑适当减弱;运用影响线理论绘制出了冻胀力包络图,其为确定作用于支护结构上的最不利荷载提供了一种合理有效的方法。     

深基坑土钉支护现场测试分析研究

土钉支护技术在我国深基坑开挖和支护中己得到了广泛的应用,但对其工作机理和计算方法的研究尚不完善。以一个基坑土钉支护工程为实例,对基坑水平位移、土钉拉力进行现场测试,得出了土钉水平位移和拉力的分布规律:(1)基坑最大位移发生在基坑顶部;(2)沿基坑深度范围受力最大的土钉在中部;(3)单根土钉最大拉力作用点在其长度的中部,沿基坑深度方向土钉最大拉力作用点的连线形成的曲线是潜在最危险滑动面的位置。     

崔家冲隧洞软弱围岩注浆工法的研究应用

长沙引水及水质环境工程崔家冲隧洞要穿越区域性高棱山压扭性断层F86,断层宽度达100余米,长度达1000余米,洞顶以上地表覆盖层达110 m,其规模为同类工程所罕见。由于断层破碎带岩体强度低,透水性好,穿越断层破碎带洞段的施工成为工程建设中的重点和难点。所以隧洞在施工过程中需采用多种方法穿越众多的不良地质段。主要介绍和探讨了该隧洞穿越F86断层破碎带所采用的超前预注浆技术、超前支护技术及长管棚施工技术,为今后在类似工程中提供施工借鉴。     

坑道口部管棚加固抗爆性能模型试验研究

正确评估管棚加固围岩的抗爆性能,对坑道口部防护设计十分重要。基于相似模拟理论,用不同配比的水泥土替代自然岩体和注浆岩体,用塑料管替代钢管,模拟管棚超前支护坑道口部在爆炸荷载作用下的抗爆性能。制作了口部相似模型3件,模型长×宽×高为2 m×2.2 m×2 m,在顶部直接爆炸,分别模拟无管棚、1层管棚和3层管棚下,坑道口部动力响应和破坏特征。试验表明：管棚超前支护能有效加固坑道围岩,整体性增强,受力分布合理;随着管棚层数增加,口部破坏明显减弱,拱顶破坏范围从1.55 m减小到0.45 m、主裂缝最大宽度由25 mm减小到3 mm、网状裂缝最大宽度由24 mm减小到0.3 mm、裂缝条数由14条减少到3条、模型顶部爆坑体积由0.12 m3减小到0.05 m3。管棚超前支护能有效地将爆炸荷载的破坏作用控制在管棚加固层之外,抗打击能力明显增强。     

拱北隧道管幕冻结法温度场数值计算

以港珠澳大桥珠海连接段拱北隧道为工程实例,研究管幕冻结法的温度场发展规律,基于二维多孔介质传热理论,采用有限元软件COMSOL对积极冻结期的实际工况进行数值计算,模拟结果通过现场实测验证,研究了温度场在异形冻结管开启前后的发展与分布规律。结果表明：冻结30 d时,实顶管完全被冻土包裹,并且顶管之间开始形成连续的冻土帷幕;冻结50 d时,空顶管被冻土完全包裹;冻结90 d时,实顶管和空顶管处冻土帷幕厚度达到2.0 m,满足设计要求。在异形冻结管开启前、开启后10 d内和开启后10~20 d内,两顶管间中点处温度测点的平均温度变化速率分别为-0.86℃/d,-0.88℃/d和-0.25℃/d,之后各测点温度趋于稳定,进而形成温度较为均匀的冻土帷幕。研究成果可为类似冻结工程提供技术参考。     

不同顶管组合方式的管幕冻结温度场模型试验

拱北隧道作为港珠澳大桥珠海连接线的关键性工程,在国内外首次成功运用了管幕冻结技术。以此为背景,为更加全面地掌握饱和软土地层中管幕冻结温度场的分布特点,开展了不同顶管组合方式下的管幕冻结温度场模型试验研究。试验结果表明:各测点温度曲线在积极冻结期前4h急剧下降,随后逐渐减缓,降至砂土冰点后趋于平稳,三种布管方式均满足冻结设计要求;冻结管中低温盐水提供的冷量首先传递给顶管管壁,再以面的形式均匀地传递给周围土体;积极冻结21h后,采用四根空顶管组合的C区冻结壁竖向范围最大,空管管壁正上方冻结壁平均厚度约为105mm,在满足管幕刚度设计要求的前提下,可采此布管方式以达到快速形成冻结帷幕的目的。限位管开启后的4h内,实顶管中线垂直距离100mm范围内测点温度曲线虽有明显回升但仍维持在冻土冰点以下,超出此范围后温度变化影响逐渐减弱,且顶管间冻结壁稳定存在,表明限位管在满足管间有效封水的条件下,能在一定范围内起到定向限制地层冻胀的作用。优化后的双圆形冻结管在满足冻结设计要求的同时,更加便于安装且经济环保。     

布筋尾砂胶结充填体顶板力学性状试验研究

胶结充填体顶板的稳定性是决定下向分层胶结充填回采断面尺寸的主要因素,结合武山铜矿工程实际,采用相似模拟与现场监测手段,研究了下向分层胶结充填法充填体顶板的破坏模式、变形特征、充填体内钢筋受力特征等。相似模拟试验结果表明,钢筋布置方式不影响顶板的最终破坏形式,竖直布置钢筋与水平布置钢筋相比,更有利于提高顶板整体稳定性。应变监测结果表明,充填体顶板应变状态十分复杂,与通常将下向胶结充填体顶板简化为梁的计算结果有较大不同,垂直方向上应变表现为拉伸应变,而沿分条和垂直分条方向应变均呈现拉、压交错变化。在竖直布置的8根钢筋上布置了24个钢筋测力计,得到了钢筋受力与开采时间的关系曲线,据此将钢筋受力划分为4个阶段,即起始受拉阶段、相对稳定阶段、拉压变化阶段、承载阶段,其中承载阶段钢筋首先承受最大压力,充填体暴露为顶板后,钢筋由受压状态变为受拉状态,并急剧上升到最大拉力,即表现出悬吊作用,并且,进路与分条连接处钢筋承受拉力最大。     

管棚法在黔西北岩溶复杂地层探矿坑道中的应用

管棚法作为一种超前支护技术在浅层隧道施工领域得到广泛应用,但在深埋探矿坑道,尤其是在岩溶复杂地层中的研究应用甚少。文章以黔西北地区探矿坑道中遇到的软弱岩溶复杂地层为例,系统地探讨了管棚法在岩溶发育区探矿坑道掘进工程中,对坑道中的岩溶软弱带进行支护的设计、计算及施工方法。     

Analytical model for the beam action of a tunnel lining during construction

Measurements on a 14.5‐m diameter bored tunnel have shown that the mechanised assembly of a segmented tunnel lining results in a permanent longitudinal bending moment in the tunnel lining. An analytical model for the beam action of the tunnel lining during the construction phase of bored tunnels is presented. The model incorporates many of the essentials in staged beam construction. It takes into account the influence of forces from the TBM, the loading of the tunnel lining by the grout in the liquid phase, and linear elastic properties of the tunnel lining and soil. Calculations are compared with measurements at the Groene Hart Tunnel (GHT), 20 km south of Amsterdam: the bending moment curve and vertical inclination of tunnel lining segments were compared. The measured bending moment curve is well reproduced. The measured vertical inclination of the lining segments is found to be governed by the beam action of the tunnel lining plus the influence of shear force in the lining. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Analytical solutions for Euler‐Bernoulli Beam on Pasternak foundation subjected to arbitrary dynamic loads

In this paper, the dynamic response of an infinite beam resting on a Pasternak foundation and subjected to arbitrary dynamic loads is developed in the form of analytical solution. The beam responses investigated are deflection, velocity, acceleration, bending moment, and shear force. The mechanical resistance of the Pasternak foundation is modeled using two parameters, that is, one accounts for soil resistance due to compressive strains in the soil and the other accounts for the resistance due to shear strains. Because the Winkler model only represents the compressive resistance of soil, comparatively, the Pasternak model is more realistic to consider shear interactions between the soil springs. The governing equation of the beam is simplified into an algebraic equation by employing integration transforms, so that the analytical solution for the dynamic response of the beam can be obtained conveniently in the frequency domain. Both inverse Laplace and inverse Fourier transforms combined with convolution theorem are applied to convert the solution into the time domain. The solutions for several special cases, such as harmonic line loads, moving line loads, and travelling loads are also discussed and numerical examples are conducted to investigate the influence of the shear modulus of foundation on the beam responses. The proposed solutions can be an effective tool for practitioners. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

某复杂平面基坑支护结构水平位移监测及加固

某平面形状复杂的基坑,采用单排人工挖孔桩与单排锚杆相结合的支护结构。在支护结构施工和基坑开挖的过程中,对基坑进行了水平位移监测。监测结果显示,在基坑开挖过程中,某些部位出现了支护结构顶部水平位移过大,超过报警值并持续增加现象,并导致支护结构险情。施工单位加固时未针对险情机制采取处理措施,未取得加固效果。介绍了该基坑支护结构的设计和监测情况,分析了19个点的监测数据,说明了险情发生的机制,并在此基础上提出了加固措施,取得了良好的效果。     

大断面管幕法隧道群管顶进的地表位移规律研究

为研究管幕法群管顶进施工过程中地表位移变化规律,依托上海田林路下穿中环隧道工程,对地表位移实测数据进行了详细分析。通过数据处理发现,管幕施工期间变形发展可细分为7个阶段,其中包括4个推进阶段、3个暂停推进阶段。管幕推进阶段的地表位移由地层损失沉降和注浆引起的地表隆起叠加而成;暂停推进阶段的地表沉降主要是固结沉降。运用Peck公式对地表位移进行描述,通过现场数据反分析出各根钢管推进时的沉降槽宽度系数i和地层损失率η。基于分析结果,提出了适用于上海软黏土的i和η 计算公式,其中i的公式只与钢管半径R、钢管埋深h和土体内摩擦角φ 有关,而η的公式表达成随时间的双曲线函数。注浆导致的地表隆起可分解成各根钢管顶进伴随注浆造成的负地层损失。运用上述方法对地表位移进行预测,并与实测结果对比,验证了文中方法的正确性,成果可对类似管幕法工程施工引起的地表位移预测提供科学参考。