城市地铁隧道施工对管线的影响研究

结合深圳地铁大剧院-科学馆区间隧道非降水施工对管线的影响问题,阐明了该工程的施工方案,给出了管线安全性的评价标准。在此基础上,首先利用土工离心模型试验,模拟了隧道开挖对管线的影响,然后,利用三维弹塑性有限元法模拟了隧道施工过程中管线的动态响应。通过离心模型试验、数值模拟分析、现场量测的地表沉降值的对比分析可知,三者的数据基本吻合,论证了分析结果的合理性和可靠性,并对施工期间管线的安全性做出了评价,为该工程顺利实施提供了理论依据和指导作用,并取得了一些有意义的成果。     

盾构隧道推进对邻近地下管线影响的物理模型试验研究

以上海地铁11号线某区间盾构工程为背景,采用相似物理模型试验研究盾构隧道开挖对上方垂直于隧道轴线的地下管线的影响,并将试验结果与数值解对比。采用量纲分析法推导出文中模型试验的相似准则,并基于该相似准则设计出盾构机和隧道模型,分别通过管线刚度试验和模糊数学综合评判方法选定模型管线和配制相似土材料。研究结果表明,自主开发的半自动盾构掘进装置能较好地模拟盾构的开挖过程,较人工开挖扰动更小;下方盾构隧道开挖使管线产生的竖向变形关于隧道轴线呈对称分布,其形态符合高斯曲线的特征,最大竖向变形位于隧道轴线正上方处,竖向变形反弯点出现在与隧道轴线水平距离约一倍隧道直径的位置处;隧道开挖对管线的影响范围随管隧间距的增加而减小,管线竖向变形曲线的反弯点位置随管隧垂直间距的增大而有所内移;管线刚度对管线竖向变形的影响相对较小。     

双孔盾构隧道近接施工离心模型试验研究

通过室内离心模型试验模拟双孔盾构隧道近接施工,研究了衬砌结构横向内力的量值、分布规律以及随盾构推进距离和两隧道相对位置的变化规律。结果表明,衬砌结构拱顶和拱底内侧受拉,左右拱腰外侧受拉,拱底出现最大弯矩;整个结构均受压,拱顶和拱底处轴力较小,左右拱腰轴力较大;既有隧道施工完成后,结构内力基本呈对称分布,且随着新建隧道的施工,两隧道结构内力将随其相对位置的变化而变化;新建隧道施工对既有隧道结构内力影响明显,设计施工时应采取相应的加强措施。     

顶管施工对相邻平行地下管线位移影响因素分析

顶管施工引起的管道周围土体移动会对相邻地下管线造成危害。采用三维有限元方法分析了顶管施工引起的相邻平行地下管线的位移,研究了注浆、纠偏、离顶管距离的远近、地下管线埋深、管线与土体弹性模量比及不同管材对地下管线位移的影响。计算结果表明,注浆与纠偏压力越大,地下管线的位移越大;地下管线距离顶管越远,引起的位移越小;地下管线弹性模量越小,产生的位移越大。     

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。     

隧道降水施工对既有市政管线隧道影响研究

针对成都某新建铁路隧道近接下穿既有市政管线隧道的降水施工方案,运用有限差分法和流固耦合理论,分析研究了降水施工过程中,既有市政管线隧道的受力特性及位移变化规律,研究结果表明:距离降水井约50m范围内,地表沉降量变化显著,易发生差异沉降;既有管线隧道初期与二衬结构应力和位移变化及分布规律几乎一致,交叉处界面位移最大,沿隧道纵向向两端逐渐减小且呈对称分布;交叉处30m范围内,初期支护和二次衬砌拱顶纵向应力主要为负值即压应力,仰拱纵向应力主要为正值即拉应力且最大拉应力超过了混凝土的极限抗拉强度。由此可知,降水施工对上部市政管线隧道的影响较大,降水施工前应采取一定的特殊辅助措施,以保证隧道结构安全性。     

隧道施工对黄土松动区内力和位移影响研究

为了掌握黄土隧道施工过程对围岩松动区内力和位移变化的影响,在天定高速定西黄土隧道施工时,在围岩松动区内埋设了锚杆轴力计、单点位移计和土压力盒,以测得的数据为基础,并结合现场施工状况,对黄土隧道施工各阶段围岩松动区内力和位移变化规律进行了分析和总结。根据所得的变化规律对隧道的后期施工措施进行了相应的调整,这些规律对同类黄土隧道具有指导作用和借鉴意义。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

城市地铁隧道施工对管线影响的试验与数值分析

结合深圳地铁大剧院～科学馆区间隧道非降水施工对管线的影响这一实际问题,给出了管线安全性的评价标准.利用土工离心模型试验,模拟了隧道开挖对管线的影响,然后利用三维弹塑性有限元法模拟了隧道施工过程中,管线的动态响应,通过离心模型试验、数值模拟分析、现场量测的地表沉降值的对比分析可知,三者的数据基本吻合,论证了文中分析结果的合理性,并对施工期间管线的安全性做出了评价,为该工程顺利实施提供了理论依据和指导作用.     

地裂缝剖面形态对地铁隧道变形影响模型试验研究

为揭示隧道底部脱空与结构纵向变形之间的对应关系,模型试验以西安地铁隧道穿越地裂缝带为研究背景,采用圆形地铁隧道结构,研究了在不同地裂缝剖面活动特征下的隧道纵向应变变化规律及其垂直位移。试验结果表明,随着错位量增加,隧道底部脱空区域扩展过程可分为3个阶段:共同变形阶段、临界脱空阶段和脱空发展阶段。针对地裂缝的不同剖面活动形式,隧道结构内部应力将出现很大差异,建议在施工中对应不同地裂缝带采取不同的施工方案。通过监控,结合模型试验的应力应变发展变化规律,可判断结构底部脱空的发展趋势,为西安地铁穿越地裂缝带的结构设计和安全运行提供重要的参考依据。     

着陆器足垫垂直冲击模型试验研究

着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作。因此,研究着陆器足垫与土体相互作用对着陆器软着陆具有重要意义。基于对着陆过程的研究,将问题分解为垂直冲击和水平滑动两个方向的运动,并通过力的平衡和动量定理建立了垂直冲击的动力模型。利用独立研发的垂直冲击模型试验装置,探讨了冲击过程中土体密实度、冲击速率和冲击质量等对足垫刺入深度、最大轴力和最大加速度等的影响。分析结果表明,足垫刺入深度和最大轴力都随着冲击能量的增大而增大,并且逐渐趋于平稳。土体越密实、冲击质量越小,足垫加速度峰值则越大。试验结果还与动力模型进行了对比,结果表明,动力模型能合理地反映出着陆器在垂直冲击阶段的动力特性。     

砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究

埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率（上覆土厚与管线直径的比）的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。     

大连地铁盾构开挖地层移动规律的模型试验研究

以大连市地铁2号线202标段工程为研究对象,通过相似材料模型试验绘制不同地层随时间沉降曲线,即同一时刻不同地层沉降槽曲线和不同地层水平位移曲线,得到盾构隧道施工地层移动规律。试验结果表明,不同地层各测点的垂直位移随时间的变化可用以时间为自变量的负指数函数表示;先行隧道施工对地层产生扰动,引起地层软化,导致两条隧道之间地表沉降明显叠加,沉降较大;隧道开挖时,若存在地下结构或管线,其将受到附加剪切作用,易出现裂缝,在施工中必须做好切实可行的防护措施。     

地面堆载对变截面地埋管线影响分析

地埋管线在市政建设中容易损坏,基于Winkler地基模型,将地埋管线简化为变刚度Euler-Bernoulli梁,根据梁单元微分方程,采用传递矩阵法求解梁截面处位移、转角、弯矩及剪力,给出变刚度梁的一般分析方法。通过算例验证方法的合理性和适用性,分析了接头刚度变化对管线位移、内力的影响,为市政建设中地埋管线保护提供理论指导。     

充气锚杆在砂土中的模型试验研究

为探讨充气锚杆的承载特性,通过建立室内试验模型,改变锚杆充气压力大小、埋设深度、土体密度、橡胶膜长度、厚度等条件,进行了一系列的抗拔试验,得到相应的荷载-位移曲线。研究结果表明：在影响充气锚杆抗拔承载力的诸多因素中,充气压力及土体密实度与承载力成一定倍数增长关系,是最显著的影响因素;其次是橡胶膜长度,成显著线性增长关系;充气锚杆的极限位移主要来自橡胶膜的弹塑性变形,反映了充气锚杆在抗拔过程中橡胶膜的力学行为;通过与常用锚杆的对比分析,得出充气锚杆的极限抗拔承载能力约是单锚片螺旋锚的4.3倍,是双锚片螺旋锚的1.9倍,其极限侧阻力约为一般注浆扩大头锚杆的2～4倍     

连拱隧道施工引起的地层位移分析

采用三维有限元法,对连拱隧道软弱围岩洞口段进行了施工全过程数值模拟分析,得出了施工全过程地层位移的大小与分布规律,并用几何比1/20的相似模拟试验进行验证和补充,提出了该类隧道施工全过程的地层位移规律和施工中应重点关注的区域,对实际工程进行直接指导,并为同类工程提供参考。     

冲击碾压加固砂土模型试验研究

冲击碾压技术(IR)已在国内外公路、机场等工程的地基处理中得到大量应用,处理的深度明显大于传统静碾和振动压实技术,具有施工快速、节省工期和施工成本等优点,逐渐受到工程界和学术界的重视。关于冲击碾压技术的理论研究明显落后于工程实践,为进一步促进冲击碾压技术在工程中的合理应用,采用自行研制的冲击碾压模拟试验设备进行了模型试验研究,探讨冲击轮质量和牵引速度对冲碾加固效果的影响以及冲碾过程滚动冲击产生的冲击荷载形式和冲击能量在砂土中传递与衰减的过程。研究结果表明,冲击轮的质量和牵引速度对冲击碾压加固效果有明显影响,通过增加冲击轮质量可以明显增大土中浅层深度范围内的冲碾加固效果,牵引速度在冲碾过程中存在最佳值,接近最佳牵引速度时的冲碾加固效果最好;三边形冲击轮滚动冲击产生的冲击荷载为瞬变单脉冲形式,且在冲击接触面上不均匀分布,表现为接触面中心处冲击荷载较大而两侧明显较小;冲碾过程中冲击能量主要以瞬变非周期性脉冲形式在土体中传播,沿竖直方向传递,其衰减过程以负幂函数形式进行。