天然气管道下穿对路基沉降三维数值模拟研究

针对天然气管道管径粗,压强大,施工开挖面范围广,对土层影响较大,且关于天然气管道施工对高速公路路基影响分析较少的情况,为详细研究天然气管道施工引起高速公路路基沉降大小及分布规律,选择重庆某高压天然气管道下穿渝湘高速公路南川段为研究对象,借助ANSYS有限元计算软件,建立三维有限元模型进行详细分析。分析结果显示穿越过程中,穿越施工造成的公路路基最大沉降量为3.40 mm,满足规范中不大于20 mm沉降的要求,经Peck面沉降横向分布估算公式估算的最大沉降值为3.67 mm。     

超深地连墙施工对软弱地层扰动现场试验研究

为研究软土地层中超深地连墙施工对周边地层扰动影响,对苏州地铁5号线某车站地下连续墙施工进行现场监测研究.针对3幅相邻槽段施工,采用现场监测对施工过程中的土体侧向位移、地表沉降、分层土体沉降、周边建筑物沉降和土压力变化进行观测.发现单幅施工过程中,成槽开挖施工对地层扰动最大,地层变形显著;混凝土浇筑会对土体产生应力补偿,抑制地层变形;在混凝土硬化阶段,土体应力轻微释放,地层变形继续发展并趋于稳定.地层变形规律表明,浅层土体受扰动较大,土体变形较明显,最大土体侧向位移发生在地表,离槽段越近,沉降越明显,深层土体受到扰动则较小.相邻槽段施工对地层变形累积增加,但变化幅度较小.现场地连墙施工引起的周边建筑物沉降和倾斜均在可控范围内.     

深埋顶管长距离穿越无水砂层三维数值模拟

基于大口径深埋顶管长距离穿越无水砂层现场试验,采用FLAC3D建立三维精细化数值模型,分析顶管顶进及管节与周围砂层相互作用,研究结果表明:顶管施工引起工作井处顶部土层沉降,接收井处土层隆起;注浆能有效降低施工引起的土层变形,且优化浆液较未注浆工况降低土层变形约为80%,较常规浆液工况降低土层变形约为68%;顶管隧道轴力在管节工作井位置最大,接收井位置最小,沿顶管轴向呈近似线性分布;注浆能有效降低施工顶力,优化浆液最大顶力较未注浆工况降低约为83%,较常规浆液工况降低约为43%。     

地铁盾构施工地层变形预测及数值分析

以某城市地铁在建盾构隧道为研究对象,借助数值仿真建立了三维盾构施工有限差分计算模型,给出了盾构施工引起的地层变形三维地层损失预测方法,并对盾构施工地层竖向变形及水平变形计算结果进行对比分析.结果表明,隧道横向地层变形接近"V"形分布,形成的地表沉降槽宽度约为6倍隧道直径;盾构前方土体产生隆起,开挖面后方表现为沉降,沿盾构掘进方向近似呈倒"S"形,并在开挖面前后3倍直径以外逐渐趋于稳定;地层水平变形左右两侧反对称,距隧道中心约1倍直径处地层水平变形值最大,6倍直径以外地层水平变形基本不受施工影响;随着埋深的增加,地层水平变形值减小,隧道拱腰上下一定范围土体向洞外移动.所得结论对城市地铁盾构隧道设计与施工变形控制有指导意义.     

顶管施工环境影响的二维有限元计算分析

通过建立二维有限元模型，计算了顶管施工中由于开挖支护作用，对土体变形和管道体应力所产生的影响并与现场试验所测得的地表变形进行了对比，通过有限元模拟，探讨了管道在偏斜5、8、10cm时所对应的管道的内力变化情况，并计算了偏斜不同量值时的地表变形情况，同时研究了顶管上层土体加固不同深度和宽度措施对减小地表变形的作用，经研究表明：偏斜对土体变形有很大的影响，通过土体加固措施，可减小地表土体的变形。     

考虑超大断面顶管施工过程的地层变形数值分析

大断面顶管施工不可避免地会对相邻土体产生扰动,如果控制不周,会引起周围地层的过大变形和建筑物以及相邻管线的损伤。因此,研究大断面顶管施工对周围地层的影响有着十分重要的意义。结合郑州市某超大断面矩形顶管施工工程,结合现场实测数据和数值模拟方法对顶管施工过程进行分析,揭示顶管施工过程中地层土体的位移变化规律。研究发现:土体竖直方向的沉降主要集中在(-2~2)D(D为矩形顶管截面长边的边长,m)的范围内;土体的侧向位移曲线呈弓形,隧道上、下两部分的土体向着顶管轴线方向移动,而中间部分的土体向着背离顶管轴线方向移动;土体的纵向位移曲线也呈弓形,顶管周围的土体向着顶进方向移动,而顶管上部和下部的土体向着背离顶进方向移动。     

城市地铁施工沉降的数值模拟研究

地下工程施工,会引起地层移动而导致不同程度的沉降和位移,从而影响到隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营。以某一地铁施工为依托,运用PLAXIS有限元软件对施工进行动态开挖模拟,分析其沉降因素,正确估计特定地区可能发生的地面变形沉降,将模拟结果与现场监测的资料进行了对比分析,模拟结果可信度高。该研究对城市地铁隧道工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

基坑群深层承压水降水及地层沉降的数值模拟

目的研究软土地区基坑群施工遭遇深层承压水的问题,找出降水后的地层沉降规律.方法以上海市轨道交通换乘枢纽汉中路车站为工程背景,基于多层土地下水分布规律,利用岩土数值分析软件Geo Studio2007,对深层承压水降水的现场运行工况进行模拟.结果分析得出基坑群深层承压水降水后水位分布及其引起的地层沉降规律,并与现场实测数据进行了对比验证.结论承压含水层的上覆土层是否发生压缩变形,与含水层上部相邻土层的透水性密切相关;基坑围护结构对于地表沉降存在隔断作用,表现为围护结构两侧地表沉降值呈现突变;相邻基坑围护结构有利于地表沉降的收敛,一定程度上控制了地表沉降;基坑之间地表沉降呈现线性变化的特点.     

连续墙施工引起的地层移动现场监测分析

通过对地下连续墙成槽开挖及混凝土浇筑施工的现场监测数据分析,分别讨论了槽段分段开挖、泥浆持荷时间、泥浆压力及混凝土浇筑对槽段周围土体侧移和地表沉降的影响.监测结果表明:地下连续墙开挖会引起周围地层土体侧移(向连续墙内侧)和地表沉降,且变形主要发生在软土层;土体侧移和地表沉降值随槽段开挖深度的增加而增大,随距槽段水平距离的增加而下降;泥浆持荷时间对土体侧移和地表沉降的影响不大,但施工中应注意土体变形速率的变化;提高泥浆液面高度可以减小土体侧移,对地表沉降影响不大,但液面下降过多会显著增加土体侧移和地表沉降;混凝土的浇筑可有效地降低土体侧移和地表沉降值.     

盾构下穿铁路路基钢轨变形及路基沉降分析

为研究地铁盾构下穿铁路路基过程中钢轨变形与路基沉降的变化规律,分析路基深孔注浆的加固效果,基于天津地铁7号线盾构施工下穿某铁路工程,采用有限元软件Midas-NX对盾构下穿既有铁路过程进行动态模拟,分析了盾构穿越过程中有无深孔注浆时钢轨的水平与竖直变形,以及盾构施工完成后铁路路基竖向位移的分布规律.结果表明,钢轨的横向变形经历了两次先增后减的过程,并沿轨身呈对称分布;钢轨变形在盾构两次到达铁路正下方时达到极值,沿轨身沉降槽中心随施工步骤逐渐向工程中心移动;土层经深孔注浆加固后,钢轨的横、竖向位移以及路基沉降分别减小了85.1%、76.7%和74.1%,有利于保证铁路在地铁盾构过程中的安全性.     

管幕预筑法中大直径顶管施工地表沉降研究

管幕预筑法顶管工程相比于传统管幕法顶管工程具有顶管间距小、顶管直径大等特点。目前对于密排大直径顶管的应用较少,对管幕密排顶管施工顺序和顶管施工地表沉降规律理论研究不足,密排顶管施工土体的变形趋势与单一顶管相差较大,传统的Peck公式预测地表沉降难以适用。为了解决密排顶管的施工顺序以及顶管施工地表变形规律,采用大型模型试验对三种典型的顶管施工方案进行试验,研究大直径密排顶管之间的相互影响作用和顶管施工过程中的地表变形特征。通过试验发现密排顶管之间不仅存在相互支挡现象,而且顶管与周围土体共同作用形成的管土拱效应对施工下排顶管形成“保护”,从三组模型试验方案来看,考虑管土拱效应的顶管施工方案管幕中轴线位置处地表沉降最大值仅为6.09 mm,小于其他两组方案,根据这一实验结果提出管土拱效应对于封闭管幕下排顶管的“保护”作用,确定管幕预筑法密排顶管施工最佳的顺序是先施工管幕上排顶管再施工管幕两侧以及下排顶管;同时改进Peck公式来预测密排顶管施工产生的横向地表沉降,改进的peck公式考虑了相邻顶管支挡与管土拱效应的支挡效应,修改Peck公式参数取值的具体办法,改进的peck公式预测结果与模型试验横向地表沉降曲线吻合良好。     

管幕预筑法顶管施工顺序对地表沉降的影响

以太原火车站管幕预筑法（PPM）大直径顶管群施工为背景,采用有限差分软件FLAC^3D对优选的8种有代表性的顶管群施工顺序进行数值模拟,研究不同大直径顶管群施工顺序下的地表变形特征. 试验结果表明：先施工管幕上排顶管的方案所引起的地表沉降量小于其他方案,与先施工管幕下排顶管的施工方案相比,其所引起的地表沉降要小1 cm;管幕上排顶管与周围土体之间形成管间微型土拱,并在管幕上方密排顶管之间形成组合土拱效应. 该组合土拱效应不仅可以承担一部分管幕上覆荷载,而且可以减小管幕下排顶管施工对地表的扰动,有效减小了管幕预筑法密排顶管群施工所引起的地表沉降.     

管幕预筑法中钢管顶进对地面沉降的影响

为了研究管幕预筑法中密集大直径钢管群顶进对地表沉降的影响,把平行顶管的顶管间距分为3类：大间距、中间距和小间距.明确指出了3类间距范围,总结分析了各种顶管间距情况下已建顶管对新建顶管地表沉降的影响.分析表明,大间距时已建顶管对地层的扰动影响可以忽略,中间距时主要是土体扰动的影响,小间距时既有土体扰动的影响,又有先建顶管管结构的支挡影响.分析Peck公式并对其进行修正,使之可用于预测各种间距下的地面沉降.结合沈阳地铁新乐遗址站施工监测结果,比较了地表沉降监测结果与Peck公式预测值,发现两条曲线吻合情况较好.     

顶管法工作井土体加固对围护结构的影响研究

顶管法工作井的坑内、坑外土体加固对控制地表沉降和围护结构的侧向位移有显著作用。以天津地区某人行地道为背景,首先研究了坑底土体加固深度和加固程度对围护结构的影响,确定了合理的加固深度和加固程度。然后结合盾构法进出洞口土体加固的工程经验,给出了较为合理的顶管法进出洞口土体加固的范围,并结合相关规范及工程经验提出了一种将进出洞口加固后的土体计入围护结构计算的方法。本文的研究成果和计算方法为顶管法工作井土体加固的设计提供了参考。     

中小尺寸截面薄壁顶管顶推力的估算

运用ABAQUS软件研究管幕群中相邻顶管对顶管顶推力的影响。基于港珠澳大桥的拱北隧道工程,选取隧道暗挖段管幕群顶部、中部、底部顶管作为研究对象,分析相邻顶管对顶管顶推力的影响规律。研究表明:由于顶管附近存在既有顶管,顶管在顶进过程中,相邻顶管对顶管顶推力的影响不可忽略。通过对数值模型与JMTA公式得到的顶进力估算结果进行对比,论证了数值估算法在中小尺寸截面薄壁顶管顶进力估算中的适用性。     

盾构隧道施工过程地表变形的数值模拟计算

为研究盾构隧道在掘进过程中地表不同点的位移变化,建立盾构隧道掘进的有限元模型,对盾构隧道的开挖进行了有限元数值模拟．结果表明：盾构隧道在掘进过程中,会导致地下土体应力释放,使地表土发生相应沉降,并且隧道纵向轴线正上方地表点的沉降变形最大．当掘进距离超过一定深度后,其后方较远地表点的沉降变形趋于稳定．盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上隆起．在注浆层硬化前、后过程中,不论是拱脚、拱顶及对应地表点的沉降位移均会比注浆层硬化前要大．     

隧道下穿引起既有管道竖向位移的简化计算方法

采用两阶段法推导了考虑管道剪切效应时盾构隧道下穿施工引起既有管道竖向位移的解析解。在第1阶段采用Loganathan公式计算盾构隧道下穿管道施工引起的管道轴线处土体竖向位移,第2阶段采用考虑剪切效应的Timoshenko梁模型模拟管道,并结合叠加法对管道位移控制方程进行求解,提出了简化计算方法。通过与工程监测、既有文献结果及离心机试验数据的对比,验证了方法的准确性,并进一步分析了管–土弹性模量比、管道直径以及管道剪切刚度变化对管道变形的影响。分析结果表明：随着管–土弹性模量比、管道直径的增大,管道的竖向最大位移值减小;管道剪切刚度对管道位移存在较大影响,剪切刚度减小可导致管道最大位移值增大。     

地震波层析成像探测技术与水平定向钻拉管技术在地下障碍物探测中的应用

顶管施工属于非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术,该项技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。但是,在顶管施工过程中一旦遇到地下障碍物,将导致顶管顶力突然增大,顶管顶进方向偏离设计轴线,严重影响顶管施工的顺利进行。福州市某污水顶管施工需要穿越河道,通过前期资料收集发现,河道两侧可能存在护岸抛石等地下障碍物。为了查明护岸抛石的分布情况,综合应用了地震波层析成像探测技术与水平定向钻拉管技术进行探测,既为后期顶管施工的顺利进行提供了参考依据,又降低了探测成本,提高了探测效率。     

盾构隧道在不同施工工况中地表变形的模拟研究

为研究盾构隧道在不同施工工况中地表及自身的变形规律,本文建立了盾构隧道的有限元模型,对盾构隧道在不同施工工况下的开挖进行了模拟计算,即采用不同掘进顶推力施工时的地表沉降、隧道不同埋深情况下施工时地表沉降、开挖完成后地表作用大面积荷载情况下的地表沉降,以及隧道修建完成后地下水位变化后对盾构隧道变形等不同工况的模拟计算．结果表明：盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上的隆起,并且顶推力越大,隆起变形和范围均较大．在相同顶推力作用下,埋深较大的隧道地表点的隆起变形和范围较小．地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底逐渐升高到中心处和拱顶时,盾构隧道结构会出现竖向和侧向变形,并且水位越高,变形量也越大．     

提高CPE机组无缝钢管成材率的研究

通过分析CPE机组的生产工艺,得出切损是导致无缝钢管成材率低的主要原因。针对现场工艺及设备存在的问题,对定径、张力减径变形制度进行优化,对顶管缩口设备、顶管后切头方法进行改进。改进后的工艺减少张力减径增厚端的长度,减少顶管后的钢管切头,提高分切精度,因而降低切损,使机组全年综合成材率提高8%。