沉管隧道大开挖回弹再压缩问题试验研究

为准确计算沉管隧道大开挖引起的基础坑底回弹再压缩,对粉质黏土和粉砂两种土样开展室内试验研究。提出根据卸荷比大小分段考虑回弹模量参数取值,对再压缩模量取为定值,归一化处理后进行回弹和再压缩的变形量计算,并与已有回弹量实测值的工程实例对比分析,结果表明新方法计算结果与工程实测结果吻合较好。运用该方法分析港珠澳大桥海底沉管隧道工程,确定了隧道开挖卸荷最大影响深度为开挖深度的1.73倍,强回弹区回弹量约为总回弹量的60%,为准确控制海底沉管隧道的最终变形量提供理论依据。     

刚性基础按应力分布设置垫层的有限元分析

刚性基础下地基土的反力呈马鞍形分布,即两边反力大而中间反力小,目前的解决方法是按承载力控制或沉降控制等理论在基础底面设置垫层,以使基底土体承载力或沉降达到一致.针对绝对刚性基础,可以从控制基底应力分布一致的角度出发,为减少基底角、边处应力分布与内部之间的差异,考虑在基础底面设置两边强度大而中间强度弱的垫层,即在反力较大的部位设置强度较大的垫层,而在反力较小的部位设置强度较小的垫层,通过改变垫层强弱两部分的强度比、设置位置以及厚度,使得刚性基础的基底土应力分布达到一致.运用有限元软件Plaxis得出了垫层的优化设置方法,并分析了强弱两垫层材料的弹性模量、粘聚力以及摩擦角的变化对地基土应力分布的影响.     

沉管隧道管段沉放后基槽应力与变形分析

基于海河沉管隧道工程,建立了数值分析模型,对沉管法施工过程中基底回弹规律进行了研究,通过总结管段荷载作用下基槽土体的受力变形情况,提出了控制基底回弹的措施。     

滨海软土沉管隧道结构性能演化规律及成因分析

鉴于我国沉管隧道运营期服役安全鉴定和进一步维修养护决策亟需相应技术支撑和参考依据,为研究沉管隧道结构长期性能演化的规律及其成因,对上海外环隧道长期沉降、接头水压及裂缝、渗水、露筋、覆土厚度等多项数据进行对比分析,揭示了沉管隧道病害的主要分布特征、结构性能的发展规律及各类常见病害的成因。结果表明:外环隧道存在显著的不均匀沉降,部分区段至今未达稳定;止水损伤的接头内存在水压,水压随温度季节性变化的现象反映了接头的伸缩;上海外环隧道结构性能存在"地基垫层、覆土荷载—不均匀沉降—结构受力变形—荷载裂缝开展—渗水、露筋锈蚀"的劣化链。     

集装箱荷载下吹填港口地基工作区深度分析

围海造陆逐渐成为沿海地区解决港口建设用地的主要途径之一。目前对于围海造陆港口吹填地基在集装箱荷载下工作区深度的研究鲜有报道。通过现场足尺试验研究了港口地基中附加应力及地基回弹模量的变化规律,试验结果表明：3层集装箱加载工况下附加应力与自重应力比等于0.2和0.1的深度分别为1.80,2.60m；地基回弹模量随砂垫层厚度增加而增加,砂垫层较薄时地基回弹模量值较离散。随后,采用FLAC^3D建立数值分析模型,其中铺面结构采用理想弹性模型,地基采用M-C模型。模拟中对不同集装箱层数加载工况和不同砂垫层厚度工况下,地基中的附加应力、竖向应变及侧向位移等参数进行了系统分析。     

供热管道沉管工程施工方案设计

分析了供热管道沉管施工中沟槽开挖、垫层铺设、管道埋设及回填与驳岸修复的施工方案,探讨了施工过程的技术、质量保证措施。     

深大基础地基回弹再压缩变形计算方法及工程应用

对于深、大基础来说,建筑物完成后基底以下土体往往处于补偿或超补偿状态,此时再压缩沉降变形在建筑物最终沉降变形中占有较大比例,基坑开挖回弹变形及再压缩变形计算应引起重视。回弹比率、再加荷比、再压缩比率等概念的提出及其在回弹变形与再压缩变形研究中的应用,为回弹变形与再压缩变形之间建立了更为清晰、利于计算的关系。土体再压缩变形发展过程中的两阶段线性关系在再压缩变形计算方法中的应用,可对任一再加荷工况下土体再压缩变形进行计算。通过工程实测与计算对比分析可知,该方法的计算结果,对建筑物沉降发展过程的变形控制具有实用性。     

分层降水开挖对超大平面深基坑坑底回弹及桩基的影响

基坑回弹既破坏先期实施结构,也影响工后沉降本文基于经典土体压缩及回弹理论,考虑土体应力路径变化,建立了考虑基坑分层降水开挖的坑底回弹理论模型,研究了超大平面深基坑中分层降水开挖对坑底回弹的影响,并基于有限元分析了桩土地基分层降水开挖时坑底回弹及桩身轴力分布。结果表明,坑底回弹与土体应力路径有关,基坑降水开挖分层越多坑底回弹越大;桩土地基中降水开挖分层越多,桩身受拉状态越久,但最终桩身应力分布与分层数无关。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨

 隧道穿越自重湿陷性黄土地层时,可能遭受浸水作用下地基湿陷变形的附加作用而产生结构破坏。针对隧道衬砌结构的湿陷性黄土地基,结合隧道围岩及地基的自重湿陷变形特征,首先,提出浅埋隧道围岩压力、衬砌结构自重荷载构成基底压力和隧道两侧基底面分布土层自重共同作用下地基土的附加应力计算方法,以及考虑地基土自重应力的湿陷压缩应力计算方法。其次,在基本物性与构度、构度与结构压缩屈服应力、孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和结构压缩屈服应力比值关系的基础上,建立自重湿陷系数和湿陷系数的计算方法。依据大厚度自重湿陷黄土场地不同埋深范围黄土具有不同自重湿陷系数门槛值的特征,得到了场地的自重湿陷变形和隧道地基的湿陷变形的计算方法。最后,通过数值计算分析,模拟隧道地基湿陷变形不同沉降差作用下衬砌结构应力场和塑性域发展,随着不均匀湿陷变形的增加,隧道衬砌结构塑性区范围不断增大,并结合铁路路基沉降控制标准,建议隧道地基湿陷变形0～5 cm为一级、5～10 cm为二级、大于10 cm为三级。     

沉管隧道基础注浆效果模拟试验研究

随着城市交通的快速发展,在跨海、跨江等工程中逐渐引入了沉管隧道施工,但也出现了基础不均匀沉降、灌浆不严实等问题。针对海底沉管隧道基础注浆过程,浆液流动特性、注浆充填效果评价等复杂技术问题,以舟山沈家门港海底隧道工程为背景,采用1:10相似模型试验方法系统研究了在设定注浆压力条件下浆液流动特性以及不同垫层粒径、不同垫层坡度和不同淤泥厚度的影响。在此基础上根据相似原理将模型试验结果合理拓展,建立了实际工程条件下基槽灌浆扩散半径、注浆压力与时间的相关关系,以期为沉管隧道工程设计和施工提供依据。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

广州仑头-生物岛隧道工程基槽的水下检测

基槽开挖是沉管隧道施工的关键工序,对其进行实时监测显得尤为重要。通过应用水面GPS技术、水下声纳技术及其综合分析,对广州仑头-生物岛隧道工程的基槽在开挖前、初挖成型后、精挖后及管段沉放前进行了质量检测,进而展示施工现况并提出施工建议,从而实现以非常规检测手段达到实时监控水下施工作业质量的要求。检测结果表明,本文提出的检测方案适用于广州仑头-生物岛隧道工程基槽的水下检测,该方案对于类似沉管隧道工程的检测具有借鉴价值。     

基坑开挖引起下卧运营隧道变形的研究

各种基坑开挖活动在已经建成运营的隧道上方进行,必然会引起隧道的隆起变形。以上海东方路—张杨路下立交工程为实例,通过理论分析和数值模拟计算,得出了基坑开挖过程中影响运营隧道变形的关键因素。抗拔桩与周围土体的摩擦性能,可抑制回弹变形;分块施工,特别在施工条件允许的情况下,分块越多,隧道的隆起变形越小;限时施工,也可控制隧道回弹变形。     

大型沉管隧道连接段主体结构关键施工技术

天津市滨海新区中央大道海河隧道工程采用沉管法施工。该沉管隧道连接段是连接沉管水中段与陆地段之间的主体段,基坑开挖深度深,且位于滨海相软弱土区内临河施工,需经历管段出坞、支撑拆除、钢围堰施工以及最终接头施工、支撑再次安装等过程。通过对大型沉管隧道连接段主体结构关键技术研究,解决了在小基坑多道支撑下有限空间内,PC拉索、端钢壳、外包防水、端封门等工程部位施工难点,保证了主体结构施工质量和安全。     

沉管隧道结构纵向受力理论计算模型研究

考虑地基弹性抗力系数K随时间的变化,采用简支梁模型和弹性地基梁—简支梁复合模型,对沉管隧道管节沉放对接阶段结构纵向内力分布进行计算分析。改进半柔半刚性接头等效模型,采用定向支座结合剪切弹簧对接头进行模拟。考虑临时垫块的影响,对现有沉管隧道运营期结构受力计算方法进行修正。依托舟山沉管隧道,对管节结构纵向内力进行分析。研究结果表明:改进的接头模型可实现弯矩传递和两端位移差的限制,具有一定的合理性;某一管节沉放对接完成后,相邻的上一管节临时垫块部位的负弯矩发生较大幅度增大,可能引起该处顶板环向开裂;运营阶段管节临时垫块部位和桩基支承部位的负弯矩较大,需要重点监控。     

南京地铁软流塑地层浅埋暗挖法施工技术的探讨

针对南京地铁鼓楼–玄武门区间隧道穿过软流塑地层的特点,采用土工离心机对地表有相对硬壳层和地表无相对硬壳层中隧道开挖之后地层的变形机理进行模拟。模拟发现,地表有相对硬壳层时,隧道以两侧挤压变形为主,地表无相对硬壳层时,隧道以竖向压缩变形为主,为工程措施的选择提供了依据;同时根据管棚格栅的支护体系和应力分布的特点,建立了隧道挤土变形的计算公式,提出了管棚间土体形成的“微拱”效应,论证了通过注浆可提高土体的强度和变形模量,从而强化“微拱”,并大大减少挤土变形量。以南京地铁试验段的实测为基础,分析了软流塑地层中隧道施工引起的各部分变形情况,进而提出了相应的工程措施。     

基于Winkler地基离散元模型的复合地基褥垫层工作特性模拟

为了更为真实地反映复合地基的工作状态,建立了Winkler桩土地基、基础钢筋混凝土筏板和素混凝土保护层的复合地基离散元(DEM)数值模型并进行了标定。设计了一组L₁₆(4⁵)正交数值试验,以探究复合地基褥垫层厚度、桩宽、基础底板厚度、桩土刚度比的影响,对复合地基褥垫层变形形态、基础底面受力和桩土应力比等进行了分析。结果表明:不同因素对基础底板受力均匀程度的影响由大到小依次为褥垫层厚度、桩土刚度比、底板厚度、桩宽,不同因素对桩土应力比的影响由大到小依次为桩宽、桩土刚度比、褥垫层厚度、基础底板厚度; 随着褥垫层厚度的增加,褥垫层变形由三角形模式逐渐扩展,直至形成等沉模式,同时褥垫层力链网络分布更加均匀,桩土应力比显著减小,当褥垫层厚度达到300 mm时,基础底面受力趋于均匀分布。     

甬江沉管隧道运营期接头监测数据安全性分析

沉管隧道接头的力学性能是其安全运营的关键。通过宁波甬江沉管隧道23 a的运营期接头沉降的监测数据分析,找出了沉管隧道在软土地基中产生的不均匀沉降与沉管隧道接头各种形变的关系,讨论了甬江沉管隧道在23 a运营期间的不均匀沉降的规律。其次,建立GINA止水带的受力模型,计算了由于接头变形导致的GINA止水带受力的问题,并检验了接头止水的安全性。最后,提出了在隧道运营期间,可通过强制位移法利用隧道沉降监测数据对结构进行安全性评估的方法。     

非对称基坑开挖对浅埋下卧地铁隧道的影响

地铁隧道里程数越来越长,近接地面工程建设对其安全影响不可忽视。为了研究地面工程建设对下卧地铁隧道的影响,采用数值分析方法建立三维模型,以基坑未开挖作为初始状态,分析了基坑降水、非对称基坑开挖和桩基荷载施加等过程的地铁隧道空间位移特征及结构受力特征。结果表明:基坑降水过程对下卧地铁隧道位移影响不明显,非对称基坑开挖会导致下卧地铁隧道结构整体产生上浮及偏移,桩基荷载施加后隧道会产生相应的下沉现象,但仍有残余位移;隧道受力结果表明,基坑降水对隧道受力影响也不明显,基坑开挖过程隧道受力逐渐增大且整体受力均匀,桩基荷载施加后隧道顶部和底部受力进一步增大,两边墙受力变化相对较小,受力整体呈椭圆形。研究结果可为确保类似工程施工安全提供借鉴。