软土地层管幕–箱涵顶进工具管网格自平衡设计理论研究

目前，国外在软土地区箱涵顶进施工中均对箱涵顶进工具管开挖面前的土体进行加固，以保证在箱涵高度范围内的土体能够自立稳定。为降低工程造价，上海市中环线虹许路—北虹路地下立交隧道工程是世界上首次在软土地区采用不加固软土方法进行管幕–箱涵顶进施工的工程，为维持开挖面土体平衡，工具管网格的合理设计是工程成败的关键。以此工程为背景，从力学原理出发，利用网格内土体在稳定的前提下摩擦力与土压力始终平衡—— 自平衡原理，建立平衡微分方程，推导出工具管内土压力、土–钢板接触面正应力、剪应力随工具管长度的分布及衰减规律—— 指数方程，由此方程可解出维持开挖面稳定所需的工具管网格临界长度，并建立网格的长、宽和高之间应满足的定量关系。影响网格长度的主要因素有网格前的土压力、土与网格壁的摩擦特性和土体性质等，分析表明，网格临界长度随土压力的增大而增大，随摩擦系数的增大而减小，为对数方程，所建立的公式可为工程设计提供理论依据。     

软土地层管幕内顶进箱涵前端网格工具头设计

上海市中环线虹许路-北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程之一。为降低工程造价，首次在软土地区采用不加固软土方法进行管幕一箱涵顶进施工，为维持开挖面土体平衡，工具管网格的合理设计是工程成败的关键。以工程为背景，对网格结构形式的选择，工具头基本尺寸的确定，网格工具头的荷载分析，切口及网格梁的计算简图进行了箱涵阐述。工程实践表明所采用的网格设计方法是合理可行的。     

软土地层管幕内大断面箱涵顶进姿态控制

上海市中环线虹许路一北虹路下立交通道是世界上首例采用不加固管幕内软土的管幕法工程，也是中国大陆首次采用管幕法工程，该工程由80根妒70钢管通过锁口连接而成口字形管幕。箱涵宽34．2m，高7．85m，长126m。通过网格工具头挤土推进维持开挖面的稳定性。为了确保大断面箱涵在推进中左右水平偏差和上下高程偏差在容许的范围内，水平姿态采用导向墩装置及计算机液压同步推进系统进行控制；采用弹性地基梁理论分析箱涵高程姿态，结果表明，网格内挖土方式能有效地调整网格工具头的高程姿态。     

软土地层管幕法隧道箱涵顶进开挖数值模拟

上海市中环线虹许路-北虹路地下立交隧道工程是我国首次采用管幕法箱涵推进工法施工，为研究管幕的作用，及管幕内土体变形及土压力分布规律，采用二维弹塑性有限元模拟网格内土体开挖过程。计算结果表明：随着网格内土体开挖，管幕下沉，网格前端11m范国内土压力明显降低，最大降幅约为原压力的31％。同时，网格前端11～30m一段范围内竖向略有增大；随着开挖进行，网格前端土体水平位移持续增加、水平应力相应减小；土体松动范围逐渐扩大，松动区的范围约为箱涵高度的2．5～3倍，形状为顶端与底端小，中间大。开挖结束时，最大水平位移达到了6．3cm，水平应力最大降低了约40％。     

软土地层管幕法隧道箱涵顶进开挖数值模拟

上海市中环线虹许路-北虹路地下立交隧道工程是我国首次采用管幕法箱涵推进工法施工,为研究管幕的作用,及管幕内土体变形及土压力分布规律,采用二维弹塑性有限元模拟网格内土体开挖过程.计算结果表明:随着网格内土体开挖,管幕下沉,网格前端11 m范围内土压力明显降低,最大降幅约为原压力的31%.同时,网格前端11～30 m一段范围内竖向略有增大;随着开挖进行,网格前端土体水平位移持续增加、水平应力相应减小;土体松动范围逐渐扩大,松动区的范围约为箱涵高度的2.5～3倍,形状为顶端与底端小,中间大.开挖结束时,最大水平位移达到了6.3 cm,水平应力最大降低了约40%.     

软土地层管幕-箱涵推进工法阻力计算研究

上海市中环线北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水地层中施工的截面最大的管幕法工程.箱涵推进中推进阻力估算正确与否是工程成败的关键因素之一.基于摩擦及土体的极限平衡理论,分析了在管幕存在的条件下箱涵顶进中推进阻力的构成及计算方法,并根据不同的挖土工况给出相应的计算公式.计算结果和实测阻力进行对比,结果较为接近,可为同类工程提供参考.     

软土地层管幕-箱涵顶进施工新技术

上海市中环线北虹路下立交工程是我国第1次采用管幕-箱涵顶进施工技术,也是世界上在软土地层中施工断面尺寸最大的管幕法工程。结合工程实际,提出了创新的管幕结合箱涵顶进的RBJ施工工法(roof-boxjackingmethod),介绍了钢管幕顶进高精度姿态控制和网格工具头设计以及箱涵推进的顶力、地表变形、箱涵姿态控制等关键技术。工程施工取得了理想效果,可为相关工程的设计、施工提供参考。     

软土地层管幕—箱涵顶进施工新技术

本文介绍了在上海市中环线北虹路下立交工程中,结合工程实际,应用了创新的管幕结合箱涵顶进的施工工法-RBJ工法(roof-box jacking method),并详细介绍了该工程钢管幕顶进高精度姿态控制、网格工具头设计、箱涵推进的顶力控制、箱涵推进中地表变形控制及箱涵姿态控制等关键技术,可为相关工程的设计、施工提供参考.     

软土地层管幕内箱涵顶进推力控制

以上海市中环线北虹路（虹桥路-虹古路）下立交工程为背景，分析了箱涵顶进中阻力的组成及计算方法，以此为基础确定工程实际所采用的推力及配置。箱涵的成功推进和实测阻力验证了阻力分析方法的合理性。     

饱和软土地层中管幕法隧道施工方案研究

上海市中环线北虹路下立交工程是我国第一次采用管幕法隧道施工,也是世界上在饱和软土地层中施工的断面尺寸最大的管幕法工程;结合工程实际,提出了创新的管幕结合箱涵顶进的施工工法;本文对该方案进行了详细论述,从而为相关工程的设计、施工提供了经验.     

秦皇岛滨海饱和软土的试验研究

为保持饱和软土的天然结构特征，野外采用开挖探井，环刀取土的方法获得了大量Ⅰ级土试样，并在室内进行有关饱和软土的物理力学性质试验。结果表明：秦皇岛滨海饱和软土的天然含水量介于37％～44％，土性属淤泥质粉质粘土。基于浅层平板载荷试验、静力触探试验以及十字板剪切试验，对饱和软土的天然抗剪强度、灵敏度、承载力进行了试验研究。建立了十字板抗剪强度和试验深度、静力触探比贯入阻力的经验公式，为工程应用提供了便利条件。秦皇岛滨海饱和软土的天然不排水抗剪强度平均值为27kPa，灵敏度为2．4～12．5，具有中高灵敏性。其地基强度的使用应综合考虑建筑物的加载速率、地基容许变形等多种因素。     

管幕内顶进箱涵前端网格横截面尺寸确定

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。为保证在管幕内顶进大断面箱涵(前端嵌固钢板制网格框架)的施工过程中开挖面的稳定性,设计合理的网格横截面尺寸十分重要。根据对网格后端开挖面处的土拱效应分析,采用静力平衡条件与土体的剪切强度条件作为基本控制条件,并结合土体的自稳条件,给出了网格横截面尺寸的合理计算方法,以使网格横截面尺寸设计更加合理,最后以实例说明了具体计算过程。     

软土地基中杆塔微型桩基础的设计方法研究

微型桩与常规钻孔灌注桩相比,具有承载力较高、施工场地小、对土层适应性强、布置形式灵活等特点。通过在软土地基中进行的微型桩单桩及群桩原型试验得到设计参数,总结出了适用于软土地基中杆塔微型桩基础设计的计算方法。     

管幕内顶进箱涵顶部管幕承载作用的分析

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。根据地面沉降限制要求,并按照以较缓慢速度顶进箱涵且开挖土体过程中前方土体滑动的极端不利情况分析了顶部钢管幕的承载作用,针对钢管不同部分的受力状况不同,主要按两端固定梁以及弹性地基梁2种模型分情况对钢管的不同部分进行计算分析,并对该工程的情况进行了具体的计算。结果发现在箱涵顶进过程中,管幕起到相当大的力学作用,上覆土体的重量有一定量被顶部管幕承担而不向其下面传递,有助于提供箱涵前端网格尺寸经济而合理的设计。     

饱和软土地层中管幕法隧道施工风险分析

上海市中环线虹许路一北虹路下立交工程设计采用管幕结合箱涵顶进——有中继间的推进工法施工，是我国第一次引进管幕工法施工，也是世界上在饱和软土地层中施工的最大、最长的管幕法工程，其工程规模大，工艺新颖，工程地质条件差，存在很大的施工风险。运用风险分析方法，分析了饱和软土地层中施工管幕法隧道时在管幕顶进精度、管幕顶进阻力、地表沉降（隆起）、管幕损坏、管幕水密性、管幕锁口连接以及箱涵开挖面稳定、箱涵损坏、箱涵方向控制、管幕下沉、箱涵安全出洞、地面变形控制等方面存在的风险，得出了工程的总体风险水平，并提出了相应的防范措施。     

上海饱和软土中预制桩承载力时效性分析

在上海嘉定地区对预制桩进行不同休止期及不同加载程序的静载荷试验,并在试验中量测桩的轴力.通过得到的数据来分析不同部位的侧摩阻力、桩端阻力以及沉降随时间变化规律,进而更具体地分析饱和软土中桩的时效性对桩的承载力的影响.分析表明:随着时间增长,桩周被扰动土的结构强度逐渐恢复,桩端阻力及侧摩阻力逐渐增加,呈现明显的时效性.     

高填方路堤下考虑涵洞与土体共同作用的基础结构设计方法研究

国内的现行规范关于涵洞结构设计方法忽略了结构与土的相对压缩变形,人为将涵管结构与土分开计算,涵洞的实际内力与设计计算值有差距从而导致了涵洞在运营期间的大量病害,为减少因结构设计方法不当而导致的涵洞病害,提出了考虑涵洞与土体共同作用的计算模型,并基于此模型进行了考虑变形协调的涵洞基础结构计算,计算结果表明,所提模型考虑更加全面,计算结果更趋于合理。     

循环荷载作用下饱和软粘土应变软化研究

通过对杭州市正常固结饱和软粘土进行应力控制的循环三轴试验,从应变的角度出发研究了循环荷载作用下土体的软化情况.通过研究不同循环应力比、不同超固结比、不同频率下轴向周期应变的软化情况分析了土体的软化,同时建立了一个合理反映土体应变软化的数学模型并确定了参数.     

软土变形时效特性的试验研究

软土变形的重要特征为具有时效性,这将导致软土工程的工后沉降。根据实际工程需要,采用原状土样和扰动土样对软土变形机理进行了一系列室内试验,包括软土的应力–应变特性、固结效应、次固结特性、蠕变特性等。通过试验成果系统分析可得:(1)初始固结度对应力–应变关系的影响;(2)次固结系数与固结压力的关系以及应力历史对次固结系数的影响;(3)次固结系数与压缩指数的关系;(4)排水蠕变和不排水蠕变的变形特征;(5)蠕变变形的影响因素和降低蠕变效应的技术路径等。研究结果表明:软土变形的时效性产生于固结特性和蠕变特性的耦合效应,土体的变形过程实际是固结和蠕变共同作用的过程,任一时刻两种变形在总变形中所占比例取决于多种因素,其中最重要的是应力水平和排水条件。     

爆炸荷载作用下两相饱和土中结构响应试验研究

 通过试验研究含气量低于99.99%两相饱和土及其中的结构响应问题。试验在f 2.5 m×5 m的圆柱形模拟爆炸装置中进行,爆炸采用TNT集团装药,炸药埋设在饱和土中进行接触爆炸,采用统一比例埋深。在饱和土中设置正方体大跨度结构,该结构产生整体破坏。同时研究完全不动钢壁极限结构,与大跨度结构进行对比,系统研究饱和土中不同结构形式的反射系数。结果表明,在两相饱和土中压力超过2 MPa时,饱和土发生动态液化,应力波变化为冲击波,其中压力与饱和土的具体颗粒性质关系不大。通过极限状态的两种结构响应研究认为,饱和土中不同跨度结构的反射系数为0.5～2.0,其具体取值将根据结构形式决定。