浅埋地下工程管棚法施工中合理管棚直径分析

针对当前管棚应用范围日益广泛和管径的多样化,本文推导了基于增量运动方程的管棚位移敏感度分析方程,编制了程序。选取了城市浅埋地下工程中的两类典型工程案例,就不同管棚长度、支护结构跨度等条件下,如何合理选择管棚直径进行了分析。分析表明:管棚的功能是随着工程具体特点而变化的,合理管径是与管棚的长度、结构参数、开挖工艺等密切相关的,主要取决于管棚的承载或传递荷载作用特性,在选择合理管棚直径时需要对具体工程进行具体分析,以获得最佳效益。     

考虑微拱效应的隧道管棚受力机制分析与支护效果评价

考虑管间微拱效应、初期支护滞后效应、应力释放时空效应和基床系数变化特性，将管棚在轴向上划分为不同受力区段，建立深浅埋隧道管棚的力学理论模型，进而通过参数分析揭示管棚力学响应受影响规律。研究表明：(1)管棚在环向上表现为微拱效应，具有承载减跨效果，管棚外载为管间微拱转移的岩土压力；(2)管棚轴向上体现为长梁效应，发挥荷载传递作用，将超前围岩荷载传递至后方初支；(3)基于Pasternak弹塑性地基梁理论，推导了管棚挠度和内力的理论解，较既有理论解更贴近实测结果；(4)提出了围岩/初期支护承载比和管棚挠曲变形以量化评价管棚支护效果，为合理控制管棚变形并有效传递围岩荷载，软岩大跨隧道开挖进尺不得大于2m，拱顶附近30°范围内的管间距较其他部位应缩短5～10 cm。     

软土地层开挖释放荷载引起管棚位移敏感度分析

针对软土地层浅埋暗挖法施工过程中管棚分析模型,采用解析法推导了释放荷载引起管棚位移对管棚惯性矩的敏感度分析方程,针对目前我国常用的管棚直径情况,对位移敏感度以及影响敏感度主要因素进行了分析,结果表明:管棚直径79¹08mm为敏感度急剧变化范围,在该范围内直径的改变对位移的影响较为显著;直径>108mm,直径改变对于位移敏感度影响相对较小;直径>159mm,管径的提高对于位移几乎没有影响;棚架体系中,刚度较小的地层改变对位移敏感度影响相对较大。     

人行过街地道工程开挖掌子面稳定性分析

对应于管棚支护下的开挖掌子面,分析掌子面上方管棚的荷载传递特性。通过管棚荷载传递计算,研究开挖过程中释放荷载通过管棚作用传递到支护结构及未开挖段土体上的过程,传递荷载大小及影响范围与开挖进尺、地基反力有关。利用建立掌子面稳定性的3D解析式对某人行过街地道工程掌子面的稳定性进行计算分析。结果表明,暗挖隧道大断面的掌子面稳定性不能满足要求,分导洞开挖后,导洞的掌子面稳定性大于规范规定,能满足要求。     

考虑施工特性的浅埋软弱洞口段管棚变形量预测及工程应用

 针对洞口管棚受开挖过程影响的特点,考虑初期支护延滞性、围岩应力释放差异性、地层反力系数不均匀性和仰坡坡度等因素,将管棚划分为初支闭合段、初支未闭合段、开挖未支护段、掌子面前方塑性扰动段、弹性扰动段和无扰动段,建立基于Pasternak弹性地基梁理论并考虑施工特性的洞口管棚变形量预测模型。利用有限单元法思想和梁段纵向剪力传递理论,获得管棚变形预测理论值,并应用于桦皮岭隧道工程。结果表明：(1) Pasternak力学模型摈弃了Winkler弹性地基梁不能传递纵向剪力的缺陷,其预测值与现场试验结果吻合度较高,最大偏差较Winkler模型减小11.8 %,更适合洞口管棚变形预测。(2) 管棚变形量随地层反力系数和管棚直径增大而减小,但非线性关系;管棚环向间距与变形呈正比例关系;当地层反力系数和管棚直径超过某一数值,通过调整注浆改善地层反力系数或直径方法来控制管棚变形效果甚微。(3) 在给定变形控制基准下,确定IV,V和VI级围岩不同纵坡条件下经济合理的管棚直径和环向间距,并制定了管棚设计施工参数选择一览表。其研究成果为完善管棚计算方法、设计施工体系提供参考和借鉴。     

软弱地层管棚法施工中管棚作用空间分析

针对软弱地层管棚法施工过程,从棚架体系视角,建立了可用来分析管棚作用的空间分析模型。该模型可考虑施工过程、管棚与支护之间相互作用以及网喷混凝土早期弹性模量随时间逐渐变化特性等。以上海地铁某车站出入口工程作为实例,对管棚防止掌子面坍塌和控制地层沉降的作用机理进行了分析。计算表明:在棚架体系分析中,考虑网喷混凝土早期特性是必要的。管棚防止坍塌和控制沉降主要是通过注浆,以及棚架体系在纵向和横向对开挖释放荷载重新分布和调节来实现的。     

软弱地层浅埋暗挖施工中管棚法的棚架原理

针对目前国内技术界对软弱地层中隧道施工选用大管棚还是小管棚的争议,以杭州解放路隧道原位观测和室内土工离心模拟试验为基础,分析了管棚的工作机理,提出了隧道拱部形成“棚”和“架”的条件,根据棚架体系观点,指出管棚主要起加固围岩并扩散围岩压力的作用,同时能减少开挖释放应力。以上海某过街通道的空间计算为例,说明管棚格栅体系中,管棚起扩散拱部荷载的作用,主要受力体为格栅,并根据管棚的直径将管棚法分为三大类:小管棚体系、中管棚体系和大管棚体系,进而提出了各自对应的设计和施工参数。     

隧道穿越软弱破碎带超前支护加固效果分析

为研究管棚支护在软弱围岩中对隧道的影响，文章依托亚曲滩隧道穿越软弱围岩的浅埋暗挖工程进行模拟分析。研究结果表明：拱顶管棚挠度沿隧道纵向逐渐减小，洞口位置处挠度较大，末端挠度最小。拱腰管棚的挠度值相对较小，约为拱顶管棚挠度的1/2，且变形由两侧拱腰向拱顶递增。拱顶管棚轴力沿隧道纵向先受压后受拉，拱腰管棚轴力也是先受压后受拉，但拱顶轴力约为拱腰轴力的两倍，并且轴力由拱顶向拱腰两边递减。随着管棚直径的增大，隧道拱顶、拱底和拱腰逐渐减小。管棚直径对拱顶沉降的控制效果最好，其次是拱底，最后是拱腰。随着直径的增大，隧道拱顶、拱底受直径的影响逐渐减弱，变形速率逐渐下降。间距的增大导致隧道拱顶、拱底的变形增加，变形速率逐渐上升。管棚加固区厚度的增大使得隧道拱顶、拱底和拱腰的变形逐渐减小。管棚加固区厚度增大对拱顶沉降的控制效果较好，其次是拱底，最后是拱腰。在管棚加固时，应特别关注隧道拱顶的情况。该研究结果可为类似工程提供一定的借鉴作用，对隧道结构的安全有积极作用。     

隧道施工超前管棚变形预测研究——以狮子山环线连接下渚湖通道工程为例

文章以狮子山隧道为例,研究隧道超前管棚变形预测方法,精准预测超前管棚变形值,预测分析超前管棚施工参数对其变形的影响,提升隧道施工安全性.利用小波变换去除超前管棚变形历史数据噪声;在支持向量机内引进动态滑窗技术,动态调整训练样本数量,建立变形预测模型;在预测模型内输入去噪后的数据,输出管棚变形预测值.试验证明:该方法可有效去除监测数据的噪声,精准预测超前管棚变形值;经过预测分析可知,Ⅲ级围岩时管棚钢管直径需控制在100 mm左右,Ⅳ级围岩时管棚钢管直径需控制在200 mm以内,V级围岩时管棚钢管直径需控制在350 mm左右较合理;Ⅲ级围岩时,合理的开挖进尺长度为0.3～2.1 m,Ⅳ级围岩与V级圉岩时,合理的开挖进尺长度为0.3～1.2 m.     

管棚支护作用机理及数值分析

管棚超前支护在浅埋软弱围岩隧道洞口施工中广泛应用是实用有效的辅助措施。文章首先论述比较了单根管棚和管棚体系作用机理的差异;然后以某高速公路隧道洞口管棚超前支护为实例,建立了实体管棚三维数值模型,模拟得到了隧道开挖工况下围岩稳定情况和管棚受力变形特性,并与不加管棚工况对比分析了管棚加固效果。说明管棚能有效控制隧道洞口段浅埋软弱围岩稳定,结果可为同类工程设计计算提供参考。     

管棚受力和变形的分析预测方法及工程应用

采用管棚预先对浅埋软弱围岩进行支护时,对管棚力学响应的精确预测是保证管棚结构设计合理性的重要依据.在管棚的弹性地基梁分析模型基础上,考虑掌子面失稳段对管棚约束的弱化,建立基于Pasternak弹性地基梁理论的管棚分析模型来预测预支护段开挖时管棚的受力和变形.利用Euler-Bernoulli梁的控制方程以及Paster...     

煤炭地下气化多层热弹性基础梁模型及其应用

 为了得到条带地下气化开采覆岩移动下沉规律,以华亭煤炭地下气化为例,在气化过程傅里叶传热分析的基础上,建立含温度场的多层热弹性基础梁模型,分析温度场的存在对岩梁挠度的直接和间接影响,通过引入煤层烧变损伤因子并确定损伤范围,最后求得含损伤弹性基础的热弹性基础梁挠度解析解,并理论分析岩梁挠度、弯矩、剪力和载荷随时间的变化规律。结果表明：温度场的存在使岩梁在垂直方向和水平方向分别产生附加弯矩和热应力,其随时间在直接顶内呈先增大后减小,在老顶内呈一直增大趋势;岩梁挠度、弯矩、剪力和载荷基本都大于常温状态下的数值,且随覆岩热传导时间基本呈先增大后减小趋势。通过与现场实测下沉曲线的对比,说明该模型是合理的和符合实际的。     

隧道下穿高速公路管棚作用机理及设计参数研究

在暗挖隧道穿越工程中,管棚被广泛应用.但由于边界条件复杂,目前对于管棚的研究多停留在理论分析层面,实际工程应用中仍以工程类比为主.因此基于弹性地基梁理论,根据管棚沿纵向各区段不同的受力模式,建立了包含管棚和初支在内的荷载-结构计算模型,并从控制沉降、防止坍塌2个方面进行了管棚变形和受力计算.通过Peck沉降公式,计算了...     

贵阳北站站房结构设计

贵阳北站是我国西南地区最大规模的综合性铁路交通枢纽,由站房、站台雨棚、高架车道等组成。站房采用桥建合一结构。站台层承载列车轨道的承轨结构、高架候车层框架标准跨度为21m×24m,商业夹层与高架候车层柱网上下不对齐。出站通道层下方有地铁穿过,在隧道上方的柱通过基础梁托换。站台层承轨结构采用变宽度预应力混凝土框架梁承重。高架候车层采用大跨度预应力混凝土梁,钢管混凝土柱预应力混凝土梁节点是保证结构承载力和抗震性能的关键。东西两端高架车道上方设置31m跨的钢桁架,承受冷却塔等设备荷载,支承钢桁架的框架柱采用钢骨混凝土柱。屋盖典型跨度42m×66m,采用网架与管桁架相结合的结构形式。为了发挥钢管混凝土柱上段的强度、减小层间位移,支承屋盖的钢管混凝土柱顶端与屋盖结构上下弦均连接。     

大跨度钢结构屋盖落架分析方法

首先对大跨度钢结构屋盖的落架过程进行了简单分析,给出了落架应遵循的基本原则,并提出了“同步协调”和“分组分步”2种落架方式;其次,介绍了落架过程数值模拟的3种计算方法:支座位移法、等效杆端位移法和千斤顶单元法,并详细论述了各自的计算原理及特点;最后,基于ANSYS有限元软件,应用3种落架计算方法对3点支撑悬臂梁及国家体育场进行了落架过程模拟。结果表明,等效杆端位移法和千斤顶单元法是2种合理有效的方法,并可以方便地应用于工程实际中。     

格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究

 基于格构梁弹性假设及Winkler地基模型变形协调条件所得的解析解,分析格构梁与边坡岩体相互作用机制;并依托忠县顺溪场滑坡治理工程,设计间距为4 m×4 m、截面为0.4 m×0.5 m的预应力锚索格构梁支挡结构,通过格构梁现场试验,重点探讨预应力加载时格构梁内力的变化特征及锚固力在格构纵横梁上的分配规律。现场试验既考虑了格构梁与边坡岩体相互作用,又克服了数值法中岩体与结构参数难确定及解析法对复杂情况难于求解的问题,为优化格构梁的结构设计提供了科学依据。     

Analytical design method for a truss-bolt system for reinforcement of fractured coal mine roofs—illustrated with a case study

This paper presents an analytical design method for the truss-bolt system in reinforcing underground fractured rock roofs in coal mines. The analytical design method is based on the mechanical analysis of the fractured rock roof with reinforcement by inclined roof bolts and a horizontal tie-rod. The mechanical analysis for the system includes a non-linear bending model for the laterally inclined roof bolts and three upper and lower bounds. The lateral resistance of the inclined roof bolts in a truss-bolt-supported roadway is examined using classical theory of a non-linear beam in bending. The paper analyses the arching action by lateral behavior of the inclined roof bolts in reinforcing the fractured roof. Based on mechanical models, the design formula concerning the lateral bolt forces, tensions in the tie-rod in the truss system, as well as the reinforcement behavior have been derived. In order to ensure that the roof truss-bolt system reinforces the coal roof effectively, a lower bound of pre-tightening forces must be applied on the tie-rod for stabilizing the fractured roof by arching action. The pre-tightening forces exerted via the tie-rod also cannot be greater than its upper bound, since the excessive tightening force will cause localized failure in the rock near the bolt tail at the abutment of the fractured roof beam. The analytical formulas for both lower and upper bounds for truss pre-tightening forces are put forward in this paper. Furthermore, the paper also presents analytical equations for designing the axial forces and dimensions for bolts in this kind of system. Parametric studies and optimization analysis are also carried out on the basis of the proposed approach. A flow chart and procedures are presented to show the analytical design method for this truss-bolt system. Case studies are presented to show how the method can be used in actual coal mining tunnels. The predicted results compare well with those measured in the actual case studies.