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考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解

岩土工程学报 2024年第2期46卷 254-263页

作者：梁荣柱张志伟李忠超符宇坤曹世安康成肖铭钊吴文兵中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023

为反映外荷载下盾构隧道相邻环间张开和错台,提出考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解答。首先,引入纵向梁-弹簧模型模拟盾构隧道纵向受力变形,其中采用Timoshenko短梁考虑隧道环段变形,引入转动和剪切弹簧分别模拟环间接头转动... 详细信息

为反映外荷载下盾构隧道相邻环间张开和错台,提出考虑环间接头影响的盾构隧道纵向变形简化解答。首先,引入纵向梁-弹簧模型模拟盾构隧道纵向受力变形,其中采用Timoshenko短梁考虑隧道环段变形,引入转动和剪切弹簧分别模拟环间接头转动与错台。其次,构建弹性地基上纵向梁-弹簧模型的有限差分方程,以解决环间接头-管环非连续变形求解问题,并推导外荷载下既有盾构隧道的纵向变形公式。最后,建立新建隧道上穿和下穿引起既有盾构隧道的纵向变形解答,并与新建隧道上、下穿越工程案例及现有理论方法对比验证。研究结果表明:所提方法预测的隧道位移与Timoshenko连续梁模型,协同变形模型和实测数据均具有较好的一致性,但所提方法得到的环间错台略低于Timoshenko梁模型和协同变形模型;所提方法可考虑环间接头的影响,得到的隧道位移曲线呈现既不光滑也不连续的特征,其中环段变形以刚体位移为主,而环间接头主要发生转动和错台;而基于现有理论所得盾构隧道纵向位移均为连续曲线,无法反映环间接头的真实转动与错台位移。

关键词：盾构隧道纵向变形环间接头纵向梁-弹簧模型接头张开环间错台

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基坑上跨开挖诱发既有盾构隧道隆起变形研究

工程力学 2022年第12期39卷 130-140页

作者：王理想梁荣柱李忠超康成肖铭钊吴文兵高坤郭杨中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023 安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230031 绿色建筑与装配式建造安徽省重点实验室安徽合肥230031

基坑上跨开挖将会引起既有盾构隧道隆起变形,危及既有盾构隧道的服役性能。目前基坑开挖引起的盾构隧道隆起变形的解析方法,通常将盾构隧道简化为埋置于弹性地基上的连续长梁,忽略了环间接头影响。针对前人研究的不足,提出带环间接头的... 详细信息

基坑上跨开挖将会引起既有盾构隧道隆起变形,危及既有盾构隧道的服役性能。目前基坑开挖引起的盾构隧道隆起变形的解析方法,通常将盾构隧道简化为埋置于弹性地基上的连续长梁,忽略了环间接头影响。针对前人研究的不足,提出带环间接头的盾构隧道计算模型,通过非线性Pasternak地基模型来考虑地基土变形的非线性特征,通过两阶段分析法,推导得到基坑上跨开挖作用下盾构隧道隆起位移和张开量简化解答。通过MINDLIN解计算基坑开挖引起的作用于盾构隧道上的附加荷载;建立基坑卸载下盾构隧道的隆起变形微分方程。利用有限差分法求解出基坑开挖引起的邻近盾构隧道隆起变形和内力分布。收集了三个工程实测数据,并将所提方法和实测数据、既有理论方法进行对比,验证所提方法的适用性。

关键词：盾构隧道隆起变形非线性地基模型带环间接头的盾构隧道模型基坑开挖

考虑管片环间接头弱化的新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形分析

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岩石力学与工程学报 2022年第S1期41卷 2955-2970页

作者：张志伟梁荣柱高坤李忠超肖铭钊郭杨乐腾胜吴文兵中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230001 绿色建筑与装配式建造安徽省重点试验室安徽合肥230031 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023

探究新建隧道上穿引起既有盾构隧道的纵向变形规律,对进一步评估并减少新建隧道施工对既有盾构隧道的不利影响具有重要的现实意义。现有解析方法多是将既有盾构隧道简化为搁置于线弹性地基上的等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱... 详细信息

探究新建隧道上穿引起既有盾构隧道的纵向变形规律,对进一步评估并减少新建隧道施工对既有盾构隧道的不利影响具有重要的现实意义。现有解析方法多是将既有盾构隧道简化为搁置于线弹性地基上的等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化和土体非线性变形特征。首先,引入接头非连续盾构隧道模型和非线性Pasternak地基模型来考虑隧道管片环间接头的弱化及隧道–地基的非线性作用,推导得到新建隧道上穿开挖下既有盾构隧道纵向变形控制微分方程;其次通过有限差分法和牛顿迭代法求解得到既有盾构隧道纵向变形的数值解答;最后,对2个工程案例及常用等效连续梁模型对比验证。研究结果表明:等效连续梁模型计算得到的隧道纵向变形表现为连续特征,而所提方法考虑了隧道接头弱化作用,得到的隧道纵向变形表现为非连续特征,隧道纵向位移和弯矩在接头处会发生突变。通过参数分析可知,增加新旧隧道间净距可有效减少既有盾构隧道的隆起变形、弯矩和环间接头张开量;随着管片长度增加,既有盾构隧道的隆起位移略有减少,但是管片间环间张开量及弯矩随之增大;增加环间接头的刚度可有效减少既有盾构隧道的竖向位移和张开量,但是会导致隧道弯矩增加。

关键词：隧道工程环间接头弱化隧道上穿既有盾构隧道接头非连续盾构隧道模型非线性地基模型

渗流作用下富水砂层椭圆形冻结管冻结发展规律研究

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安全与环境工程 2022年第4期29卷 85-92页

作者：白天麒叶超李忠超梁荣柱肖铭钊蔡兵华中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023

为探究椭圆形冻结管在地层中的土体冻结发展规律及其影响机制,基于温度场和渗流场耦合基本理论,建立不同截面形状椭圆形冻结单管和双管土体冻结发展的多场耦合数值模型,模拟研究了不同冻结条件下土体冻结温度场、冻结壁厚度和冻结壁交... 详细信息

为探究椭圆形冻结管在地层中的土体冻结发展规律及其影响机制,基于温度场和渗流场耦合基本理论,建立不同截面形状椭圆形冻结单管和双管土体冻结发展的多场耦合数值模型,模拟研究了不同冻结条件下土体冻结温度场、冻结壁厚度和冻结壁交圈时间的分布规律。结果表明:椭圆形冻结管有利于管内与周围水土进行冷量交换,有效提高冷量的热力扩散效应,使得椭圆形冻结管土体的冻结区域面积大于圆形冻结管;随着椭圆形冻结管长、短轴长度比值n的增大,土体冻结区域面积相应地增加;在地下水渗流影响下,椭圆形冻结管单管土体冻结壁发展速度快于圆形冻结管,冻结完成时椭圆形冻结管土体的冻结壁厚于圆形冻结管;在双管冻结过程中,椭圆形冻结管土体冻结壁交圈时间和冻结完成时间均远远小于圆形冻结管,说明椭圆形冻结管相比于圆形冻结管可以提高人工冻结效率,节省冻结成本。

关键词：人工冻结椭圆形冻结管温度场冻结壁冻结壁交圈

层状地基新建隧道上穿引起盾构隧道纵向变形耦合分析

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隧道建设（中英文） 2023年第5期43卷 804-815页

作者：于东东李忠超梁荣柱张志伟梅娇鑫肖铭钊吴文兵高坤中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉430023 安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230031 绿色建筑与装配式建造安徽省重点实验室安徽合肥230031 哈尔滨理工大学黑龙江哈尔滨150006

为准确预测新建隧道上穿作用下既有盾构隧道的隆起位移,考虑土体的天然成层性,提出成层地基中新建隧道上穿作用下盾构隧道纵向位移的解析解答。首先,分析盾构隧道与周围土体的相互作用,构建盾构隧道与土体的整体耦合平衡方程。其次,基于... 详细信息

为准确预测新建隧道上穿作用下既有盾构隧道的隆起位移,考虑土体的天然成层性,提出成层地基中新建隧道上穿作用下盾构隧道纵向位移的解析解答。首先,分析盾构隧道与周围土体的相互作用,构建盾构隧道与土体的整体耦合平衡方程。其次,基于Mindlin解求得新建隧道开挖卸荷作用下下部成层地基土的隆起位移,结合耦合平衡方程得到盾构隧道的纵向位移解。最后,与3个上穿工程实测数据进行对比,对相关参数进行分析。结果表明:1)当既有隧道下部地基分层性不明显,前人基于弹性地基梁的预测方法与本文方法均能较好预测下部隧道的隆起位移;2)当地层具有明显分层时,所提方法预测结果与实测结果具有较好的一致性;3)增大新建隧道直径将导致既有盾构隧道隆起位移的增加和隆起范围的增大;4)减小新建隧道与下卧隧道之间的穿越净距将导致下部盾构隧道的隆起值增加;5)既有盾构隧道位于上软下硬地层之上时,其隆起范围小于上硬下软地层,但其隆起量大于上硬下软地层。

关键词：新建隧道既有盾构隧道上穿隧道施工隧道隆起耦合分析方法

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富水粉细砂层水平冻结效果试验及数值模拟

工业建筑 2022年第3期52卷 1-9页

作者：李忠超白天麒梁荣柱肖铭钊蔡兵华叶超吴文兵武汉市市政建设集团有限公司武汉430023 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

通过开展富水粉细砂地层双管水平冻结室内模型试验,研究不同盐水温度(-20,-25,-30℃)对冻结壁厚度、冻结交圈时间、最终冻结温度以及冻结范围的影响,并建立了水平冻结数值模型,通过与实测数据的对照,验证了数值模型的正确性;而后进一步... 详细信息

通过开展富水粉细砂地层双管水平冻结室内模型试验,研究不同盐水温度(-20,-25,-30℃)对冻结壁厚度、冻结交圈时间、最终冻结温度以及冻结范围的影响,并建立了水平冻结数值模型,通过与实测数据的对照,验证了数值模型的正确性;而后进一步模拟双管冻结下初始环境温度、渗流速度、双管净距对冻结温度场的影响。研究结果表明:初始环境温度升高导致冻结壁厚度减小、推迟冻结时间,但对最终的冻结温度影响较小;地下水渗流将会使冻结温度场冷量向渗流区下方迁移,渗流区上方冻结壁厚度小于渗流区下方冻结壁厚度,渗流速度越大,厚度差越大;双管净距的增加将会使冻结壁厚度减小,冻结交圈时间大幅度延长,导致冻结温度升高。

关键词：人工冻结冻结参数模型试验数值模拟温度场

有限元与改进单纯形法联合编程技术在位移反分析中的应用

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岩土力学 2011年第3期32卷 899-904页

作者：肖铭钊周承豪程芸冯晓腊杨俊梅武汉市市政建设集团有限公司武汉430023 云南省建筑科学研究院昆明650223 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 武汉丰达地质工程有限公司武汉430074

根据弹性地基梁法基本思想,考虑基坑分步开挖和逐级加撑的动态施工因素,通过有限元计算模拟基坑实际开挖过程。结合现场监测数据,采用位移反分析方法反演各土层m值,并准确预测后续工况支护体的变形。采用有限元通用软件ANSYS内嵌的APDL... 详细信息

根据弹性地基梁法基本思想,考虑基坑分步开挖和逐级加撑的动态施工因素,通过有限元计算模拟基坑实际开挖过程。结合现场监测数据,采用位移反分析方法反演各土层m值,并准确预测后续工况支护体的变形。采用有限元通用软件ANSYS内嵌的APDL语言编程建立支护体有限元计算模型,并应用数学软件MATLAB编制"改进单纯形法"优化程序,编写了接口程序,实现了MATLAB对ANSYS模型的实时循环调用和逐步寻优。武汉长江隧道武昌明挖段基坑工程算例证明,基于单纯形法的联合编程技术能方便、高效地被应用于支护体位移反分析预测中。建立了基于本工况预测下一工况或相邻断面的扩展型位移反分析预测模型,预测结果与实测结果拟合程度较高。

关键词：改进单纯形法联合编程 m值位移反分析

富水砂层内支撑式地铁深基坑开挖变形性状分析

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富水砂层内支撑式地铁深基坑开挖变形性状分析

2022年工业建筑学术交流会

作者：李忠超梁荣柱蔡兵华肖铭钊吴文兵武汉市市政建设集团有限公司中国地质大学(武汉)工程学院

结合武汉6号线某地铁车站深基坑工程,研究了富水地层中内支撑基坑变形性状。该深基坑场地内地下水位较高,表层土体为粉质黏土夹粉土或粉砂,下层为深厚的中细-粉细砂层。基坑开挖过程中对地表沉降和围护结构变形展开详细地监测。实测结... 详细信息

结合武汉6号线某地铁车站深基坑工程,研究了富水地层中内支撑基坑变形性状。该深基坑场地内地下水位较高,表层土体为粉质黏土夹粉土或粉砂,下层为深厚的中细-粉细砂层。基坑开挖过程中对地表沉降和围护结构变形展开详细地监测。实测结果表明:基坑周边地表沉降呈现"斜线型"沉降模式,随着基坑开挖深度增大而增大。基坑端头井外地层最大沉降变形为0.08%～0.12%开挖深度H,要远小于标准段基坑处的0.19～0.24%H;地下连续墙侧向变形总体上呈现"凸肚型"变形特征,并随着开挖深度增加而增大。深基坑开挖引起端头井处最大地下连续墙变形为0.11%～0.18%H,而基坑标准段处最大变形为0.19%～0.22%H。基坑开挖具有明显的空间效应。

关键词：富水砂层内支撑式深基坑地下连续墙地表沉降侧向变形

来源： cnki会议评论

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新一代建造质量安全管理发展研究

中国工程科学 2021年第4期23卷 71-78页

作者：谢先启邓利明肖铭钊骆汉宾房瑞伟江汉大学湖北(武汉)爆炸与爆破技术研究院武汉430056 武汉生态环境投资发展集团有限公司武汉430023 华中科技大学土木与水利工程学院武汉430074 武汉市市政建设集团有限公司武汉430023 清华大学土木工程系北京100084

建筑工程施工是一个复杂的“人–机–环”系统工程,施工过程中的质量安全管理仍面临诸多挑战,在新一代信息技术的支持下,数字孪生技术为解决工程质量安全问题、助力建筑业高质量发展、实现智能建造提供了新思路和技术手段。研究认为,在... 详细信息

建筑工程施工是一个复杂的“人–机–环”系统工程,施工过程中的质量安全管理仍面临诸多挑战,在新一代信息技术的支持下,数字孪生技术为解决工程质量安全问题、助力建筑业高质量发展、实现智能建造提供了新思路和技术手段。研究认为,在工程建造中,数字孪生技术的应用是以整个建造过程的可计算、可控制为目标,通过先进感知、计算等技术与方法应用,实现对实体工地的数字化管控。为此,基于数字孪生技术在建造质量管理中的应用需求,本文分析了数字孪生技术在工程质量安全管理方面的研究现状与存在问题,提出了涵盖面向工程质量安全控制的产品智能设计、工程质量安全状态智能感知与分析、数据驱动的工程质量安全控制、工程质量治理与动态监管的新一代工程智能质量安全管理与控制体系,从管理、技术、标准与规范3个方面提出了我国在工程建造中应用和发展数字孪生技术的对策建议。

关键词：数字孪生质量安全智能建造智能感知与分析