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桥桩钢套管施工引起地铁隧道纵向变形计算研究

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岩石力学与工程学报 2022年第4期41卷 836-848页

作者：丁智张霄张默爆董毓庆刘坤涛夏能武浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 上海隧道工程有限公司上海200082

依托杭州某桥梁试桩邻近地铁隧道建设工程,建立桥桩钢套管施工简化力学模型,提出考虑套管分节施工特点与挤土效应影响的全套管灌注桩施工附加力的修正计算公式。同时,基于Mindlin应力解和两阶段分析法,求解桥桩施工引起的既有隧道附加... 详细信息

依托杭州某桥梁试桩邻近地铁隧道建设工程,建立桥桩钢套管施工简化力学模型,提出考虑套管分节施工特点与挤土效应影响的全套管灌注桩施工附加力的修正计算公式。同时,基于Mindlin应力解和两阶段分析法,求解桥桩施工引起的既有隧道附加应力与纵向竖向变形,并进一步分析桥桩施工全过程的动态影响规律。得出以下结论:(1)引入土塞高度折减系数和区段修正分别对桩端压力、桩侧径向压力和桩侧垂向摩阻力进行修正,更符合桥桩钢套管施工附加力的分布规律。(2)桥桩钢套管施工引起地铁隧道纵向变形的理论计算结果与实测数据对比验证较为吻合。(3)随着桥桩钢套管施工深度的不断增加,既有隧道先小幅隆起而后沉降变大,随后趋于平稳,且纵向沉降区进一步扩大。施工到达隧道埋深附近时引起隧道隆起最大,隆沉交界点位于隧道底部1.5D深度范围。(4)桩侧垂向摩阻力是引起既有隧道变形的关键性因素,并随施工深度增加而影响扩大;桩端压力在施工远离隧道埋深一定范围后影响减弱;桩侧径向压力对隧道竖向变形的影响甚微。(5)桥桩施工全过程中不仅要关注隧道最大竖向变形的发展,而且要留意随施工深度改变产生的隧道纵向隆沉变化以及管片纵向错台变形。

关键词：隧道工程桥桩钢套管地铁隧道纵向变形施工过程

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非均质地基中盾构隧道的纵向变形分析

铁道科学与工程学报 2023年第6期20卷 2222-2234页

作者：王祖贤施成华曹成勇彭铸孙影杰中南大学土木工程学院湖南长沙410075 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060

盾构隧道沿纵向将不可避免地穿越多种地层,地基的非均质性和非连续性是广泛存在的。针对非均质地基中盾构隧道的纵向变形问题,将盾构隧道视为非均质Winkler地基中的Euler-Bernoulli梁,建立非均匀地基中盾构隧道纵向力学性能分析的非均质... 详细信息

盾构隧道沿纵向将不可避免地穿越多种地层,地基的非均质性和非连续性是广泛存在的。针对非均质地基中盾构隧道的纵向变形问题,将盾构隧道视为非均质Winkler地基中的Euler-Bernoulli梁,建立非均匀地基中盾构隧道纵向力学性能分析的非均质Winkler地基-EB梁模型,基于中心差分原理,推导得到解析模型控制方程的显式有限差分解。通过与既有研究成果的对比,验证解析模型的可靠性。而后,基于所建立的解析模型系统分析2类典型非均质地基条件下地基变异性对盾构隧道纵向变形和内力的影响,进一步讨论软硬地层渐变时隧道的纵向力学特性。研究结果表明:不同地基条件下所推导的有限差分解与既有有限元结果较为吻合,证明所建立的解析模型及其解答是准确可靠的;相邻地基刚度的差异会显著影响盾构隧道的纵向变形和内力,软硬地层交界面处隧道变形和内力会产生明显变化,且隧道剪力在此达到最大值,易产生环间错台等病害;对于软硬突变地层,隧道最大差异沉降随软弱地基刚度的减小线性增大,而最大弯矩和剪力的变化呈现出一定的非线性;对于含软弱层的软硬交替地层,软弱层相对刚度和相对长度均会显著影响隧道的纵向变形和内力,隧道最大差异沉降和最大弯矩及剪力随软弱层相对刚度和相对长度的变化具有明显的非线性特性;相比于软硬地层的突变,地层的渐变使得隧道剪力显著减小,有利于改善盾构隧道的纵向力学性能。

关键词：非均质地基盾构隧道纵向变形解析模型有限差分解

基于隧道纵向实测变形的力学状态反演分析方法

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中国铁道科学 2022年第6期43卷 96-105页

作者：张彩亮张玉芳赵尚毅张志国袁坤周文皎中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

针对滑坡、塌陷、采空区等不良地质现象导致隧道产生的较大变形,基于无限长弹性地基梁模型,结合隧道实测纵向变形曲线,通过引入等效准则和等效荷载概念,提出1种计算隧道变形后力学状态的弹性反演分析方法。作为1种简化计算方法,该方法... 详细信息

针对滑坡、塌陷、采空区等不良地质现象导致隧道产生的较大变形,基于无限长弹性地基梁模型,结合隧道实测纵向变形曲线,通过引入等效准则和等效荷载概念,提出1种计算隧道变形后力学状态的弹性反演分析方法。作为1种简化计算方法,该方法基于峰值位移、平均弯曲转角可反推得到等效集中荷载作用下,竖向和水平2个方向的隧道弯曲、剪切、扭转内力和平均等效荷载,并确定等效集中荷载的作用方向。依托某穿过2座煤矿采空区的病害隧道工程进行反演分析,验证提出方法的合理性和可行性。结果表明:对比依托工程实测的拱段与按无限长梁模型计算理论上的拱段,在远离洞口侧时二者的长度值较为接近,最小误差为1.21 m,误差率为3%;采用仿真模拟,将得到的反演平均等效荷载施加于隧道衬砌横截面,此时衬砌混凝土开裂区的裂缝分布与病害隧道的实际开裂情况高度一致。弹性反演分析方法具有一定的合理性,按最大位移和平均弯曲转角相结合的计算方式能保证反演结果偏于保守。

关键词：隧道纵向变形弹性地基梁反演分析等效荷载力学状态

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上方基坑开挖引起下卧隧道纵向变形分析方法

岩土工程学报 2023年第11期45卷 2209-2216页

作者：黄茂松李豪俞剑张陈蓉倪雨萍同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

上方基坑开挖引起下卧隧道纵向响应的分析方法大多将基坑开挖处理为基底简单卸荷作用,采用基底卸荷引起的隧道轴线处自由土体的附加应力作为输入条件,视之为隧道所受到的荷载。然而,这种力输入条件并非隧道受到的真实荷载,导致得不到合... 详细信息

上方基坑开挖引起下卧隧道纵向响应的分析方法大多将基坑开挖处理为基底简单卸荷作用,采用基底卸荷引起的隧道轴线处自由土体的附加应力作为输入条件,视之为隧道所受到的荷载。然而,这种力输入条件并非隧道受到的真实荷载,导致得不到合理的隧道响应。为此,首先从理论上分析当前的力输入条件的不足以及位移输入条件较为合理的原因,并对两种输入条件下Winkler地基模量进行区分,指出位移输入条件和力输入条件应分别采用被动和主动Winkler地基模量。其次,通过对比有限元和Winkler方法得到的隧道响应,验证了位移输入条件的合理性,而当前的力输入条件会低估隧道的响应。最后,鉴于力输入方法的工程实用性,提出利用荷载放大系数调整输入荷载的大小,以获得合理的隧道响应。利用大量的有限元算例进行研究,确定了荷载放大系数的简化计算公式,通过与工程案例的实测结果对比,验证了所提出方法的可行性。

关键词：上方基坑隧道纵向变形输入条件 Winkler地基模量

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跨活动断层盾构隧道纵向受力及变形特征

浙江大学学报（工学版） 2023年第2期57卷 340-352页

作者：李瀚源李兴高刘杨杨益马明哲北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 郑州财经学院土木工程学院河南郑州450000

为了研究断层错动下盾构隧道力学响应特征,引入Vlasov双参数地基模型,并考虑水平地基摩阻力的影响,提出跨活动断层盾构隧道纵向力学响应解析模型.以正断层错动工况为例,采用模型试验及数值模拟验证解析模型的合理性,讨论影响隧道结构纵... 详细信息

为了研究断层错动下盾构隧道力学响应特征,引入Vlasov双参数地基模型,并考虑水平地基摩阻力的影响,提出跨活动断层盾构隧道纵向力学响应解析模型.以正断层错动工况为例,采用模型试验及数值模拟验证解析模型的合理性,讨论影响隧道结构纵向力学响应的因素.建立考虑环缝接头塑性变形的三维数值模型,分析环缝接头塑性变形对隧道结构纵向受力与变形的影响.研究结果表明:解析模型计算得到的隧道纵向力学响应特征与模型试验、数值计算所得规律一致,当不考虑竖向地基剪切刚度时,解析解计算得到的隧道纵向弯矩偏大;相较浅埋土质地层工况,深埋岩质地层对隧道纵向变形限制作用更加明显,导致结构纵向内力增大;隧道与断层之间竖向距离、断层破碎带宽度及结构纵向抗弯刚度有效率等因素均对隧道最大纵向内力影响显著;当考虑环缝接头塑性变形时,在断层错动20 cm工况下,盾构隧道环缝接头已经产生显著的塑性变形,严重威胁盾构隧道的运营安全.

关键词：断层错动盾构隧道理论解析受力特征纵向变形

掘进坡度对地面出入式盾构法隧道结构受力变形的影响

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工程建设 2024年第3期56卷 17-22页

作者：刘智辉朱叶艇上海城建隧道装备有限公司上海200137

为揭示地面出入式盾构法隧道掘进坡度对隧道结构纵向受力与变形分布规律的影响,依托上海市龙水南路过江隧道工程,建立三维有限元模型,对隧道结构力学行为规律进行分析。研究结果表明:1)作用于隧道的环向土压力受掘进坡度变化引起的埋深... 详细信息

为揭示地面出入式盾构法隧道掘进坡度对隧道结构纵向受力与变形分布规律的影响,依托上海市龙水南路过江隧道工程,建立三维有限元模型,对隧道结构力学行为规律进行分析。研究结果表明:1)作用于隧道的环向土压力受掘进坡度变化引起的埋深变化和土压力分解角度变化的共同作用;2)相同埋深下,随掘进坡度的增加,隧道结构竖向收敛变形逐渐减小,但纵向收敛变形差异加剧;3)掘进坡度的增加使得隧道结构环向受力更为均匀,并逐渐趋于静水压力状态;4)环间刚度不同将提升掘进坡度对隧道纵向差异收敛变形的影响。本文研究成果可为地面出入式盾构隧道在不同掘进坡度下的衬砌形变控制提供一定的借鉴与参考。

关键词：地面出入式盾构法掘进坡度数值模拟管片错台纵向变形

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桥梁结构耐久性的影响因素及优化设计研究

交通世界 2024年第1期 205-207页

作者：任吉源河北双盛交通勘察设计有限公司河北沧州061000

为确保桥梁结构使用稳定性,依托河北省某三跨预应力刚构桥支架现浇项目,通过ANSYS箱梁现浇段模型构建对混凝土水化热进行结构耐久性分析,重点对水化热温度分布梯度、浇筑尺寸、水泥种类和结构纵向变形之间的影响进行评价。研究结果表明... 详细信息

为确保桥梁结构使用稳定性,依托河北省某三跨预应力刚构桥支架现浇项目,通过ANSYS箱梁现浇段模型构建对混凝土水化热进行结构耐久性分析,重点对水化热温度分布梯度、浇筑尺寸、水泥种类和结构纵向变形之间的影响进行评价。研究结果表明,箱梁现浇长度的增大会导致结构纵向变形减小;采取粉煤灰水泥可以适当降低水化热,继而减少纵向变形。

关键词：桥梁工程耐久性现浇长度纵向变形

矩形顶管隧道壳-接头理论模型及纵向变形研究

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矩形顶管隧道壳-接头理论模型及纵向变形研究

作者：黄正东内蒙古科技大学

学位级别：硕士

近年来,我国进入了以城市轨道交通、地下综合管廊为引领的城市地下空间高速发展时期。矩形顶管隧道施工技术具有较高的断面利用率和较低的地下空间占用率等优点,广泛应用于地铁车站、综合管廊、多车道隧道工程中。然而矩形顶管隧道在地... 详细信息

近年来,我国进入了以城市轨道交通、地下综合管廊为引领的城市地下空间高速发展时期。矩形顶管隧道施工技术具有较高的断面利用率和较低的地下空间占用率等优点,广泛应用于地铁车站、综合管廊、多车道隧道工程中。然而矩形顶管隧道在地基不均匀沉降作用下,极易产生纵向变形,导致接头失效甚至破坏,引发工程灾害。针对上述现状,本文采用管节接头试验、三维数值模拟及理论分析等方法探明矩形顶隧道接头的内力-变形关系,构建壳-接头理论模型,探索隧道纵向变形模式。本文采用三维数值模拟与理论分析等方法探明矩形顶隧道接头的内力-变形关系,提出接头转动刚度模型;揭示接头的变形机理,分析了不同接头参数及地基刚度对接头转动刚度的影响;本论文主要内容和结论如下:(1)以包头市某矩形顶管隧道为设计参照,建立三维精细化模型。运用ABAQUS有限元软件分析接头在弯曲作用下的内力-变形关系,结果表明:管节接头变形过大造成管底结构脱开,钢套环发生变形;弯曲作用下,接头的内力变形关系均可分为两个阶段:初始接触阶段和协调变形阶段。随着接头相对转角的增大,接头弯矩也随之增加;接头转动刚度受地层影响最大,受管节截面尺寸及钢套环的长度和厚度较小。(2)基于三维精细化模拟结果,提出了壳-接头理论模型。利用壳单元模拟管节,管节间定义接头单元,模拟实际工程中矩形顶管隧道接头的力学行为;并给出两类接头单元相应的数值计算刚度矩阵,可模拟管节接头的转动、拉压和剪切力学特性;采用参数化建模计算过程,通过对管节施加不同的荷载,对处于不同地层的管节自动建立不同刚度的地基弹簧;利用壳–接头模型对管节接头试验进行验证,通过两者的结果对比发现,利用壳–接头模型能较为准确地模拟管节接头实际力学行为。(3)构建基于壳-接头理论模型的隧道纵向计算模型,建立20节矩形顶管隧道,探究隧道在竖向荷载作用下的纵向变形,分析结果显示:隧道纵向变形受地基刚度和管节接头影响显著,以剪切变形为主;采用纵向变形等效原则,在志波模型和壳–接头模型的基础上,推导矩形顶管隧道纵向等效抗弯刚度表达式,并提出等效抗弯刚度有效率η。

关键词：矩形顶管转动刚度壳-接头理论模型地基刚度纵向变形

穿越不良地质段的长距离深埋输水隧洞纵向变形数值分析

同方学位论文库评论

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华北水利水电大学学报（自然科学版） 2023年第2期44卷 90-96页

作者：王达石文广王志云李同春赵兰浩河海大学水利水电学院江苏南京210024 广东粤海珠三角供水有限公司广东广州511455

以珠江三角洲水资源配置工程为依托,研究长距离深埋盾构隧洞在穿越不良地质段时衬砌结构的纵向不均匀变形,以保障隧洞施工与运行期的安全稳定。本文采用三维非线性有限单元法对长距离深埋隧洞纵向变形开展研究,精细模拟衬砌接缝以及缝... 详细信息

以珠江三角洲水资源配置工程为依托,研究长距离深埋盾构隧洞在穿越不良地质段时衬砌结构的纵向不均匀变形,以保障隧洞施工与运行期的安全稳定。本文采用三维非线性有限单元法对长距离深埋隧洞纵向变形开展研究,精细模拟衬砌接缝以及缝间螺栓,考虑围岩应力的开挖释放,计算复杂地质条件下隧洞衬砌接缝变形与应力状态。研究结果表明:设计参数下,断层破碎带处接缝的最大张开和错台变形量分别为1.065 mm与0.276 mm,螺栓最大拉应力为363.05 MPa,内衬环向拉应力最大值为0.99 MPa,隧洞纵向稳定性满足设计要求;断层破碎带弹性模量的变化对衬砌的纵向变形有较大影响,接缝变形与螺栓应力均随断层模量的减小而显著增加。该结果合理,具有较好的规律性,可为类似工程的设计提供参考。

关键词：盾构隧洞断层破碎带围岩应力释放接触非线性纵向变形