地铁施工中地下管线不同因素对其安全性影响

针对城市地铁施工中既有输水管线多次发生的破坏问题,采用数值计算方法,深入分析和研究了管线埋深、管径、以及弹性模量等不同因素对其安全性的影响.研究结果表明:管线弹模对管线的安全性的影响较弱;对管线安全性影响较大的因素则为管线的埋深和管径的变化.管径的变化对管线的位移变化影响较小,对管线的受力情况影响较大;管线埋深的改变则对管线的位移、受力等均有较大的影响.因此,就提高管线的安全性而言,可以从改变管线的埋深和管径的大小等角度出发,提出有效的措施,以此改善和提高管线运营的安全性.     

考虑轴力的管线变形控制微分方程及其优化解

为计算地铁施工引起的既有管线附加变形,将地埋管线视为弹性地基梁,受到地层竖向和水平位移荷载作用,考虑管线变形的几何非线性,建立了管线变形的控制微分方程组.采用优化方法进行模型求解,进行了案例计算和离心模型试验.将有限元解和试验结果同优化解进行了对比,验证了优化方法的正确性.分析了地层水平位移和几何非线性对管线变形和内力的影响.结果表明:管土摩擦系数较小时,管线在开挖影响范围内全长受拉.管土摩擦系数较大时,管线在隧道开挖中线附近受压,在其余范围内受拉,在管线变形计算中应同时考虑压应变和拉应变.较大的地层沉降使管线变形呈现几何非线性,表现为管线竖向位移引起管线轴向伸长,且管线弯曲变形与轴向变形存在一定的相互影响.     

基坑开挖对临近地下管线的影响分析

文章以合肥某地铁车站深基坑为工程背景,依据岩土工程地质勘查资料,运用有限差分软件FLAC进行数值分析,结合基坑围护结构-土体-管线三者为一体的统一体系,研究了基坑开挖对临近地下管线变形和受力性状的影响.结果表明,管线的最大水平与竖向位移均发生在基坑中部,且水平位移受基坑开挖的影响较大;沿轴向方向上管线内侧的弯矩从端头到坑角先增大后减小,并在坑角处达到最小值,进入基坑开挖范围之后管线的最大正弯矩发生在距坑角12 m处横截面的内侧.     

深基坑开挖对邻近大直径管线影响的优化分析

为了研究由狭长型的市政管廊基坑开挖引起邻近管线沿长度方向的位移变化.以杭州管廊基坑工程为背景,运用有限元软件PLAXIS建立三维数值模型,探讨不同围护结构形式下的基坑开挖对邻近大直径污水管线的影响规律.分析得出管线的位移因近邻基坑的开挖存在时空效应,且提高基坑围护结构的刚度可以减小20％管线位移量;同一围护结构形式下两条管线的竖向位移变化趋势基本一致,但两条管线之间在水平方向的位移存在较大的差距,应分别监测两条管线的水平位移,研究结论和建议可为相似工程提供一定的理论依据.     

Pasternak地基中盾构隧道穿越引起地下管线竖向位移

采用统一土体移动模型三维解计算盾构施工引起的地下管线平面处土体竖向位移,并基于Pasternak地基模型对地下管线受力模型进行简化,建立单线、双线盾构隧道开挖引起的地下管线三维竖向位移计算公式。将计算结果与实测值进行对比;并探讨了管线材质、管线埋深以及土体损失率改变对管线竖向位移的影响。研究结果表明:计算结果与实测值比较吻合,可以计算单线和双线盾构开挖工况;双线隧道开挖引起的管线竖向位移大于单线隧道引起的管线竖向位移;管线材质和管线埋深的改变对管线最大竖向位移的影响较小,管线最大竖向位移随抗弯刚度增大而减小,随埋深增大而增大;土体损失率的改变对管线最大竖向位移的影响较大,土体损失率越大管线最大竖向位移也越大。     

深基坑开挖对近邻大直径管线的影响分析

基坑开挖会引起土体的扰动从而带动近邻管线的位移,甚至会引起管线的开裂破坏。本文以实例工程为背景,运用有限元软件PLAXIS模拟基坑开挖引起大直径管线位移的变化,得出基坑开挖深度与埋设污水管线深度之间存在三种不同的位置关系,并且分析基坑开挖引起管线水平和竖向位移之间的差异变化,基坑开挖引起管线水平位移的增长速率为0.57mm/m,竖向位移增长速率为0.73mm/m,文中得到的结论和建议可为相似工程提供参考。     

深基坑开挖对近邻大直径管线的影响

基坑开挖会引起土体的扰动从而带动近邻管线的位移,甚至会引起管线的开裂破坏。以实例工程为背景,运用有限元软件PLAXIS模拟基坑开挖引起大直径管线位移的变化,得出基坑开挖深度与埋设污水管线深度之间存在三种不同的位置关系,并且分析基坑开挖引起管线水平和竖向位移之间的差异变化,基坑开挖引起管线水平位移的增长速率为0.57 mm/m,竖向位移增长速率为0.73 mm/m,所得的结论和建议可为相似工程提供参考。     

黄土盾构下穿不同地下非连续管线的模型试验

针对城市盾构隧道施工下穿既有输气管线引起管线沉降与受力问题,以河南省某在建高速公路为工程背景,进行室内模型试验和有限元数值模拟.考虑不同非连续管线接头间距、接头刚度和管隧间距的影响,探讨管隧正交工况下,隧道开挖对非连续管线沉降、弯矩及管土接触应力的影响.研究结果表明：黄土盾构正交下穿管线存在沉降集中区,在该区范围内,管线接头与管段相对刚度比的大小对管线平均沉降增长速率影响较大,相对刚度比由1.30减小至0.21,非连续管线平均沉降增长速率增大1.5倍;相对刚度比相对大小对非连续管线沉降和弯矩起到决定性作用;通过定义非连续管线综合刚度比,揭示不同综合刚度比下非连续管线最大沉降变化规律和管线最大正负弯矩相对变化规律,其中综合刚度比与管线最大沉降服从3次多项式拟合函数,管线的最大正弯矩值随着最大负弯矩值的改变服从4次多项式拟合函数;管线的管土接触应力变化均呈现“双峰型”变化,管土接触峰值应力随着接头间距的增大而增大;数值模拟表明,管线最大沉降随着管隧间距增大而呈现折线型减小,该转折点出现在管隧间距与隧道开挖直径比为1处.     

复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷

通过非线性有限元分析给出了含体积性缺陷弯管在内压、面内弯矩、面外弯矩和扭矩作用下的塑性极限载荷。对与体积型缺陷（长轴、短轴和深度)和管线（外径、壁厚和弯曲半径）有关的几何变量进行了系统的分析,并考虑了内压和面内弯矩、面外弯矩和扭矩的组合。结果表明壁厚、缺陷深度和缺陷方向对极限载荷影响较大。     

深基坑双排桩支护体系承载机理研究

目的研究分析不同开挖阶段双排桩支护体系位移、应力、应变变化规律,为基坑支护设计的优化、施工提供了有效的理论依据.方法通过Midas GTS有限元数值分析法,对不同开挖阶段,双排桩支护结构位移、受力情况进行分析,得到在不同的开挖阶段双排桩支护体系的位移、受力特征.结果基坑开挖后双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构深度的增加,位移逐渐减小,第一、二次开挖后前排桩最大位移值为1.058 mm、42.5 mm,第一、二次开挖后后排桩最大位移值1.062 mm、42.5 mm,前排桩比后排桩值偏大;基坑开挖后,基底处剪切应力最大,双排桩支护结构桩顶、基底处弯矩值较大.结论基坑开挖后,双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构的深度的增加,位移逐渐减小,且前排桩位移值比后排桩位移值偏大;随着基坑开挖深度的加深,桩底处弯矩逐渐减小,最大弯矩处逐渐上移,桩顶位置值显著增大,前后排桩弯矩值变化是一致.     

深基坑双排桩支护排距室内模型试验研究

为了研究深基坑双排桩支护结构最佳排距及支护结构内力,分别对2D、3D、4D和5D(D为桩径)4种排距的双排桩支护结构进行室内模型试验,通过千斤顶在基坑顶加压模拟荷载,不同开挖深度下,测量模型桩身内力大小及桩顶位移的变化.分析排距和开挖深度对双排桩支护结构的影响,包括前后桩正负弯矩大小、差值、桩顶位移等,得出双排桩支护结构的最佳排距.研究表明:双排桩支护排距变化,对桩弯矩及桩顶位移影响均较大,且双排桩排距的变化对后排桩的内力影响明显大于前排桩,对正弯矩的影响小于对负弯矩的影响;开挖深度对桩顶位移影响较大,对正弯矩的影响大于负弯矩,深度位移曲线近似为过原点的二次曲线,基坑底以上为正弯矩,坑底下为负弯矩,3D排距时桩顶位移最小,4D排距时正弯矩最大.     

兰州地铁深基坑开挖与支护三维数值分析

以采用明挖法的兰州市某一地铁深基坑为例.对深基坑周围的地质勘查报告进行详细分析,考虑其初始地应力、车站主体结构、施工过程及土层的物理力学参数等诸多因素,采用有限元软件对基坑开挖与支护全过程进行模拟研究.通过计算,对不同开挖阶段的桩身位移和弯矩、地表沉降进行分析;讨论围护结构和支撑体系的参数改变对深基坑变形的影响.分析表明:支护桩的位移随开挖深度的增加而增加,并且桩身位移曲线有明显的"鼓肚"现象;桩体弯矩呈现两头小、中间大的形状,并且随着开挖的进行,桩体弯矩呈现"S"曲线;深基坑土体的沉降随基坑开挖深度的增大而增大,最大沉降出现在桩后15m左右处;支护桩的变形随桩体埋深、支撑条件的变化而变化.     

围堤施工工序对桥梁桩基工作性状的影响研究

沿海软土地区围堤与高架桥梁桩基交叉的情况屡见不鲜,围堤的堆筑会引起土体侧向位移,使得邻近桥桩产生侧向位移与弯矩,这对桩基的正常使用产生危害.以浙江宁海三山涂围堤与沿线高架桥叠交工程为背景,采用ABAQUS有限元分析软件,讨论了不同的围堤施工顺序对于邻近桩基工作性状的影响.数值分析表明:围堤自重引起了邻近桩基较大的侧向位移与弯矩,先施工围堤相较于先施工桥梁对桩基造成的影响小,且控制围堤与桥梁施工之间有一定时间间隔可以减小影响.     

基坑排桩支护结构选型的技术经济分析

针对某粉土地质条件进行建模,利用弹性地基梁法计算了不同桩间距、桩径、嵌固深度在不同开挖深度等多种组合下的最大水平位移,最大弯矩,最大剪力,以及不同锚杆位置在不同开挖深度下对应的的最大水平位移,最大内侧弯矩、外侧弯矩,最大剪力和锚杆轴力,采用支护结构变形控制标准,通过分析发现其中的规律和技术可行的方案,并进一步结合支护桩常用施工方法与现行定额进行经济分析,寻找经济方案,以提出具有工程指导意义的建议.     

桩锚支护体系下深基坑开挖过程有限元分析

基坑施工过程失稳因素多,危险性较大,因此在基坑设计和施工过程中必须考虑内力和变形的发展变化问题.运用PLAXIS软件对钻孔灌注桩+三重管高压旋喷(摆喷)桩+预应力锚索支护体系支护条件下深基坑开挖过程进行模拟计算,分析了基坑水平位移、竖直位移和围护桩内力,并与实测值进行比较.结果表明,利用有限元法可以很好地模拟各开挖工况,计算出基坑的水平位移和竖直位移,围护桩和锚索的轴力、剪力和弯矩,能够形象直观地反映基坑各工况下的受力状态.     

盾构下穿引起上覆管线变形的解析计算方法

盾构下穿易引起周边土体产生自由位移，并进一步对邻近既有管线的受力变形产生较大影响。论文从能量角度出发，采用Rayleigh-Ritz法获得管线变形函数，并基于Pasternak地基模型建立管线在外力作用下的势能方程，采用最小势能原理对管线能量进行变分求解，获得盾构下穿引起上覆既有管线受力变形解析解。与既有文献实际工程监测数据对比，验证了该方法计算结果的合理性；与基于Pasternak和Winkler地基模型差分解进行对比分析，该方法更贴近实测数据。进一步参数研究表明：增大隧道开挖半径、地层损失率会导致管线变形及其弯矩的增大；隧道与管线的夹角的增大会减轻管线变形，但会增大管线弯矩。     

非对称荷载作用下装配式可回收支护开挖数值分析

目的研究在非对称荷载作用下装配式可回收支护结构基坑在开挖过程中支护结构的受力变形特性.方法依托郑州市某顶管工程,运用有限元软件ABAQUS模拟非对称荷载条件下装配式可回收支护基坑开挖全过程,分析支护结构的水平位移及受力.结果基坑开挖完成后,非对称荷载侧桩体水平位移及弯矩均不一致,荷载较大侧桩顶位移和桩体上部弯矩更大.随着较大侧荷载的增加,同侧桩体上部的坑内位移量及弯矩值相应增大,冠梁和第1层腰梁在非对称荷载两侧的轴力分布及大小有明显差别.结论 荷载较大侧的支护结构变形较大,受力情况复杂,施工时应重视并密切监测.     

不同隧道位移边界和土体损失对上卧管线的影响

盾构隧道掘进对地表以及构筑物的影响主要是由掘进过程中土体损失引起的。前人在地铁盾构隧道开挖对地下管线的影响分析大多是基于三维的隧道开挖模型,隧道开挖引起的土体损失采用强度折减法或者假定一定的土体受损率。文章基于Park提出的隧道周边4种径向位移边界条件,以某实际工程为例建立二维隧道与管线的相互作用模型,讨论不同位移边界条件以及不同土体损失情况下,隧道开挖对管线的影响,对椭圆化位移边界条件和均匀位移边界条件进行比较分析。结果表明,椭圆化位移边界条件更接近实际,同时为了保证上部构筑物的安全,盾构掘进时土体损失率尽量控制在0.5%以内,并且可以对管线进行适当的注浆。     

基于渗流应力耦合的基坑开挖受力特性及其对邻近地铁隧道的影响

基于流固耦合理论,采用修正摩尔库仑本构关系,建立三维仿真模型,分析渗流特性、基坑开挖过程、不同降水速度下基坑施工特性以及其对邻近地铁的影响,并与实际监测结果进行对比分析。研究结果表明:土体渗流呈现空间差异性与时间差异性;基坑内降水速度对基坑外侧的地层变形影响较小;随开挖深度增大,土体位移增大,排桩水平位移总体上大于竖向位移;应力集中造成的基坑角部弯矩较大,在工程实践中应设置角部支撑分散应力集中产生的不利影响;锚固单元体系安全系数可满足设计要求;地铁区间隧道形状呈扁平状的椭圆形发展,隧道顶部及左右侧腰部受力较大,在设计施工中应进行配筋等加强处理;基坑开挖降水引起的左线隧道附加弯矩整体上明显大于右线隧道的附加弯矩;地铁隧道最大弯矩发生在左线地铁隧道中部靠近基坑位置;考虑流固完全耦合分析的计算结果与现场实测结果接近。     

海底管道在弯矩和水压作用下的屈曲压溃研究

针对含初始椭圆度缺陷的海底管道在弯矩和水压联合作用下的屈曲破坏问题,基于薄壁假定,选择能够描述管道应变和曲率随位移变化的几何方程,采用流动理论建立应力增量与应变增量之间的关系,采用三角级数对位移函数进行离散,列出管道的初始椭圆度缺陷的形式,最终基于虚功原理建立了复杂载荷作用下管道的理论模型.通过控制轴向曲率和外部水压的增量及加载顺序,在MATLAB中对由虚功原理推导出的非线性方程组进行数值求解,从而得到管道在不同加载路径下的极限承载力.同时运用有限元计算软件,在合理控制了刚体位移和边界条件的基础上实现对弯矩和水压载荷的分步加载,得到了弯矩和水压联合作用下的管道有限元模型,计算管道的承载性能并与理论模型进行对比,验证了理论模型的准确性.之后,以管道缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度为计算指标,采用有限元方法分别计算不同加载路径下的管道破坏形式,从而对弯矩和水压联合作用下的管道压溃破坏机理进行探究.研究结果表明:弯矩载荷对管道承压能力的削弱作用主要体现在弯矩对Mises应力和截面椭圆度的增大两个方面,在弯矩载荷较小时,椭圆度的影响起主要作用;外压—弯矩加载路径下管道的承载性能较低的原因是缺陷截面在压溃瞬间的椭圆度较弯矩—外压加载路径大.