带接头管线变形计算的传递矩阵法

地铁隧道开挖引起邻近地下管线产生附加变形,甚至造成管线破坏.将带接头地下管线视为弹性地基梁,将接头简化为"自由铰"与"弹簧铰".基于Winkler地基模型列出管线变形的控制微分方程,采用传递矩阵法求解,推导了管节场矩阵和管线接头点矩阵,得到关于微分方程未知边值的线性方程组.收集了现场实测数据并进行案例计算和离心模型试验,将本文方法计算结果与有限元法、实测数据和试验结果进行对比,验证了计算模型和传递矩阵法的正确性.对管线变形的影响因素进行了参数分析,结果表明,对于接头变形,隧道中线与接头位置重合为最不利工况.在土质地层中,自由铰相对转角基本不受地基系数影响,因而自由铰管线易产生较大的相对转角.管节长度为沉降槽宽度系数的1.6倍时,接头相对转角出现峰值.接头归一化相对转角的极限值为1.1,在缺少设计资料情况下,该值可作为接头归一化相对转角的保守估计值.     

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.     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

现浇管廊接头力学行为数值模拟与分析研究

承插式管廊接头是地下综合管廊接头的常用结构形式,其受力性能及破坏形式对工程设计和施工至关重要.利用非线性有限元软件ABAQUS建立土-地下综合管廊结构数值模型.将管廊划分实体单元,提取接头处结点的变形量及应力值,研究管廊及管廊周围土体的应力分布和变形规律,最后通过计算得出管廊接头处的延性系数及开裂荷载.通过数值模拟和理论计算分析得出管廊接头处存在的安全隐患及其潜在破坏模式,为解决接头处的防水问题和不均匀沉降问题提供理论参考.     

对称荷载作用下弹性地基梁的傅里叶级数解

考虑地层位移荷载及梁与地基可能产生的脱空,针对长度在沉降槽内和长度延伸到沉降槽外的2种梁建立了弹性地基梁对称问题的数学模型.利用阶梯函数及脉冲函数,在所建数学模型基础上推导了求解弹性地基梁挠度的傅里叶级数系数的线性方程组,提出了计算方程组中脱空范围这一多余未知量的迭代步骤,利用有限元数值解对傅里叶级数解进行了验证.结果表明,傅里叶级数解精度高,可以作为带有脱空弹性地基梁问题的解析解,要达到相同的精度,傅里叶级数解的计算量远比有限元解的计算量小.此外,脱空范围的大小,不随级数项数的多寡而改变.傅里叶级数解法不但精度高,而且能够灵活处理不同形式的荷载,是求解复杂荷载条件下弹性地基梁问题的有效解析方法.     

沉管隧道接头三维非线性刚度力学模型

根据沉管隧道接头的构造特征,在接头静力平衡关系的基础上,建立了沉管隧道接头力学模型.该模型可以计算接头的轴向位移、切向位移以及转角,考虑了沉管隧道接头变形协调几何关系、GINA止水带和OMEGA止水带的应力-应变关系,并依据剪力键的相对位移对接头处不同工作模式进行了识别与划分.对不同工作模式下剪力键的受力作用机理进行了分析.利用此计算模型,得到了沉管隧道接头的位移和力的关系曲线,并对沉管隧道接头处不同构件的材料选取给出了建议.     

盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析

利用FLAC3D模拟了盾构隧道开挖对管线的影响.模拟过程中考虑了隧道应力逐步释放,然后逐步施作衬砌,并考虑盾构机的推进力.充分考虑了盾构开挖对不同管径,不同埋深的地F管线位移的影响.模拟了双圆隧道施工对地下管线的影响,对比了单孔盾构开挖于双圆盾构开挖对管线作用的机理的不同.分析了两种双隧道开挖对地下管线的影响.结果表明,管线与隧道相对位置以及管线自身的刚度、管径等不同,将对其变形产生较明显的影响,得出的规律为今后类似工程施工提供依据.     

黄土地区地铁隧道地层变形规律

地铁隧道的施工必然会对周围的岩土体产生扰动,岩土体的固结和次固结将使地层产生沉降变形,而地层中存在各式各样的地下管线,如果地层变形过大,将会危及这些管线的安全,如何确保地铁施工地下管线的安全是地铁施工的关键技术。研究黄土地区地铁隧道施工对周围邻近管线所处地层的变形影响规律的目的是在保证地铁隧道施工的同时,确保管线的变形满足管线的正常使用,为地铁隧道的安全高效施工提供技术支撑。以西安地铁一号线地铁施工工程为研究背景,在分析Peck经验公式的基础上给出修正后的预测地层变形公式,在此基础上,研究距隧道轴线不同距离处的地层变形规律,以及不同地层损失率对地层变形的影响规律。采用预测公式对西安地铁一号线某区间段地下管线所处地层的变形进行预测,同时进行现场监测,通过预测与实测结果的对比验证该预测方法确实可行。在盾构施工前可对构筑物所处地层的变形进行预测,并可采取有效地加固措施以减小地铁施工对其影响。     

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.     

紧邻运营地铁进行基坑施工的影响因素研究

基于上海地区某深基坑工程施工方案,建立了紧邻运营地铁隧道的基坑开挖变形影响的有限元数值模型,重点分析了基坑围护支撑的数量和位置、基坑土体加固、地铁隧道位置、隧道下卧层土体和地下连续墙刚度对基坑周边地层以及隧道变形的影响.结果表明:基坑围护支撑数目及位置的选择对周边地层和隧道变形产生影响较大;隧道的存在对土体沉降具有"遮拦效应",在一定程度上能够减少坑外土体沉降;增加下卧层土体模量和地下连续墙的刚度可减少坑外地表沉降,有效控制地铁隧道的变形.