大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法中管幕力學(xué)作用與開挖面穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著城市交通的快速發(fā)展，大斷面淺埋式下立交通道已日益增多，對(duì)于穿越繁忙的城市道路，避免開挖及地表環(huán)境的影響破壞，采用大斷面管幕一箱涵推進(jìn)工法進(jìn)行有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。與日本等常用的管幕法相比，該工法的特點(diǎn)是不加固管幕內(nèi)軟土，從而能顯著降低工程成本，節(jié)省工期。本文以上海市中環(huán)線北虹路隧道工程為依托，采用理論分析、數(shù)值模擬、結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等手段對(duì)該工法中鋼管幕的力學(xué)作用、箱涵推進(jìn)中的穩(wěn)定性兩大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究。 管幕的

2、力學(xué)作用研究方面：上排管幕的卸載及超載作用、底排管幕的導(dǎo)向作用。 以彈性地基梁理論為基礎(chǔ)，建立了上排鋼管幕在超挖和欠挖兩種工況下的力學(xué)計(jì)算模型，推導(dǎo)出鋼管幕的撓度曲線及相應(yīng)的控制方程。并對(duì)鋼管直徑、土體基床系數(shù)、變形量等對(duì)管幕的卸載比及超載比、變形范圍的影響進(jìn)行分析。當(dāng)鋼管幕產(chǎn)生沉降時(shí)，部分上覆土荷載通過管幕傳遞至主動(dòng)區(qū)兩側(cè)，起到卸載作用，卸載能力隨管幕的沉降量、鋼管直徑、基床系數(shù)的增加而基本成線性增大，而沉降范圍隨沉降量增大而

3、增大，隨鋼管直徑增大而基本成線性增加，隨基床系數(shù)增大而減小。當(dāng)管幕產(chǎn)生隆起時(shí)，部分上覆土荷載通過管幕轉(zhuǎn)移至網(wǎng)格前端的區(qū)域，起到超載作用，鋼管幕超載比及隆起范圍隨管幕的隆起量、鋼管剛度、土體基床系數(shù)增加而增加，其中基床系數(shù)的影響程度很小。 分別采用粘土和砂土進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的可行性，箱涵在粘土中欠挖推進(jìn)時(shí)，切口前端管幕隆起，計(jì)算值與試驗(yàn)值變形規(guī)律一致。對(duì)于砂土中超挖推進(jìn)而言，切口前端一定范圍內(nèi)土體沉降，試驗(yàn)值與計(jì)算值吻

4、合較好。北虹路隧道第四節(jié)箱涵欠挖推進(jìn)以及第五節(jié)箱涵超挖推進(jìn)中的管幕變形實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算較為符合，尤其對(duì)于超挖推進(jìn)而言，準(zhǔn)確性較高。 研究了底排管幕在箱涵推進(jìn)過程中的導(dǎo)向作用。采用彈性地基梁模擬底排管幕，建立了箱涵姿態(tài)分析模型，推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算公式，并解釋了北虹路隧道施工中欠挖推進(jìn)上抬而適當(dāng)挖土即下傾的現(xiàn)象，并能近似計(jì)算出姿態(tài)變化值，以北虹路工程為例進(jìn)行了姿態(tài)計(jì)算并和實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明該分析方法基本上能發(fā)映工程實(shí)際情況。

5、 穩(wěn)定性研究方面：箱涵進(jìn)出洞穩(wěn)定性、網(wǎng)格內(nèi)土壓力及穩(wěn)定長(zhǎng)度計(jì)算、網(wǎng)格前端土拱卸載效應(yīng)。 建立有管幕作用下出洞穩(wěn)定性計(jì)算方法。把洞口段加固體作為研究對(duì)象，考慮管幕的卸載及地下墻拆除后的重力荷載重分配作用，分別計(jì)算加固體所受的土壓力和豎向壓力，然后驗(yàn)算加固體的整體抗滑穩(wěn)定性和強(qiáng)度條件。 建立了進(jìn)洞穩(wěn)定性極限分析方法：采用極限分析理論求解主動(dòng)土壓力的上限解，建立了主動(dòng)土壓力、土體范圍以及破裂角之間的公式。研究結(jié)果表明隨

6、著箱涵日益接近接收井的地下墻，土壓力減小，開挖面的穩(wěn)定性得到提高。 在管幕內(nèi)軟土不加固的前提下，研究了開口網(wǎng)格內(nèi)土壓力分布規(guī)律。根據(jù)平衡條件，推導(dǎo)出網(wǎng)格工具頭內(nèi)土壓力、土一鋼板接觸面正應(yīng)力、剪應(yīng)力隨工具頭長(zhǎng)度的指數(shù)分布規(guī)律。通過室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。根據(jù)網(wǎng)格內(nèi)壁壓力分布規(guī)律可推導(dǎo)出穩(wěn)定性網(wǎng)格長(zhǎng)度的計(jì)算公式，試驗(yàn)得到的穩(wěn)定長(zhǎng)度與理論計(jì)算長(zhǎng)度基本相符。 通過有限元模擬揭示了網(wǎng)格前端土拱卸載效應(yīng)并詳細(xì)分析了土拱卸載比