亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        水下盾構(gòu)隧道縱向上浮理論解及工程應(yīng)用

        2014-01-20 14:20:48王道遠(yuǎn)袁金秀朱正國朱永全
        巖土力學(xué) 2014年11期
        關(guān)鍵詞:梁段浮力管片

        王道遠(yuǎn) ,袁金秀,朱正國,朱永全

        (1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院,成都 610031;2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程系,石家莊 050091;3.石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院,石家莊 050043)

        1 引 言

        盾構(gòu)法具有安全、可靠、快速、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而在水下隧道修筑中得到廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)隧道施工過程中,剛脫離盾尾的管片經(jīng)常會出現(xiàn)局部或整體上浮,表現(xiàn)為管片錯臺、裂縫、破損乃至軸線偏位等?,F(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]未對隧道抗浮設(shè)計(jì)和施工措施給出明確的規(guī)定。

        已有研究表明,盾構(gòu)管片上浮的因素主要有六方面[2]:(1)由于地下水、盾尾注漿漿液等流體包裹而產(chǎn)生的靜態(tài)上浮力;(2)與盾尾壁后注漿施工過程密切關(guān)聯(lián)的動態(tài)上浮力;(3)盾構(gòu)上覆土體的反向壓縮;(4)盾構(gòu)上部既有隧道或基坑開挖卸荷引起的局部或整體上??;(5)千斤頂偏心頂力造成的管片縱向向上的彎曲變形;(6)泥水盾構(gòu)掘進(jìn)中,當(dāng)使用較大的切口水壓時(shí)也可造成盾尾上抬,進(jìn)而帶動附近管片上浮。上述因素中前3個(gè)是主要原因[3-4],因此,本文建立盾構(gòu)隧道縱向上模型時(shí)僅考慮前3個(gè)因素。

        盾構(gòu)上浮屬于縱向問題,是一個(gè)復(fù)雜的三維問題[5-6]。探求水下盾構(gòu)上浮理論解需要弄清楚以下三方面:(1)縱橫向等效抗彎剛度;(2)漿液上浮力大小和分布;(3)計(jì)算模型建立和求解方法。目前縱向分析都忽略橫向變形影響,據(jù)日本學(xué)者志波由紀(jì)夫等[7]提出的縱向等效連續(xù)化模型將隧道縱向分析簡化為一維問題進(jìn)行求解。廖少明[8]、徐凌[9]和田敬學(xué)等[10]在志波由紀(jì)夫基礎(chǔ)上又提出了一些縱向等效連續(xù)化模型。葉飛等[2,5]利用彈簧模擬上覆土對結(jié)構(gòu)變形的影響,通過有限元軟件計(jì)算,分析了壁后注漿產(chǎn)生的不同上浮力作用下結(jié)構(gòu)的變形特性,但該模型沒有考慮漿液硬化的時(shí)變性,并且認(rèn)為上覆土體基床系數(shù)相等。朱令等[6]考慮了注漿漿液時(shí)變性以及上覆土體基床系數(shù)的不同取值對管片上浮的影響,但仍建立在有限元數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)之上,不易被設(shè)計(jì)、施工人員接受和應(yīng)用。

        本文在前人研究的基礎(chǔ)上,考慮靜動態(tài)上浮力、漿液時(shí)變性以及上覆土體基床系數(shù)各異性,基于彈性地基梁的彎曲微分方程、有限元理論和變形、轉(zhuǎn)角、剪力以及彎矩協(xié)調(diào)方程和邊界條件獲得盾構(gòu)管片上浮的理論解,并應(yīng)用于“河北第一盾”曹妃甸工業(yè)區(qū)綜合管廊工程,輔以數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場監(jiān)測驗(yàn)證其合理性,為類似計(jì)算設(shè)計(jì)提供一定參考。

        2 縱向上浮模型建立與求解

        2.1 模型的建立

        采用彈性地基梁分析盾構(gòu)縱向上浮時(shí)能考慮管片本身的彈性變形,不能反映地基變形的連續(xù)性,但對于抗剪強(qiáng)度較低的半液態(tài)土(淤泥、軟黏土等)地基或塑性區(qū)相對較大軟土層上的基礎(chǔ),采用該方法比較合適[11-17]。

        基于彈性地基梁理論建立縱向分析模型如圖1所示。根據(jù)盾構(gòu)壁后注漿后受力特點(diǎn),通過節(jié)點(diǎn)0~3 四點(diǎn)將盾構(gòu)管片縱向分為3 段(梁段①~③),各段梁的剛度分別為 EiIi(i=1,2,3),對應(yīng)的基床系數(shù)為ki(i=1,2,3)。梁段①(0~x1)是考慮管片脫離盾尾后盾尾對盾尾內(nèi)管片約束作用而增加的一段(通常在盾殼內(nèi)有2~4 環(huán)管片已拼裝完成),可在0 處設(shè)置一鏈桿約束,同時(shí)此梁段位于盾尾內(nèi),可不考慮地基對管片變形的影響。為了公式推導(dǎo)的統(tǒng)一,梁段①的基床系數(shù)取一小值k1;梁段②(x1~2x)為注漿漿液影響段,考慮漿液時(shí)變性,將上浮力假定為三角形分布的荷載[5-6]作用于梁段②上,而實(shí)際基床系數(shù)應(yīng)隨漿液硬化而增大,近似為線性關(guān)系,如圖1 虛線所示,本文推導(dǎo)時(shí),取梁段②范圍內(nèi)的基床系數(shù)平均值 k2;梁段③(x2~x3)為遠(yuǎn)離盾尾段,漿液已凝結(jié)硬化,受到盾尾約束作用小,可視為自由端。梁段①~③的長度選取可根據(jù)漿液性質(zhì)和盾構(gòu)管片所在地層特性選取。本模型還假定:(1)隧道襯砌的橫向變形較小,可忽略不計(jì);(2)結(jié)構(gòu)的變形符合平截面假定。

        圖1 縱向上浮計(jì)算模型Fig.1 Calculation model of longitudinal upward movement

        2.2 計(jì)算參數(shù)確定

        (1)等效抗彎剛度

        等效剛度法認(rèn)為隧道橫向?yàn)橐粍蛸|(zhì)圓環(huán),在縱向上以剛度等效的方法把由接頭和管片組成的盾構(gòu)隧道等效為具有相同剛度和結(jié)構(gòu)特性的均勻連續(xù)梁,其等效剛度大小[8-10]為

        式中:φi為中心軸的位置;Kbi為接頭螺栓的線剛度,為螺栓橫截面面積,lbi為螺栓長度;ni為縱向螺栓個(gè)數(shù);Ici為隧道縱向慣性矩;Eci為隧道截面彈性模量;Aci為隧道橫截面面積;lci為相鄰兩管片環(huán)中心線間的距離,其數(shù)值等于一環(huán)管片的寬度Bi。

        (2)漿液上浮力大小和分布

        根據(jù)阿基米德原理,靜態(tài)上浮力計(jì)算公式為

        式中:R為管片外徑;γ為水的重度或漿液重度。

        注漿漿液在土體中的滲透和運(yùn)動與眾多因素有關(guān),有相當(dāng)大的隨機(jī)性,因而動態(tài)上浮對管片和土體產(chǎn)生的荷載分布形式很難精確給出。葉飛等[2,4-5]將動態(tài)注漿壓力歸結(jié)為3 種分布形式,并基于Maag柱面擴(kuò)散理論和球面擴(kuò)散理論對動態(tài)上浮力進(jìn)行了深入分析。本文僅考慮最不利因素,即當(dāng)漿液擴(kuò)散方式為壓密注漿且在管片環(huán)下部集聚時(shí)(見圖2),此時(shí)注漿壓力形成的向上合力作為最不利動態(tài)上浮力,其計(jì)算公式為

        式中:θ為注漿漿液分布區(qū)域邊界與豎向的夾角;α為與x 軸夾角;R為管片半徑;P為注漿壓力。

        圖2 最不利注漿壓力分布[2,4-5]Fig.2 Grouting pressure distribution of the most unfavorable[2,4-5]

        2.3 模型求解

        2.3.1 Winkler 彈性地基梁理論

        根據(jù)Winkler 彈性地基梁可知,無集中力、無集中力偶,僅分布荷載 qi(x)的作用下各段梁和對應(yīng)地基的位移為 yi(x)滿足微分方程:

        式(5)為一四階常系數(shù)線性非齊次微分方程,當(dāng) qi(x)僅為3 次及以下的多項(xiàng)式,即 qi(x)=ai0+ai1x+ai2x2+ai3x3(aij為任意常數(shù),j=1,2,3,4),非齊次方程式(5)的通解為

        2.3.2 縱向上浮模型求解

        縱向上浮模型圖1 中,梁段②上作用有三角荷載Ff(x)=a0+a1x,代入式(6)可得式(7),按式(7)求解。

        各段彈性地基梁之間應(yīng)滿足變形、轉(zhuǎn)角、剪力以及彎矩的協(xié)調(diào)方程為

        式中:yij為第i 段梁、j 節(jié)點(diǎn)處的變形(i為梁單元號,j為梁節(jié)點(diǎn)號,i=j=1,2);EiIi為各段管片的等效剛度。

        節(jié)點(diǎn)0 和節(jié)點(diǎn)3 應(yīng)滿足邊界條件:

        對式(7)分別求1~3 階導(dǎo)數(shù),可得

        將式(7)、(10)用式(11)~(14)表示,代入邊界條件式(9)可得

        將式(15)~(18)聯(lián)立得到一個(gè)12×12 的方程組:

        式中:

        對式(19)求解可得待定常數(shù) ci1、ci2、ci3、ci4(i=1,2,3)。將所求待定常數(shù)代回式(7),即為各梁段的上浮量理論解。

        3 工程算例

        3.1 理論解求解

        曹妃甸工業(yè)區(qū)綜合管廊工程采用盾構(gòu)法施工,由2 條平行的DN5500 的單圓隧道構(gòu)成。隧道平面為直線,V 形縱坡,最大坡度為4.5%,單線長為1 046.422 m。管環(huán)外徑為6.2 m,內(nèi)徑為5.5 m,管片厚0.35 m,環(huán)寬1.2 m,管片采用C55 鋼筋混凝土。每環(huán)由1 塊封頂塊、2 塊鄰接塊、2 塊標(biāo)準(zhǔn)塊、1 塊拱底塊,共6 塊管片組成。管片采用通縫拼裝方式,襯砌縱縫為平縫,環(huán)縫為凹凸隼接。環(huán)向管片間采用12個(gè)直徑為30 mm、長0.2 m 的彎曲螺栓連接,縱向管片間采用17個(gè)直徑為30 mm,長0.17 m 的直螺栓連接。梁段①:L1=5 m,地層反力系數(shù)取10 kN/m3;上浮力作用范圍梁段②:L2=15 m,地層反力系數(shù)取2 500 kN/m3;漿液凝結(jié)硬化梁段③:L3=80 m,地層反力系數(shù)取5 000 kN/m3,依據(jù)《綜合管廊詳細(xì)巖土工程勘察報(bào)告》和文獻(xiàn)[5-6]取值。將管片結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)代入式(1)、(2),取 Eb為200 GPa,Ec為34.5 GPa,可得該隧道的縱向等效抗彎剛度EI=7.571×107kN·m2。

        漿液重度γf取15 kN·m-3,單位長度管片受到的靜態(tài)上浮力為453 kN,單位長度管片的重力為158 kN,故單位長度管片受到的向上的作用力大小為295 kN。動態(tài)上浮力作用按圖2 最不利情況考慮,假定θ為 π/4,按給定注漿壓力0.35 MPa 的50%施加[4],積分得到單位長度動態(tài)上浮力為1 533 kN,減去管片自重,得到此時(shí)管片受到的向上作用力為1 375 kN。因此,取最大上浮力的計(jì)算范圍為300~1 700 kN。將已知條件代入式(19),解出待定常數(shù) ci1、ci2、ci3、ci4(i=1,2,3)并代回式(7),即得各梁段的上浮量,如圖3 所示。

        (1)當(dāng)最大上浮力為300 kN時(shí),

        梁段①:

        梁段②:

        梁段③:

        (2)當(dāng)最大上浮力為1 700 kN時(shí),

        梁段①:

        梁段②:

        梁段③:

        圖3 縱向上浮理論解Fig.3 Theoretical solution of longitudinal upward movement

        3.2 理論解合理性驗(yàn)證

        當(dāng)引入地基系數(shù)后,Ansys 中的Beam 54 梁單元可用于考慮中心軸位于非對稱中心情況下的彈性地基梁求解。Beam 54 梁單元在模擬彈性地基梁時(shí)需要定義的實(shí)常數(shù)主要有:AREA1(梁的橫截面積)、IZ1(繞中性軸的慣性矩)、HYT1(中性軸距梁上表面的距離)、HYB1(中性軸距下表面的距離)、EFS(單元的地基剛度)。需要指出的是,EFS 指的是使梁每單長度下降一個(gè)長度單位所需要的力(單位為N/m2),因此,EFS 相當(dāng)于式(5)中的 kibi。采用有限元計(jì)算時(shí),模型及參數(shù)均與理論解求解過程一致。有限元計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。

        圖4 縱向上浮數(shù)值解(單位:m)Fig.4 Numerical solution of longitudinal upward movement(unit:m)

        為便于比較分析,將理論解和數(shù)值解繪制于圖5 中。從圖中可以看出,理論解和有限元數(shù)值解所繪制的曲線幾乎重合,其最大上浮量誤差最大為2.11%。計(jì)算結(jié)果還表明,所得最大上浮量均出現(xiàn)在距盾尾12.5 m 附近(約10 環(huán)管片處),與文獻(xiàn)[6]所得結(jié)論一致。

        圖5 縱向上浮數(shù)值解與理論解比較Fig.5 Comparison between numerical solution and theoretical solution of longitudinal upward movement

        圖6為實(shí)際施工過程中東、西線縱向管片上浮曲線。除進(jìn)出口附近管片環(huán)外,中間環(huán)管片實(shí)測數(shù)值都較好地落在了理論解所得最大上浮量7~45 mm 之間,吻合度較高。而進(jìn)出口段實(shí)測上浮量部分超出解析解最大上浮量范圍,究其原因:(1)進(jìn)出口附近縱向管片環(huán)間的約束弱于中間管片環(huán)且千斤頂頂力不均引起;(2)理論解推導(dǎo)過程是基于一端鏈桿約束、一端自由條件下得出的,不完全適用進(jìn)出口管片環(huán)段。因此,在正常掘進(jìn)段(即中間管片環(huán)段),現(xiàn)場管片上浮監(jiān)測結(jié)果也驗(yàn)證的理論解的合理性。

        圖6 縱向上浮實(shí)測值與理論值比較Fig.6 Comparison between monitoring result and theoretical result of longitudinal upward movement

        綜上,數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測結(jié)果均表明本文推導(dǎo)的盾構(gòu)管片上浮理論解具有較高精度,可用于指導(dǎo)水下軟土盾構(gòu)隧道縱向上浮計(jì)算和設(shè)計(jì)。

        4 結(jié) 語

        綜合考慮靜動態(tài)上浮力、漿液的時(shí)變性以及上覆土體基床系數(shù)各異性,基于彈性地基梁的彎曲微分方程、有限元理論和變形、轉(zhuǎn)角、剪力以及彎矩協(xié)調(diào)條件和邊界條件獲得盾構(gòu)管片上浮的理論解,理論解與數(shù)值解最大誤差在2.5%以內(nèi),與正常掘進(jìn)段監(jiān)測值吻合度較高,可用于水下盾構(gòu)隧道縱向上浮量預(yù)測。

        本文的盾構(gòu)隧道縱向上浮模型是基于彈性地基梁理論建立的,只考慮了影響管片上浮的3個(gè)主要因素,建議通過模型試驗(yàn)確定盾構(gòu)隧道硬化管片段荷載分布,考慮土體的黏彈性以及更多影響管片上浮的因素,建立更為真實(shí)的計(jì)算模型以得到更為精確的結(jié)果。

        [1]劉千偉.上海長江隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)綜述[C]//地下工程建設(shè)與環(huán)境和諧發(fā)展—第四屆中國國際隧道工程研討會文集.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2009:54-65.

        [2]葉飛.軟土盾構(gòu)隧道施工期上浮機(jī)制分析及控制研究[博士學(xué)位論文D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007.

        [3]唐孟雄,陳如桂,陳偉.廣州地鐵盾構(gòu)隧道施工中管片受力監(jiān)測與分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2009,42(3):118-124.TANG Meng-xiong,CHEN Ru-gui,CHEN Wei.Stress monitoring and internal force analysis of Guangzhou metro shield tunnel segment during construction[J].China Civil Engineering Journal,2009,42(3):118-124.

        [4]葉飛,朱合華,何川.盾構(gòu)隧道壁后注漿擴(kuò)散模式及對管片的壓力分析[J].巖土力學(xué),2009,30(5):1307-1312.YE Fei,ZHU He-hua,HE Chuan.Back-filled grouts diffusion model and its pressure to segments of shield tunnel[J].Rock and Soil Mechanics,2009,30(5):1307-1312.

        [5]葉飛,朱合華,丁文其.基于彈性地基梁的盾構(gòu)隧道縱向上浮分析[J].中國鐵道科學(xué),2008,29(4):65-69.YE Fei,ZHU He-hua,DING Wen-qi.Longitudinal upward movement analysis of shield tunnel based on elastic foundation beam[J].China Railway Science,2008,29(4):65-69.

        [6]朱令,丁文其,楊波.壁后注漿引起盾構(gòu)隧道上浮對結(jié)構(gòu)的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2012,31(增刊2):3378-3382.ZHU Ling,DING Wen-qi,YANG Bo.Effect of shield tunnel uplift caused by back-filled grouting on structure[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(Supp.2):3378-3382.

        [7]志波由紀(jì)夫,川島一彥,大日方尚己,等.答變位法にょるツールドトネルの耐震設(shè)計(jì)法[J].土木技術(shù)資料,1986,28(5):45-52.

        [8]廖少明.圓形隧道縱向剪切傳遞效應(yīng)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2002.

        [9]徐凌.軟土盾構(gòu)隧道縱向沉降研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2005.

        [10]田敬學(xué),張慶賀.盾構(gòu)法隧道的縱向剛度計(jì)算方法[J].中國市政工程,2001(3):35-37.TIAN Jing-xue,ZHANG Qing-he.Calculation of longitudinal rigidity of shield tunnels[J].China Municipal Engineering,2001(3):35-37.

        [11]馮小娟,黃義,吳炳軍,等.基于文克勒模型的飽和土中單樁對瑞利波動力響應(yīng)研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào),2010,27(2):303-309.FENG Xiao-juan,HUANG Yi,WU Bing-jun,et al.The single pile response to Rayleigh wave in saturated solis[J].Chinese Journal of Applied Mechanics,2010,27(2):303-309.

        [12]閻盛海.地下建筑結(jié)構(gòu)中彈性地基直梁的初參數(shù)法[J].大連大學(xué)學(xué)報(bào),2001,22(2):9-18.YAO Sheng-hai.Initial parameter method in beams on elastic foundation of underground structures[J].Journal of Dalian University,2001,22(2):9-18.

        [13]王國體,施晉.拋物線荷載下雙參數(shù)彈性地基梁的計(jì)算[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,29(7):905-907.WANG Guo-ti,SHI Jin.Calculation of the beam on elastic foundation under the parabolic load[J].Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Edition),2006,29(7):905-907.

        [14]BOWLES J E.Foundation analysis and design[M].New York:McGraw-Hill Companies,Inc.,1996.

        [15]王愛勤.彈性半空間地基上梁的靜力彎曲解析解[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,28(5):73-76.WANG Ai-qin.Analytic solution of beams loaded ver-tical forceon elastic half space[J].Journal of Chang′an University(Natural Science Edition),2008,28(5):73-76.

        [16]HETENYI M.Beams on elastic foundation[M].Michigan Ann Arbor:University of Michigan Press,1946.

        [17]李順群,鄭剛.復(fù)雜條件下Winkler 地基梁的解析解[J].巖土工程學(xué)報(bào),2008,30(6):873-879.LI Shun-qun,ZHENG Gang.Analytic solution of beam on Winkler foundation in complex conditions[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2008,30(6):873-879.

        猜你喜歡
        梁段浮力管片
        高速鐵路跨海特大橋預(yù)制梁段施工技術(shù)
        “浮力”知識鞏固
        我們一起來“制服”浮力
        浮力大小由誰定
        偏心支撐耗能梁段內(nèi)力分析及構(gòu)造措施
        高強(qiáng)鋼組合K形偏心支撐框架抗震性能影響參數(shù)分析(Ⅱ)
        管片拼裝技術(shù)研究
        盾構(gòu)管片封頂塊拼裝施工技術(shù)研究
        大跨度組合梁斜拉橋主梁安裝技術(shù)研究
        安徽建筑(2019年5期)2019-06-17 02:13:10
        地鐵盾構(gòu)管片受力分析及管片破損的控制措施研究
        成人免费网站视频www| 国产欧美一区二区精品久久久| 日本午夜理伦三级好看| 亚洲精品国产福利一二区| 亚洲av成人片色在线观看| 日韩av一区二区三区在线观看| 亚洲美腿丝袜综合一区| 男女猛烈xx00免费视频试看| 中文字幕中文字幕777| 最新欧美一级视频| 开心婷婷五月激情综合社区| 日本一道综合久久aⅴ免费| 国产午夜福利在线观看中文字幕| 亚洲VA中文字幕欧美VA丝袜| 欧美aaaaaa级午夜福利视频 | 日本高清h色视频在线观看| 亚洲日本国产精品久久| 丝袜美腿诱惑一二三区| 亚洲欧美在线观看一区二区| 久久精品黄aa片一区二区三区| 一本久道高清视频在线观看 | 国产99精品精品久久免费| 老太脱裤让老头玩ⅹxxxx| 久久久国产乱子伦精品作者| 国内嫩模自拍偷拍视频| 亚洲国产日韩综一区二区在性色 | 亚洲人成网站久久久综合| 亚洲五月天综合| 在线精品无码字幕无码av| 在线观看国产视频你懂得| 免费一区二区三区av| 亚洲视频高清| 日韩精品无码一区二区中文字幕 | 欧美老熟妇乱子| 蜜桃国产精品视频网站| 国内色精品视频在线网址| 日韩欧美国产自由二区| 亚洲综合色丁香婷婷六月图片| 亚洲av无码一区二区三区人| 人人妻人人添人人爽欧美一区 | 国产成人无码18禁午夜福利p|