桥梁桩基础施工对地铁盾构管片安全性影响研究.ppt

指导老师 答辩人 桥梁桩基础施工对地铁盾构管片安全性影响研究 学院 交通工程学院 学科领域 交通运输工程 丁永泉 杨彦海教授 答辩提纲 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第一章绪论第二章工程概况及衬砌结构内力分析研究第三章骑跨式桥梁施工影响分析及安全性要求第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析第五章可靠度理论分析研究第六章结论与展望 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第一章绪论 第一章绪论 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 研究的背景和意义 第一章绪论 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 研究的背景和意义 因此 需要将地铁结构周围桥梁施工过程作为风险源 精确评价桥梁施工过程可能对地铁衬砌结构变形 变位 内力等带来的不利影响 第一章绪论 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 国内外研究现状 国外 Higginsetal 在1999年对早期的桩基础进行了分析研究 得出在桩基础施工时排水及长期不排水状态对隧道的影响 Chapmanetal 在2001年研究了桩基础施工对既有隧道的影响 得出施工质量是决定隧道衬砌结构变形的主要因素的结论 F C Schroeder在2004年分析研究了桩与隧道的影响关系 利用有限元软件分析当桩基础施工时 隧道产生的内力变形及拱顶沉降情况 第一章绪论 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 国内外研究现状 国内 闫静雅等人对高层建筑的桩基础施工对既有隧道的影响进行了分析 利用有限元的方法分析了桩列荷载对既有隧道的影响 吕志涛研究了隧道穿越既有建筑时 对周围的围岩应力及蠕变的黏弹塑性进行了模拟分析研究 张子韵分析研究了新建隧道对既有桥梁基础的影响 同时提出了 桥梁基础与隧道的 相对尺度概念 第一章绪论 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 主要研究内容 采用ABAQUS的地层 结构模型的数值模拟方法 分析研究桩基钻孔施工以及建成运营过程中 地基土层在复杂应力路径下导致的衬砌结构的内力变化和变形 基于ABAQUS桥梁桩基施工对地铁衬砌影响分析技术路线 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 新建桥梁及与地铁相对关系分析 新建桥梁位于既有大桥两侧 分为左右两幅 桥梁每幅桥宽为14 5m 原桥桥型布置图 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 桥位与地铁线路关系图 新建桥梁左幅的8个墩台中 70号台至72号墩距地铁管片水平距离稍远 能够满足正常桩基施工距离要求 73号墩至77号台距地铁管片水平距离较近 采用骑跨式桩基承台结构 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 72号桥墩纵 横向示意图 72号桥墩承台平面尺寸为9 0m 9 4m 每个承台下设置四根直径2 0m的钻孔灌注桩 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 72号桥墩侧临地铁关系图 72号墩桩基础距离地铁管片水平投影距离为6 6m 承台下平面距离地铁管片上沿垂直投影距离为12m 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 74号骑跨式桥墩示意图 74号桥墩基础横跨地铁隧道 承台采用骑跨式 内侧采用直径2 8m的钻孔灌注桩两根 外侧设置直径2 5m钻孔灌注桩一根 两侧桩顶承台间通过6 0m 4 0m空心普通钢筋混凝土梁相连 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 74号桥墩骑跨地铁关系图 74号桥墩桩基础距离地铁管片水平投影距离为3m 承台下平面距离地铁管片上沿垂直投影距离为14 7m 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 浅埋盾构管片内力分析 该桥周边的区间大多处在砂 卵石地层的河道内 水位高出地面3m 隧道为标准单洞单线圆形断面 盾构法施工 线间距12 17m 覆土厚度16 25m 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 浅埋盾构管片内力分析 拱顶在垂直方向上受到的围岩压力集度为 水平方向上的围岩压力集度为 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 浅埋盾构管片内力分析 由于对称关系 计算左边墙拱顶内力 将左半拱分为6等段 计算0 6各截面的弯矩M 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 浅埋盾构管片内力分析 拱的弯矩 第二章工程概况及盾构管片衬砌内力分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 浅埋盾构管片内力分析 通过对衬砌结构由于弹性抗力引起的结构内力大小和位移值的计算分析 得出顶拱承受最大内力时对应的拱间角度数为66 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第三章评估方法与依据 第三章评估方法与依据 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 评估内容 第三章评估方法与依据 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 评估内容 1 建立有限元计算模型 模拟既有地铁10号线上方及外侧长青桥桩基础的施工过程 提供既有地铁10号线的结构变形 应力及内力的相关分析结果 2 根据计算结果 分析长青桥桩基础的施工对既有地铁区间结构安全影响 3 对既有地铁10号线区间保护方案和新建工程施工工艺等提出建议 给出施工阶段既有地铁区间结构变形指标 第三章评估方法与依据 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 安全控制标准 轨道静态形位安全控制指标值 第三章评估方法与依据 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 施工控制管理 通过现有地铁内力变形控制标准的分析 确定了项目的控制指标 施工过程中警戒值的确定 F 实测值 容许值当F 7时 安全 当7 F 8时 黄色预警 当8 F 10时 橙色预警 当F 10时 红色预警 应立即停止施工 启动应急预案 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 材料参数 主要材料力学参数 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 二 基本假定 1 假定岩土体是均质连续体 且各向同性 不考虑岩土体节理裂隙的方向和发育对应力场的影响 2 不考虑岩体的地质构造应力 岩体的初始地应力场就是岩体自重应力场 3 假定地层所用的材料均符合摩尔 库伦准则 计算当中通过实体单元来模拟桩基承台结构及区间结构 4 通过模型来模拟长青桥桩基承台施工时 考虑时空效应 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 1 72号墩 隧道水平变形云图 根据圣维南基本原理 地铁管片施工完毕之后 管片的混凝土强度高于周围土体的强度 地基土体内应力向盾构管片集中 水平方向上引起的最大位移为2 2mm 在此应力水平下盾构管片是安全的 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 隧道管片径向应力最大值为1 678MPa的压应力 发生在0 180 位置上 1 72号墩 隧道管片径向应力云图 隧道管片径向应力矢量图 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 当72号桥梁桩基础施工时 隧道管片的径向应力最大值为1 693MPa的压应力 相比桩基础施工之前增加了0 015MPa 1 72号墩 桩基施工引起隧道管片径向应力云图 桩基施工引起隧道管片径向应力矢量图 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 1 72号墩 桩基施工引起隧道管片水平变形云图 桩基钻孔施工时 地铁管片向钻孔方向伸长了0 723mm 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 隧道在桩基钻孔开挖之后 移量从钻孔未开挖前的9 515mm上升到14 85mm 隧道径向朝着钻孔开挖方向伸长了5 335mm 2 74号墩 隧道管片水平向变形云图 桩基施工引起隧道管片水平变形云图 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 筑岛导致地铁隧道径向内力增量19kPa 环向内力增量为18kPa 地铁隧道发生3mm下沉 2 74号墩 筑岛施工加载引起地基变形云图 筑岛引起隧道变形云图 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 基坑开挖导致地铁隧道径向内力减量17kPa 环向内力减量15kPa 铁隧道发生2mm上抬 2 74号墩 承台基坑开挖引起地基变形云图 承台基坑开挖引起隧道变形云图 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 隧道内力变形汇总表 注 ABAQUS中应力以拉为正 位移以上抬为正 第四章桩基础施工对临近地铁隧道的有限元分析 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 三 数值模拟结果及分析 72号墩桩基础施工导致隧道拱间角90 处发生0 8mm的侧移 对隧道影响满足规范要求 3 结果分析及工程建议 74号墩桩基础施工过程中导致隧道拱间角90 处发生2mm的侧移 筑岛导致隧道发生最大3mm的下沉 基坑开挖导致隧道发生最大2mm的上浮 最终导致地铁隧道发生1mm的永久下沉变形 均满足规范要求 建议将桩基钻孔施工的长护筒延长至泥砾以下2m 防止隧道底板以下一定范围内桥桩塌孔造成隧道变形 同时考虑 时空效应 原理进行桩基跳桩施工 快速浇筑承台基础 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第五章可靠度理论分析研究 第五章可靠度理论分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 结构可靠度计算方法 1 一次二阶矩法将结构功能函数在某点按泰勒级数展开 并只取一次项 利用随机变量的均值和方差来计算结构的可靠度指标 分为中心点法和验算点法 2 蒙特卡罗法计算结构可靠性时 在大量随机抽样中选择一系列的抽样数组 然后把所选择的抽样数组带入功能函数中一一计算 计算结构是否失效 进而求得结构的失效概率和可靠指标 第五章可靠度理论分析研究 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 结构可靠度计算方法 3 响应面法选取合适的功能函数 通过试验设计的方法获得适量的样本点并利用有限元方法计算所得到样本点的功能函数值 然后计算函数模型的未知量 拟合得到结构功能函数和随机变量的显式表达式 最后运用常用的结构可靠指标计算方法计算可靠度 4 随机有限元法通过有限元建立起结构模型 进行确定性有限元计算 然后基于此模型对确定性有限元模型进行随机离散化处理 最后计算结构可靠度 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 第六章结论与展望 第六章结论与展望 沈阳建筑大学SHENYANGJIANZHUUNIVERSITY 博学善建 厚德大成 一 主要结论 1 在桥梁桩基承台施工工况下 既有地铁区间结构承载力 稳定性等满足原有设计要求 2 根据以往类似工程经验 采用一定的施工措施如跳桩施工 注浆加固 旋喷 长护筒等 可以减小桩基承台施工影响范围内隧道围岩变形保证工程安全 3 计算管片衬砌结构结构内力大小和位移值 得出顶拱承受最大内力时对应的拱间角度数为66 为实际工程和数值模拟仿真分析提拱参考 第六章结论与展望 沈阳建筑大