大断面箱涵顶进过程对既有公路沉降的影响

论文摘要

管棚—箱涵顶进工法，以其安全、快捷、扰动小等特点，在下穿工程中得到广泛的运用。如何有效控制路面沉降来确保繁忙线路的运行安全，是规划、设计与施工中考虑的核心问题。为此，本论文依托郑州至开封城市通道（现名郑开大道）下穿京港澳高速公路工程，以大断面箱涵顶进过程对既有公路沉降的影响为主要研究对象，围绕以下几个方面展开研究：1.箱涵顶进过程中，钢管棚力学作用机理分析研究。以弹性地基梁理论为基础，建立了上排钢管棚在超挖和欠挖两种工况下的力学计算模型，推导出钢管棚的挠度曲线及相应的控制方程。2.运用ABAQUS三维数值模拟方法对箱涵顶进过程进行研究。阐述了有限元基本原理和ABAQUS在下穿典型工程中应用的理论和方法；利用ABAQUS有限元软件建立三维模型，模拟箱涵顶进全过程，分析施工过程中路面沉降的变化情况。3.通过现场实测数据，分析箱涵顶进过程中的路面沉降规律，并与数值模拟结果进行对比分析。通过以上几点分析，得出以下主要结论：1.通过在超挖和欠挖两种工况下计算箱涵顶进过程过程中管棚的卸载值和超载值，依据所设定的地面沉降量和隆起量限制值，得到管棚的卸载及超载量。2.箱涵顶进过程中引起路面沉降的范围较广，其区域主要在距离箱涵中轴线两侧100m内，特别是在距离箱涵轴线两侧25m内；路面出现最大沉降的区域在箱涵轴线偏移值约25m，该值大小刚好是箱涵跨度的一半；在同一工况下，管棚测点的水平位移最大，其次是路面测点，基底测点的水平移最小。3.路面测点与箱涵顶进距离的关系，大致可以分为微小上升、微小沉降、沉降急剧增大和沉降缓四个阶段。路面最大沉降出现在与轴线距离约为箱涵跨度一半的位置。4.对路面沉降进行了数值分析，并且与实测结果进行比较，发现两者规律相近，路面出现最大沉降的区域在箱涵轴线偏移值约25m，大小基本一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 依托工程所用工法综述
• 1.1.1 管棚一箱涵法
• 1.2 管棚-箱涵顶进工法发展历史及国内外研究现状
• 1.2.1 国内外管棚工法发展历史及研究现状
• 1.2.2 国内外箱涵顶进技术发展历史及研究现状
• 1.2.3 国内外管棚-箱涵工法发展历史及研究现状
• 1.3 课题研究的背景、目的和意义
• 1.4 本文研究的主要内容及技术路线
• 第二章 依托的工程概况及下穿路基土的室内试验研究
• 2.1. 依托的工程概况
• 2.1.1 项目概况
• 2.1.2 工程地质概况
• 2.1.3 工程施工概况
• 2.2 室内土工试验
• 2.2.1 含水率试验和密度试验
• 2.2.2 比重试验和颗粒分析试验
• 2.2.3 界限含水率试验
• 2.2.4 渗透试验
• 2.2.5 击实试验
• 2.2.6 直接剪切试验
• 2.2.7 三轴压缩试验
• 2.2.8 无侧限抗压强度试验
• 2.3 本章小结
• 第三章 箱涵顶进过程中土体沉降机理研究
• 3.1 控制地层损失的基本理论
• 3.1.1 地层损失的原因
• 3.1.2 地表损失理论计算
• 3.2 管棚力学作用机理分析
• 3.2.1 弹性地基梁理论
• 3.2.2 管棚的卸载作用
• 3.2.3 管棚的超载作用
• 3.3 注浆的作用机理探讨
• 3.3.1 注浆材料及性能
• 3.3.2 注浆的作用机理
• 3.3.3 注浆对土层移动的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 箱涵顶进过程有限元分析
• 4.1 有限元基本原理
• 4.1.1 有限元法的基本思想与原理
• 4.1.2 有限元的计算过程
• 4.1.3 有限元基本方程
• 4.2 有法限元在下穿越典型工程中的应用
• 4.2.1 ABAQUS 用于岩土工程问题的特殊单元
• 4.2.2 ABAQUS 对于非线性问题的处理
• 4.2.3 修正的剑桥模型
• 4.3 ABAQUS 数值模拟分析
• 4.3.1 箱涵顶进施工的 ABAQUS 数值模拟
• 4.3.2 路面竖向位移分布
• 4.3.3 路面水平位移分布
• 4.3.4 竖直位移结果分析
• 4.3.5 水平位移结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 箱涵顶进过程的现场检测与分析
• 5.1 现场监测目的和内容
• 5.1.1 信息化施工技术的基本概念
• 5.1.2 现场监测目的
• 5.1.3 现场监测内容
• 5.1.4 测试方法和原理
• 5.2 现场监测数据采集与测试结果分析
• 5.2.1 现场监测点的布置
• 5.2.2 路面的位移
• 5.3 监测结果与数值模拟结果的对比分析
• 5.3.1 箱涵顶进前期路面沉降的对比分析
• 5.3.2 箱涵顶进后期路面沉降的对比分析
• 5.4 减小地层位移的控制措施
• 5.4.1 控制开挖面的稳定
• 5.4.2 控制注浆
• 5.4.3 控制顶进时的方向及纠偏
• 5.4.4 施工监测和应急措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果