軟弱地層中管棚作用機理及管徑因素研究.pdf

1、管棚是在地下工程中獲得廣泛應(yīng)用的一種主要用于防坍、限沉的輔助工法，近年來在我國東部城市軟弱地層中也開始得到應(yīng)用和推廣，本論文主要就軟弱地層中管棚作用機理以及管徑因素對管棚作用的影響情況進行了研究。主要研究內(nèi)容和研究成果如下： 建立了用于管棚作用分析的簡化模型一變基床系數(shù)彈性地基梁模型，推導(dǎo)了該模型的解析解；提出了區(qū)分管棚作用特性的判別式。以CRD工法的不同施工階段作為研究工況，對管棚作用特性進行了分析，分析表明：不同條

2、件下，管棚作用特性不盡相同，管棚作用可分為傳遞荷載或承受荷載；管棚作用特性主要取決于管棚與支護結(jié)構(gòu)的相對剛度比；當管棚起荷載傳遞作用時，管徑變化對支護結(jié)構(gòu)和管棚體系的內(nèi)力分配影響不顯著，而當管棚作為承載構(gòu)件時，則管徑變化影響顯著。利用管棚作用分析簡化模型就管棚對開挖釋放荷載的傳遞、調(diào)節(jié)作用進行了研究，研究表明，軟弱地層中，土體開挖產(chǎn)生的釋放荷載通過管棚作用主要傳遞到支護結(jié)構(gòu)上；支護結(jié)構(gòu)和管棚體系中，管棚的承載能力不是控制性因

3、素；土體開挖釋放荷載的擴散范圍主要取決于體系特征系數(shù)。在以上分析基礎(chǔ)上，將軟土地層中管棚作用機理歸納為：管棚的存在，改變了開挖釋放荷載的作用形式，將開挖面土體的剪切變形轉(zhuǎn)化為未開挖段土體的壓縮變形和支護段支護結(jié)構(gòu)的因橫向荷載導(dǎo)致的變形;管棚將開挖釋放荷載調(diào)節(jié)、定向到剛度較大的支護結(jié)構(gòu)上，開挖釋放荷載主要支護結(jié)構(gòu)承擔；將由未開挖段土體上分擔的開挖釋放荷載調(diào)節(jié)到較大范圍內(nèi)。采用解析法推導(dǎo)了開挖釋放荷載導(dǎo)致的管棚位移對管徑因素

4、的敏感度分析方程以及管棚內(nèi)力對管徑因素的敏感度分析方程，并針對目前我國常用的管徑，就施工開挖釋放荷載產(chǎn)生管棚位移以及內(nèi)力的敏感度進行了分析，分析表明：在常規(guī)跨度條件下，管徑φ79mm～φ108mm，為位移和內(nèi)力敏感度急劇變化范圍，管徑大于φ108mm以后，管徑增大對管棚位移和內(nèi)力影響相對較小，管徑增至φ159mm后，可認為，管徑的提高對于管棚位移及內(nèi)力幾乎沒有影響；棚架體系中，地層條件的改變對位移敏感度的影響相對較大，而支護

5、結(jié)構(gòu)剛度變化對管棚內(nèi)力敏感度的影響較大。對噴射混凝土的早期變形特性進行了研究，提出了在地下工程有限元分析中對噴射混凝土隨時間硬化特性進行模擬的方法，并編制了程序，以噴射混凝土構(gòu)成的簡支梁作為算例進行了驗算，計算結(jié)果表明，是否早期噴射混凝土隨時間硬化特性對于噴射混凝土的變形影響較為顯著，若需要較為精確計算噴射混凝土的變形，考慮該因素是非常必要的。建立了管棚作用分析的空間模型，對管棚作用機理作了進一步的研究。研究表明，棚架為

6、空間體系，開挖釋放荷載的調(diào)節(jié)、重分布為一空間行為，既有縱向(支護結(jié)構(gòu)與土體之間)，也有橫向(支護結(jié)構(gòu)與支護結(jié)構(gòu)、土體與土體之間)的擴散或重分布。概括就是，開挖釋放荷載從縱向講，主要由支護區(qū)域承擔，從橫向講，在土體中間部位，開挖釋放荷載最大，而在支護區(qū)域的中間部位，開挖釋放荷載最小。在軟土地層中，對于開挖釋放荷載，管棚主要起到杠桿調(diào)節(jié)作用。在縱向和橫向?qū)﹂_挖釋放荷載調(diào)節(jié)和重新分布，是管棚功能發(fā)揮的主要原因關(guān)鍵詞：地下工程；管棚