大断面管幕—箱涵推进工法中管幕力学作用与开挖面稳定性研究

【摘要】：随着城市交通的快速发展，大断面浅埋式下立交通道已日益增多，对于穿越繁忙的城市道路，避免开挖及地表环境的影响破坏，采用大断面管幕一箱涵推进工法进行有着独特的优点。与日本等常用的管幕法相比，该工法的特点是不加固管幕内软土，从而能显著降低工程成本，节省工期。本文以上海市中环线北虹路隧道工程为依托，采用理论分析、数值模拟、结合室内试验及现场实测等手段对该工法中钢管幕的力学作用、箱涵推进中的稳定性两大关键技术进行了较为深入的研究。 管幕的力学作用研究方面：上排管幕的卸载及超载作用、底排管幕的导向作用。 以弹性地基梁理论为基础，建立了上排钢管幕在超挖和欠挖两种工况下的力学计算模型，推导出钢管幕的挠度曲线及相应的控制方程。并对钢管直径、土体基床系数、变形量等对管幕的卸载比及超载比、变形范围的影响进行分析。当钢管幕产生沉降时，部分上覆土荷载通过管幕传递至主动区两侧，起到卸载作用，卸载能力随管幕的沉降量、钢管直径、基床系数的增加而基本成线性增大，而沉降范围随沉降量增大而增大，随钢管直径增大而基本成线性增加，随基床系数增大而减小。当管幕产生隆起时，部分上覆土荷载通过管幕转移至网格前端的区域，起到超载作用，钢管幕超载比及隆起范围随管幕的隆起量、钢管刚度、土体基床系数增加而增加，其中基床系数的影响程度很小。 分别采用粘土和砂土进行室内模型试验验证理论分析的可行性，箱涵在粘土中欠挖推进时，切口前端管幕隆起，计算值与试验值变形规律一致。对于砂土中超挖推进而言，切口前端一定范围内土体沉降，试验值与计算值吻合较好。北虹路隧道第四节箱涵欠挖推进以及第五节箱涵超挖推进中的管幕变形实测结果与理论计算较为符合，尤其对于超挖推进而言，准确性较高。 研究了底排管幕在箱涵推进过程中的导向作用。采用弹性地基梁模拟底排管幕，建立了箱涵姿态分析模型，推导出相应的计算公式，并解释了北虹路隧道施工中欠挖推进上抬而适当挖土即下倾的现象，并能近似计算出姿态变化值，以北虹路工程为例进行了姿态计算并和实测结果进行对比，结果表明该分析方