CN113027464A - 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法 - Google Patents

一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113027464A
CN113027464A CN202110260324.9A CN202110260324A CN113027464A CN 113027464 A CN113027464 A CN 113027464A CN 202110260324 A CN202110260324 A CN 202110260324A CN 113027464 A CN113027464 A CN 113027464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
pile foundation
underpinning
construction
mine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110260324.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王利军
林本海
唐仁
卫晓波
林宗涛
张玮鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Zhenglin Engineering Technology Co ltd
Guangzhou Metro Group Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Zhenglin Engineering Technology Co ltd
Guangzhou Metro Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Zhenglin Engineering Technology Co ltd, Guangzhou Metro Group Co Ltd filed Critical Guangzhou Zhenglin Engineering Technology Co ltd
Priority to CN202110260324.9A priority Critical patent/CN113027464A/zh
Publication of CN113027464A publication Critical patent/CN113027464A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/006—Lining anchored in the rock
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/15—Plate linings; Laggings, i.e. linings designed for holding back formation material or for transmitting the load to main supporting members
    • E21D11/152—Laggings made of grids or nettings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
    • E21D11/20—Special cross- sections, e.g. corrugated
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E21D20/021—Grouting with inorganic components, e.g. cement
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Abstract

本发明提供一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法，基于Midas‑GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构内力变形计算，旨在解决上述力学问题，以指导矿山法隧道洞内桩基被动托换施工。该计算方法主要采用三维有限元软件Midas‑GTS NX进行数值模拟，可模拟复杂工程施工，预测矿山法隧道洞内桩基被动托换过程中桩基础及隧道内力变形情况。该发明适用范围和精度大大提高，可以用于指导实际施工，显著提高矿山法隧道洞内桩基础被动托换工程的可控性、安全性、经济性。

Description

一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，具体地涉及一种基于Midas-GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构内力变形计算方法。
背景技术
Midas-GTS NX是韩国公司开发的一款有限元软件，该软件是针对岩土工程及隧道结构的分析设计而开发出来的岩土工程专用软件；Midas-GTS NX软件中能够提供高自由度的三维动态模拟，其中包括了渗流分析、动力分析等诸多功能，同时提供了摩尔库伦、修正剑桥等十四种土体本构模型，具有高效直观的三维建模、快速准确的网格自动生成功能、多样化的岩土本构模型、多样化的岩土本构模型等特点；最主要的是Midas-GTS NX具有十分便捷的操作界面及操作系统，十分有利于软件的普及及操作。
为了解决城市地面交通压力，我国众多城市均在修建便捷、快速的地下铁道，地铁隧道下穿建筑物且与其桩基相遇的情况日益增多；根据目前国内外城市地下铁道穿越建筑物的桩基处理经验，地铁隧道穿越既有建筑物基桩的托换方式主要有地面桩基托换和洞内桩基托换两种方式；矿山法隧道洞内桩基被动托换法作为洞内托换法中的一种，因施工时无需拆除上部结构、无需考虑地面环境限制施工操作的优点，在城市轨道交通工程中具广泛的应用前景，其受力变形状况的计算方法具有重要的应用价值。
此类工程问题已经得到了国内外的关注，目前主要的研究方法有：荷载传递法、边界元法、剪切变形传递法、弹性理论法、规范法、经验方法；以上研究方法多为二维理论推导，边界条件理想，难以应用在指导边界条件复杂的实际工程中，因此需要一种适用于复杂工程情况的计算方法，指导此类工程现场施工。
发明内容
本发明提供了一种内力变形计算确定矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构的方法，本发明采用如下技术方案实现：
一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法，步骤为：
1）、通过基于Midas-GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构进行内力变形计算；
2）、确定桩基础托换节点和隧道支护结构形式；
3）、隧道开挖；
4）、托换桩基和隧道结构施工；
步骤1）中内力变形计算包括以下步骤：
A1.确定隧道洞内用于数值模拟计算分析的土体本构模型；
A2.根据勘察资料、施工蓝图，采用Midas-GTS NX 软件，建立岩土地层几何模型，建立隧道初衬结构、隧道二衬结构、桩基础结构、上部建构筑物几何模型；
A3.按照0.5m~5m的网格尺寸大小对几何模型进行网格划分，将各岩土层及结构构件的物理力学性能参数导入网络模型单元，建立网络模型；
A4.根据施工蓝图、施工组织方案，编排矿山法隧道洞内桩基础被动托换施工工况；
A5.进行模型运算，得到桩基础和隧道结构的内力和变形数值模拟计算结果，并将数值模拟计算结果与现场试验段监测数据耦合对比，反向修正三维有限元模型的岩土层及结构构件物理力学性能参数，得到修正后的网络模型；
A6.采用修正后的网络模型进行运算分析，计算矿山法隧道洞内桩基被动托换过程中桩基础及隧道内力变形情况；
A7.根据计算结果，进行桩基础托换节点设计、隧道支护结构设计以及进行施工组织设计。
步骤2）中所述隧道支护结构形式从内往外依次为，800mm厚C40通过 P10模浇筑钢筋混凝土二次衬砌结构、间距0.5m的工18工字钢钢架、300mmC25通过S6喷射的早强混凝土、钢筋网、Ф20砂浆锚杆；
步骤3）中隧道开挖方法为：采用三台阶法，台阶长度为3m，，开挖顺序有从上至下依次开挖，开挖完成后及时封闭掌子面并施作初期支护；
步骤4）中托换桩基和隧道结构施工方法为：施作二次衬砌，二次衬砌与桩基础结构连接，待二次衬砌混凝土达到强度后，进行截桩，完成托换以及隧道结构施工。
隧洞支护结构如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本发明提出的基于Midas-GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构内力变形计算方法，旨在解决上述问题，以指导矿山法隧道洞内桩基被动托换施工。该计算方法主要采用三维有限元软件Midas-GTS NX 进行数值模拟，可模拟复杂工程施工，预测矿山法隧道洞内桩基被动托换过程中桩基础及隧道内力变形情况。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1.本发明适用于不同的矿山法隧道结构形式、桩基础结构形式；
2.本发明适用于不同的矿山法隧道结构与桩基结构位置关系；
3.本发明适用于不同的岩土地层情况、地下水位情况；
4.本发明适用于不同的施工组织要求，且可根据现场实际施工情况调整施工工况；
5.相比较于边界条件理想化、计算结果与实际偏差较大的二维理论计算，本发明适用范围和精度大大提高，可以用于指导实际施工，显著提高矿山法隧道洞内桩基础被动托换工程的可控性、安全性、经济性。
附图说明
图1为本发明技术方案的流程示意图；
图2为实施案例中的局部几何模型；
图3为实施案例中的A型断面设计图；
图4为实施案例中的B型断面设计图；
图5为实施案例中矿山法隧道洞内桩基础被动托换工程试验段的监测数据；
具体实施方式
一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法，步骤为：
1）、通过基于Midas-GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构进行内力变形计算；
2）、确定桩基础托换节点和隧道支护结构形式；
3）、隧道开挖；
4）、托换桩基和隧道结构施工；
步骤1）中内力变形计算包括以下步骤：
A1.确定隧道洞内用于数值模拟计算分析的土体本构模型；
A2.根据勘察资料、施工蓝图，采用Midas-GTS NX 软件，建立岩土地层几何模型，建立隧道初衬结构、隧道二衬结构、桩基础结构、上部建构筑物几何模型；
A3.按照0.5m~5m的网格尺寸大小对几何模型进行网格划分，将各岩土层及结构构件的物理力学性能参数导入网络模型单元，建立网络模型；
A4.根据施工蓝图、施工组织方案，编排矿山法隧道洞内桩基础被动托换施工工况；
A5.进行模型运算，得到桩基础和隧道结构的内力和变形数值模拟计算结果，并将数值模拟计算结果与现场试验段监测数据耦合对比，反向修正三维有限元模型的岩土层及结构构件物理力学性能参数，得到修正后的网络模型；
A6.采用修正后的网络模型进行运算分析，计算矿山法隧道洞内桩基被动托换过程中桩基础及隧道内力变形情况；
A7.根据计算结果，进行桩基础托换节点设计、隧道支护结构设计以及进行施工组织设计。
步骤2）中所述隧道支护结构形式从内往外依次为，800mm厚C40通过 P10模浇筑钢筋混凝土二次衬砌结构1、间距0.5m的工18工字钢钢架2、300mmC25通过S6喷射的早强混凝土3、钢筋网4、Ф20砂浆锚杆5；
步骤3）中隧道开挖方法为：采用三台阶法，台阶长度为3m，，开挖顺序有从上至下依次开挖，开挖完成后及时封闭掌子面并施作初期支护；
步骤4）中托换桩基和隧道结构施工方法为：施作二次衬砌，二次衬砌与桩基础结构连接，待二次衬砌混凝土达到强度后，进行截桩，完成托换以及隧道结构施工。
具体应用实例为：某城际快速轨道交通项目施工段的矿山法隧道区间左线隧道出沙涌站17m后随即下穿沙涌桥，并先后有9根沙涌桥桩基侵入隧道。隧道施工时需凿除侵入隧道B型断面结构中的桩基，且会对隧道周边的土体产生扰动。桥梁的桩基承载力势必有所降低，因此必须对沙涌桥进行桩基托换。经过对多种托换方案的可靠性、实用性、经济性进行综合分析，最终确定采用矿山法隧道洞内桩基被动托换技术对侵入隧道中的9根既有桥桩进行托换处理。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法，步骤为：
步骤1）、通过基于Midas-GTS NX软件的矿山法隧道洞内被动托换桩基及隧道结构进行内力变形计算；
步骤2）、确定桩基础托换节点和隧道支护结构形式；所述隧道支护结构形式从内往外依次为，800mm厚C40通过 P10模浇筑钢筋混凝土二次衬砌结构、间距0.5m的工18工字钢钢架、300mmC25通过S6喷射的早强混凝土、钢筋网、Ф20砂浆锚杆；
步骤3）、隧道开挖；其方法为：采用三台阶法，台阶总长度为3m，，开挖顺序由上至下依次开挖，开挖完成后及时封闭掌子面并施作初期支护；
步骤4）、托换桩基和隧道结构施工；施作二次衬砌，二次衬砌与桩基础结构连接，待二次衬砌混凝土达到强度后，进行截桩，完成托换以及隧道结构施工；
其中步骤1）中内力变形计算包括以下步骤：
A1.确定隧道洞内用于数值模拟计算分析的土体本构模型；
A2.根据勘察资料、施工蓝图，采用Midas-GTS NX 软件，建立岩土地层几何模型，建立隧道初衬结构、隧道二衬结构、桩基础结构、上部建构筑物几何模型；
A3.按照0.5m~5m的网格尺寸大小对几何模型进行网格划分，将各岩土层及结构构件的物理力学性能参数导入网络模型单元，建立网络模型；
A4.根据施工蓝图、施工组织方案，编排矿山法隧道洞内桩基础被动托换施工工况；
A5.进行模型运算，得到桩基础和隧道结构的内力和变形数值模拟计算结果，并将数值模拟计算结果与现场试验段监测数据耦合对比，反向修正三维有限元模型的岩土层及结构构件物理力学性能参数，得到修正后的网络模型；
A6.采用修正后的网络模型进行运算分析，计算矿山法隧道洞内桩基被动托换过程中桩基础及隧道内力变形情况；
A7.根据计算结果，进行桩基础托换节点设计、隧道支护结构设计以及进行施工组织设计。
CN202110260324.9A 2021-03-10 2021-03-10 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法 Pending CN113027464A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110260324.9A CN113027464A (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110260324.9A CN113027464A (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113027464A true CN113027464A (zh) 2021-06-25

Family

ID=76469151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110260324.9A Pending CN113027464A (zh) 2021-03-10 2021-03-10 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113027464A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114441313A (zh) * 2022-01-23 2022-05-06 中国地质大学（武汉） 一种矿山法隧道开挖下穿桥梁桩基托换实验模型及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5297215A (en) * 1976-02-12 1977-08-15 Tekken Constr Co Method of and apparatus for attaining vertical shaft for mud water driving method
CN106066920A (zh) * 2016-06-13 2016-11-02 暨南大学 上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法
CN107701203A (zh) * 2017-10-18 2018-02-16 中铁第勘察设计院集团有限公司 基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系及其构建方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5297215A (en) * 1976-02-12 1977-08-15 Tekken Constr Co Method of and apparatus for attaining vertical shaft for mud water driving method
CN106066920A (zh) * 2016-06-13 2016-11-02 暨南大学 上下重叠隧道盾构施工对托换桩基影响的数值分析方法
CN107701203A (zh) * 2017-10-18 2018-02-16 中铁第勘察设计院集团有限公司 基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系及其构建方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王良等: "外荷载作用下隧道内力和变形过程的研究", 《广东建材》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114441313A (zh) * 2022-01-23 2022-05-06 中国地质大学（武汉） 一种矿山法隧道开挖下穿桥梁桩基托换实验模型及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104652443B (zh) 深基坑临时水平支撑兼作永久结构梁的施工方法
CN107330194B (zh) 盾构隧道开挖对邻近群桩基础影响的数值模拟分析方法
Li et al. Numerical simulation and analysis of the pile underpinning technology used in shield tunnel crossings on bridge pile foundations
CN110761811A (zh) 一种层状软岩隧道非对称支护结构及施工方法
Song et al. Optimal analysis of tunnel construction methods through cross passage from subway shaft
Xu et al. Application of fabricated corrugated steel plate in subway tunnel supporting structure
Sun et al. Analysis of deep foundation pit pile-anchor supporting system based on FLAC3D
Zhu et al. Numerical simulation study on construction effect of top-down construction method of suspended diaphragm wall for deep and large foundation pit in complex stratum
CN113027464A (zh) 一种基于矿山法托换桩基的隧道结构施工方法
CN106930768B (zh) 隧洞施工方法及应用
CN209941754U (zh) 一种高压电力管涵原地保护结构
CN105178355B (zh) 地下空间施工的地层预加固处理方法
CN113202106B (zh) 深基坑开挖方法
Xiuli et al. Stability study on the surrounding rock of the underground powerhouse in Shui Buya project by DDA
CN115506807A (zh) 隧道下方跨越溶洞的支护结构及其施工方法
CN112682062B (zh) 一种小净距立体交叉隧道的施工方法
CN110552704B (zh) 一种富水砂卵石地层渡线段暗挖穿越城市主干道施工方法
Chen On the influence of pile foundation settlement of existing high-rise buildings on the surrounding buildings
Liu et al. Deformation and numerical simulation analysis of deep foundation pit excavation of nanjing yangtze river floodplain metro station
CN205712125U (zh) 一种基坑支护与地下室侧墙外模一体化结构
Zhang et al. Construction sequence optimization and settlement control countermeasures of metro tunnels underpassing expressway
Chen et al. Optimization of Jacking Sequence of Shallow-buried Pipes in Saturated Soft Soil
Yang et al. Study on Numerical Simulation of Surrounding Rock Structure Safety of Urban Underwater Shield Tunnel: A Case in Chongqing
Yang et al. Analysis on Deformation Control Technology for Large-Span Subway Tunnels from High-Narrow Channel
CN201896321U (zh) 应用于地下变电站的逆作法施工装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210625