EPS板对综合管廊受力特性影响研究.pdf

年 月上第 卷 第 期施工技术（中英文）：板对综合管廊受力特性影响研究闫腾飞，刘 斌，包汉营，高 琦，韦 浩（中国建筑土木建设有限公司，北京；中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉）摘要 为保护综合管廊防水层，回填过程中管廊侧墙将放置 层 板，然而 板可能改变墙后土压力值从而影响结构受力。为了研究 板的存在对综合管廊受力特性的影响，以雄安新区雄东管廊项目为背景，采用验证后的数值模拟方法研究了管廊基坑开挖受力变形特性及 板对综合管廊土压力、变形和弯矩的影响。结果表明：管廊基坑开挖引发边坡位移与周围地表沉降，本文条件下边坡最大水平位移值约为 （为基坑开挖深度），周围地表沉降值约为 。板的放置将引发管廊墙后土压力、变形、弯矩发生改变。放置 板后综合管廊侧墙中性点以上土压力增大 ，中性点以下减小 ，最大侧墙水平变形值增加 ，结构最大弯矩值增大 。关键词 综合管廊；开挖；土压力；变形；弯矩；数值模拟中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，；，）：，：，（），：；国家自然科学基金（）作者简介 闫腾飞，硕士，：收稿日期 引言 伴随着城市地下空间工程的发展，城市综合管廊建设成为现代城市发展的重要基建工程。刘东明等针对临海地区富水软弱地层对管廊变形缝间距位置进行优化，最终监测数据满足相关规范要求。方志等对装配式预制综合管廊受力特性展开试验分析，认为现有设计标准满足安全储备的 施工技术（中英文）第 卷要求。匡亚川等基于一种新型纵筋连接技术，提出了一种全新的装配式双舱结构管廊体系，并采用室内足尺试验的方法对其受力特性展开系统性分析，为实际推广应用提供依据与参考。崔允亮等针对盾构施工下穿既有综合管廊的情况，为最大限度减小下穿对综合管廊的影响，采用数值模拟技术对加固技术开展分析，并与实测数据对比分析，验证了加固技术的可行性。胡翔等采用 个足尺模型开展低周期反复荷载试验，研究了底板现浇叠合板式综合管廊底部节点抗震性能，具有较强的指导意义。吕荔炫建立综合管廊精细化模型，以双舱综合管廊为背景开展受力分析，为设计施工提供精细化参考依据。段旭等通过试验研究，揭示了黄土地区综合管廊回填结束后沉降发展中的受力规律与变形破坏特征。现有研究工作主要集中在对综合管廊的受力特性分析，然而在实际回填过程中为保护管廊外围防水层，会采用在管廊侧墙周围放置 层 板。然而这样的回填方式有可能会改变侧墙墙后土压力曲线，从而改变管廊受力，因此有必要开展进一步分析。雄东管廊项目位于雄安新区，管廊基坑开挖深度为，采用 坡度放坡开挖，断面如图 所示。图 管廊位置断面 在回填过程中，为保护防水层，本工程最终提出在管廊侧墙面上张贴一面 板，如图 所示。然而 板的张贴势必会改变侧墙后方水平土压力，从而改变管廊结构受力。因此，为了研究 板的放置对管廊结构力学影响机理，本文以放置 板的管廊结构为研究对象，并将未放置 板的管廊结构作为对照组，开展力学影响研究，以期为此类工程提供参考和借鉴。数值计算模型 计算模型及参数 基于有限元分析软件 对综合管廊开挖建设全过程进行数值计算分析，数值模型如图 侧墙张贴 板 图 所示。模型尺寸为 （长宽高），管廊基坑采用放坡开挖，坡度为 ，基坑开挖深度为。整体模型水平边界为 倍的基坑开挖深度，竖向边界为 倍开挖深度。本数值模拟中地层采用实体单位莫尔库伦本构模型，管廊主体结构采用 单元弹性本构模型，板采用实体单元弹性本构模型。模型顶面为自由面，四周约束水平位移，底部约束水平和竖向位移。采用钝化和激活单元的方式进行基坑开挖和基坑回填等过程的模拟。图 数值模型 综合管廊结构采用 混凝土，尺寸为 （宽高），顶板、底板、侧墙、舱室隔墙厚度分别为 ，。根据实际情况，板厚度取。计算模型中的参数取值如表 所示。表 材料属性参数 岩土名称天然重度（）黏聚力 内摩擦角 弹性模量泊松比（）杂填土 粉质黏土 粉土 粉质黏土 混凝土 数值模拟计算步 数值计算与实际建造过程保持相同，计算共分为 步，如表 所示。闫腾飞等：板对综合管廊受力特性影响研究 表 计算步骤 工况数值计算内容步骤 初始地应力计算，平衡地应力步骤 管廊基坑开挖与边坡处理步骤 综合管廊结构施工建设步骤 管廊侧墙张贴 板步骤 回填管廊基坑 数值计算结果分析 管廊基坑边坡位移分析 管廊基坑开挖结束后，边坡水平位移计算结果如图 所示。由图可知，基坑开挖结束后，边坡土体向基坑内侧发生位移，发生较大位移的区域主要位于边坡顶部，最大水平位移约为 。随着边坡所在位置深度的增大，边坡位移逐渐减小，其中，边坡与肥槽接触位置处的边坡位移最小，约为，基本保持稳定。边坡最大水平位移值约为基坑开挖深度的 倍。图 边坡水平位移云图（单位：）（：）现场基坑开挖边坡位移实测值与本模拟结果变化规律基本一致，其中边坡顶部水平位移最大，约为 ；边坡与肥槽接触位置处的边坡位移最小，约为 ；最大误差在 以内。基坑周围地表沉降分析 不同开挖深度下的基坑周围地表沉降曲线如图 所示。随着基坑开挖深度的增大，周围地表沉降值逐渐增大；其中，同条件下最靠近基坑边缘位置处的地表沉降值最大且随着与基坑距离的增大而逐渐减小。当基坑开挖深度为 时，周围地表最大沉降值为 ；当基坑开挖深度为 时，周围地表最大沉降值为 ，约为开挖深度 时周围地表沉降值的；当基坑开挖深度为 时，周围地表最大沉降值为，约为开挖深度 时周围地表沉降值的。基坑开挖结束后，周围地表沉降值最大约为基坑开挖深度的 。基坑开挖周围地表沉降实测值与模拟规律大致相同，实测最大值分别为（），（），（）。从而验证了本数值模型的正确性。图 基坑周围地表沉降曲线 水平土压力对比分析 放置 板与未放置 板时的综合管廊侧墙墙后水平土压力曲线如图 所示。根据计算结果，侧墙 的放置将对侧墙墙后水平土压力曲线产生影响，且波动幅度较大。放置 板后的土压力曲线将以深度 所在位置点为中性点，并发生顺时针旋转，导致中性点以上土压力值增加，中性点以下土压力值减小。造成这种结果的原因可能是 刚度较低，进一步释放中性点以下的土体位移，下方土体自重分立沿着破裂角将以摩擦力形式传递至上方土体，从而导致中性点以上墙后土压力增加。图 侧墙墙后水平土压力 定义 为未放置时中性点以上土压力合力，为放置 时中性点以上土压力合力；定义 为未放置时中性点以下土压力合力，为放置 时中性点以下土压力合力。根据微积分原理，可得：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）施工技术（中英文）第 卷 根据计算结果可得：；。根据计算结果可知，放置 后将导致中性点上方侧墙土压力增大 ，增加了约 ，同时导致中性点下方侧墙土压力减小 ，减小了 。但总体而言，放置 后将导致墙后压力值略微增加，增大数值为 。管廊结构位移分析 综合管廊侧墙水平位移曲线如图 所示。由图 可知，放置 板与未放置 板条件下的侧墙位移曲线差异较大。放置 板条件下的侧墙最大位移为 ，位于深度 范围内；未放置 板条件下的侧墙最大位移为 ，同样也位于深度 范围内。因此可知，随着 板对墙后土压力的改变，放置 板将引发综合管廊侧墙变形增加，放置 板后将引发综合管廊最大侧墙水平变形值增加 。此外，放置 板后管廊侧墙顶部节点水平变形绝对值最大，差异值为 ，实际工程中应对此节点受力特性进行关注。图 侧墙位移曲线 管廊结构内力分析 综合管廊墙体结构弯矩计算结果如图 所示。由图 可知，未放置 板时的管廊结构最大弯矩值为；放置 板时的管廊结构最大弯矩值为 。管廊结构最大弯矩值主要集中在顶板侧墙节点、中心侧墙底板节点。放置 板将导致结构最大弯矩值增大 ，但并未导致弯矩形势发生变化。综合管廊侧墙弯矩曲线如图 所示。由图 可知，放置 板可改变墙后土压力值，同时也将引发侧墙弯矩值改变。主要表现为：侧墙中点位置、侧墙顶板节点等弯矩值增大。其中侧墙顶板节点弯矩值增大 ，侧墙深度 处点的弯矩值增大了 。总体而言，板的放置确实会改变车图 综合管廊结构弯矩曲线（单位：）（：）站结构侧墙弯矩值，但并不会引起较大波动，弯矩形式保持不变。图 侧墙弯矩曲线 结语 针对管廊侧墙放置 板可能引发结构体系力学特性发生变化，本文以雄东管廊项目为背景开展数值计算，分析了放置 板对管廊墙后土压力及结构弯矩的影响，得出以下结论。）管廊基坑开挖引发边坡位移与周围地表沉降，本文条件下边坡最大水平位移值约为基坑开挖深度的 ，周围地表沉降值约为最大开挖深度的 。）板的放置将引发管廊墙后土压力发生改变。本文条件下 板的放置应引发中性点以上土压力值增加，中性点以下土压力值减小。）板发放置将引发管廊侧墙弯矩值增大，将引发综合管廊最大侧墙水平变形值增加 。）板的放置将改变管廊结构弯矩。管廊结构最大弯矩值主要集中在顶板侧墙节点、中心侧 闫腾飞等：板对综合管廊受力特性影响研究 墙底板节点，放置 板将导致结构最大弯矩值增大 。参考文献：沈艳峰，许海勇，乔英娟，等 综合管廊穿越既有地下管线施工措施研究施工技术（中英文），（）：，（）：冯权 空间受限环境下城市综合管廊分支施工技术 施工技术（中英文），（）：，（）：，梁厚燃，王建军，解威威，等 城市综合管廊工程装配式建造关键技术研究 施工技术，（）：，（）：刘东明，张敏，王艳明，等 临海富水软弱地层综合管廊变形缝间距优化及防水构造 河南大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：方志，金崟，郭福能，等 预制装配整体式混凝土综合管廊结构整体承载性能的试验研究 工业建筑，（）：，（）：匡亚川，宋哲轩，刘胤虎等 新型装配式双舱综合管廊力学性能试验 吉林大学学报（工学版），（）：，（），（）：崔允亮，李志远，魏纲，等 上跨拟建隧道的地下综合管廊预保护效果 浙江大学学报（工学版），（）：，（），（）：胡翔，白浩阳，薛伟辰，等 叠合板式综合管廊底部节点低周反复荷载试验 哈尔滨工程大学学报，（）：，（）：吕荔炫 地下综合管廊结构受力性能的精细化数值模拟公路，（）：，（）：段旭，董琪，叶万军，等 综合管廊穿越黄土挖填方场地受力变形状态研究 地下空间与工程学报，（）：，（）：，卢刚刚 综合管廊 斜穿地裂缝的振动台试验研究 西安：长安大学，：，（上接第 页），（）：姚正源软岩隧道中双层初期支护变形分析建筑结构，（）：，（）：胡九林，惠鹏嘉武都西隧道大变形段双层支护分析公路，（）：，（）：徐金峰，王皓正，周应新，等隧道穿越红层破碎带塌方处理施工技术研究 施工技术（中英文），（）：，（）：，张德华，雷可，谭忠盛，等软岩大变形隧道双层初期支护承载性能对比试验研究 土木工程学报，（）：，（）：邱瑞成 千枚岩堆积体大变形隧道双层初期支护关键技术研究成都：西南交通大学，：，