泥水盾构仓体内射流对泥浆输送特性影响研究

1

作者 孙九春 桑运龙 +2 位作者 王海涛 贾浩 朱艳 《化工学报》 北大核心 2025年第S1期246-257,共12页

基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了超大直径泥水盾构仓体内泥浆冲刷和输送模型,提出了一种适用于气垫仓的临界不淤流速理论计算方法,并研究了格栅前和泥浆门后射流在不同角度时气垫仓内部流场运动特性。泥浆门后射流角度α=45°... 基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了超大直径泥水盾构仓体内泥浆冲刷和输送模型,提出了一种适用于气垫仓的临界不淤流速理论计算方法,并研究了格栅前和泥浆门后射流在不同角度时气垫仓内部流场运动特性。泥浆门后射流角度α=45°时流场优化效果最佳,可显著提高格栅截面平均速度,并促进颗粒进入格栅。不同地质条件下临界不淤流速范围为1.68~1.80 m/s,大粒径颗粒占比越高,临界不淤流速越大;α=45°及α=60°时气垫仓下部中间区域流速高于临界值,可有效降低岩屑沉积风险,并增强颗粒通过率。格栅前射流角度β=30°时,射流形成的湍动能扰动对防止易絮凝细颗粒的沉积具有显著作用。研究结果可为提高仓内岩土颗粒运输效率以及解决渣土滞排等问题提供参考。 展开更多

关键词 超大直径泥水平衡盾构 冲刷角度 渣土滞排 临界不淤流速 计算流体力学 数值模拟 湍流

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管片上浮模型试验平台研制

2

作者 王海涛 王悦 孙九春 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期132-138,共7页

为深入探究盾构施工中管片上浮的关键因素,特别是浆液性质对管片上浮的影响规律,设计管片上浮荷载感知测量结构,自主研发具有可视化特性的管片上浮模型试验平台。通过数值分析和注水测试,验证该试验平台结构的安全性和功能的可实施性,... 为深入探究盾构施工中管片上浮的关键因素,特别是浆液性质对管片上浮的影响规律,设计管片上浮荷载感知测量结构,自主研发具有可视化特性的管片上浮模型试验平台。通过数值分析和注水测试,验证该试验平台结构的安全性和功能的可实施性,得到管片受浮力大小的系统测量误差。试验结果表明:1)注浆过程中管片受上浮荷载的变化与注浆体积呈线性关系,R^(2)值均大于93%,管片平均上浮荷载线性变化率是理论上浮荷载线性变化率的62.6%,与理论计算值相差28.79N/cm。2)浮动密封内油脂对管片上浮存在抑制作用,产生的阻力约为理论上浮荷载的41.1%,实际上浮荷载与理论上浮荷载最大误差约2.1%,能够较为准确地模拟管片上浮的受力情况。3)截面荷载增长率随注浆体积的变化呈现出先减小后增大的趋势,管片的横向位移约束对管片受倾覆荷载产生的姿态偏移具有较好的控制效果。 展开更多

关键词 盾构施工 管片上浮 模型试验平台 注浆 上浮荷载

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基于振动信号的盾构掘进地层辨识研究 被引量：2

3

作者 王海涛 周淳 +1 位作者 孙九春 王悦 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第11期2202-2212,共11页

针对泥水平衡盾构在掘进过程中难以实时辨识刀盘前方地质类型的问题,依托杭州之江路输水管廊及道路提升工程,通过在主驱动位置安装三轴加速度计,分析5类典型地层剖面信息与振动信号的关联性,以刀盘转动1圈的时间为周期,将原始信号划分... 针对泥水平衡盾构在掘进过程中难以实时辨识刀盘前方地质类型的问题,依托杭州之江路输水管廊及道路提升工程,通过在主驱动位置安装三轴加速度计,分析5类典型地层剖面信息与振动信号的关联性,以刀盘转动1圈的时间为周期,将原始信号划分为若干时间段,构建振动信号短时特征集,提出主成分分析(PCA)与支持向量机(SVM)相结合的刀盘前方地质类型实时辨识方法。结果表明:1)地质类型对振动信号有着显著影响,沿Z轴方向(隧道前进方向)振动幅值最高,三轴E RMS加速度中不同类地层条件下刀盘转矩和贯入度参数具有明显的聚类特性。2)PCA-SVM方法对工程沿线5类典型地质类型的识别准确率约97.98%;相比于采用原始加速度信号作为输入参数,采用分时间段提取的时域和频域特征作为输入参数的识别准确率提高23.36%。3)PCA算法能有效减少数据量,缩短模型训练时间约29.2%,提高识别模型准确率约0.3%。 展开更多

关键词 盾构掘进 地层辨识 振动信号 PCA-SVM

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大直径隧道掘进泥水盾构机泥浆管路流动特性分析 被引量：1

4

作者 徐梁 王海涛 +3 位作者 孙九春 贾浩 宿向辉 奚晓广 《矿冶工程》 CAS 北大核心 2024年第6期16-22,共7页

为研究大直径泥水盾构机泥浆管路的流量、压力分布,采用Simcenter Flomaster软件对泥水盾构机泥浆管路进行仿真计算,建立一维泥水盾构机泥浆管路模型,并通过改变阀门开度、流体密度及泵的转速,记录管路流量及压力分布情况,从而得到最佳... 为研究大直径泥水盾构机泥浆管路的流量、压力分布,采用Simcenter Flomaster软件对泥水盾构机泥浆管路进行仿真计算,建立一维泥水盾构机泥浆管路模型,并通过改变阀门开度、流体密度及泵的转速,记录管路流量及压力分布情况,从而得到最佳流量分配。模拟计算结果表明:阀门开度、流体密度和泵的转速对泥浆管路系统流量、压力分布具有一定影响;阀门开度增大时,管路流量增加,泵两端压力差减少;流体由清水变为泥浆时,管路流量增加,泵两端压力差增加;泵转速降低时,管路流量减少,泵两端压力差减少;排浆泵转速过低时,可通过增大排浆泵转速或串联1台泵来保证排浆管路正常工作。 展开更多

关键词 隧道施工 刀盘结泥饼 管道堵塞 大直径隧道 泥水盾构机 管道输送 泥浆管路 流动特性 阀门开度 泵输送 管路系统

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复合地层盾构切削振动传播的数值模拟与实测分析

5

作者 杨魏隆 孙佳程 +1 位作者 孙九春 廖少明 《土木工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期186-192,共7页

盾构切削“上土下岩”复合地层时,刀盘-土岩作用面上会发生强烈振动,这种振动在土层中向四周传播,对周边地上地下建(构)筑物造成不利影响。本文通过三维动力有限元与无限元边界的耦合模拟及现场振动测试,对盾构掘进过程中刀盘切削振动... 盾构切削“上土下岩”复合地层时,刀盘-土岩作用面上会发生强烈振动,这种振动在土层中向四周传播,对周边地上地下建(构)筑物造成不利影响。本文通过三维动力有限元与无限元边界的耦合模拟及现场振动测试,对盾构掘进过程中刀盘切削振动在地层空间上的分布与传播规律进行理论与实测研究,得到如下主要结论:(1)数值模拟结果表明,盾构切削振动引起的周边地层振动响应沿开挖面侧向急速衰减,衰减曲线呈指数函数形式;沿隧道轴线则先增强后衰减,在距离开挖面0.5倍盾构直径处,振动响应达到最大,约为开挖面处的2.28倍;(2)盾构切削振动在不同地层中的衰减速率表现为:粉质黏土>强风化闪长岩>中风化闪长岩,这与振动在不同地层中传播时在节理面及间隙处的反射/透射能量的大小密切相关;(3)现场实测结果表明,理论模拟与实测分析规律较吻合,验证了本文数值模型及上述分析结论的合理性。本文所得结论可为盾构隧道在复合地层中的合理选线及切削振动控制提供参考。 展开更多

关键词 盾构 切削振动 传播规律 数值模拟 现场测试

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大跨连续梁桥单T构悬臂拼装施工力学状态控制技术 被引量：11

6

作者 孙九春 薛武强 曹虹 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期125-132,共8页

上海轨道交通10号线跨6号线节点桥为(40+75+40)m连续梁桥,主梁采用U形-箱形截面,该桥周边施工环境复杂,采用单T构悬臂拼装工艺施工。施工时T构处于非对称加载状态,两侧的不平衡施工荷载导致T构出现整体稳定和局部构件的强度问题,为满足... 上海轨道交通10号线跨6号线节点桥为(40+75+40)m连续梁桥,主梁采用U形-箱形截面,该桥周边施工环境复杂,采用单T构悬臂拼装工艺施工。施工时T构处于非对称加载状态,两侧的不平衡施工荷载导致T构出现整体稳定和局部构件的强度问题,为满足悬臂施工偏载条件下的结构力学状态控制,基于最大容许控制法和自适应控制法,引入“冗余控制”机制,提出梁式桥T构力学状态的主、被动控制技术。主动控制技术中,采用基于T构两侧抗拉束分级加载与卸载的平衡力矩宽幅调整技术,解决了施工中倾覆力矩引起的T构整体稳定问题;采用基于轴力伺服系统的T构力学状态精准控制技术,在倾覆力矩宽幅变化时实现了T构精准平衡,降低了T构顶缘的拉应力;采用基于桥-机耦合效应的支腿反力按需调整技术,降低了前支腿的荷载,减少了倾覆力矩;采用基于预加应力的桥面结构安全控制技术,解决了架桥机过孔时T构主梁顶面拉应力过大的问题。被动控制技术中,通过设置抗压柱和随动压重,被动承担部分不平衡荷载,即使主动控制技术失效仍能确保T构体系安全。综合运用上述4项主动和2项被动控制技术,节点桥的高程偏差控制在±10 mm内;轴线偏差控制在±5 mm内,满足设计要求。 展开更多

关键词 连续梁桥 T构 非对称加载 悬臂拼装 力学状态 主动控制 被动控制 施工控制技术

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袖阀管注浆对临近土体变形影响的试验研究 被引量：5

7

作者 孙九春 许四法 +3 位作者 王旭锋 王哲 王瑞 奚晓广 《浙江工业大学学报》 CAS 北大核心 2022年第5期480-485,共6页

袖阀管注浆会引起周围土体变形,进而影响临近构筑物的安全。依托杭州某工程,现场试验研究了袖阀管注浆过程中土体的变形规律,并进一步研究了注浆参数和结石体体积之间的关系。试验结果表明:注浆引发临近土体的水平变形呈现一定的规律性... 袖阀管注浆会引起周围土体变形,进而影响临近构筑物的安全。依托杭州某工程,现场试验研究了袖阀管注浆过程中土体的变形规律,并进一步研究了注浆参数和结石体体积之间的关系。试验结果表明:注浆引发临近土体的水平变形呈现一定的规律性,土体水平位移量随着注浆量的增大呈现增大的趋势,随着孔隙水压力的消散而逐渐减小;随着距注浆孔距离的增大,土体的水平位移量逐渐减小;改变注浆深度对土体水平位移量的影响较小,且水平位移最大值出现在注浆所在深度附近。地层孔隙水压力在注浆前后呈现先增大后减小的趋势,且距注浆孔越大,孔隙水压力变化值也越小。通过后期对土体开挖,得到结石体体积均约为对应注浆量的30%。研究成果对于袖阀管注浆及类似工程的设计和施工具有一定的参考价值和指导意义。 展开更多

关键词 袖阀管 注浆 土体变形 结石体

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浦东大道管线桥先梁后拱架设方法研究 被引量：9

8

作者 孙九春 顾娟 《世界桥梁》 北大核心 2010年第1期16-19,共4页

浦东大道管线桥为提篮双层桁架拱桥,桥梁计算跨径112 m,其上部结构为全钢结构,施工方法和设备受限于桥位处复杂的周边条件。经分析确定采用先梁后拱的施工顺序先分段吊装钢桁架,钢桁架节段支撑于水中搭设的临时支架上,接长支架后再分段... 浦东大道管线桥为提篮双层桁架拱桥,桥梁计算跨径112 m,其上部结构为全钢结构,施工方法和设备受限于桥位处复杂的周边条件。经分析确定采用先梁后拱的施工顺序先分段吊装钢桁架,钢桁架节段支撑于水中搭设的临时支架上,接长支架后再分段吊装双幅拱肋。除南侧拱脚采用大型汽车吊外,其余构件均采用浮吊安装,并结合CAD技术对不同吊装工况进行模拟,确定南、北拱肋采用不同型号的浮吊。 展开更多

关键词 系杆拱桥 先梁后拱 浮吊 桥梁施工

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软土地铁深基坑开挖过程中围护侧向变形控制方法研究 被引量：26

9

作者 孙九春 白廷辉 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第S02期308-317,共10页

在周边环境较为复杂的软土地区,基坑开挖变形稍大就会对临近建(构)筑物产生不利影响。影响基坑变形的因素众多,但诸如结构刚度、支撑布置(道数与间距)等因素在设计阶段已确定,施工过程中可调控的因素较少。从支撑轴力与软土流变的角度,... 在周边环境较为复杂的软土地区,基坑开挖变形稍大就会对临近建(构)筑物产生不利影响。影响基坑变形的因素众多,但诸如结构刚度、支撑布置(道数与间距)等因素在设计阶段已确定,施工过程中可调控的因素较少。从支撑轴力与软土流变的角度,探讨基坑开挖过程中围护侧向变形的控制方法。从软土地铁深基坑支护体系的力学特点出发,系统研究该体系的力学状态和作用机制,针对基坑开挖过程中无支撑暴露/有支撑暴露不同情况提出围护结构侧向变形控制方法。同时,结合实际工程,对该控制方法进行具体的施工应用研究。实践结果表明,该方法对地铁深基坑围护侧向变形控制具有显著效果。 展开更多

关键词 软土 地铁 深基坑 围护侧向变形 力学模型 变形控制方法

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竖转提升工艺下拱肋体系转换与合龙控制方法研究 被引量：12

10

作者 孙九春 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期53-58,共6页

由于竖转提升工艺下大跨度拱肋在合龙前、后的力学状态相差较大,为确保合龙后拱肋的力学状态满足要求,根据拱结构的受力特点提出了一种基于自平衡原理的体系转换方法;并根据拱肋节段的制造安装工艺提出了基于无应力状态法的拱肋合龙控... 由于竖转提升工艺下大跨度拱肋在合龙前、后的力学状态相差较大,为确保合龙后拱肋的力学状态满足要求,根据拱结构的受力特点提出了一种基于自平衡原理的体系转换方法;并根据拱肋节段的制造安装工艺提出了基于无应力状态法的拱肋合龙控制方法。为验证上述方法的正确性和有效性,以赵家沟大桥的竖转提升为背景,采用ANSYS有限元软件建立该桥竖转提升模型进行数值模拟分析,并对拱肋合龙前、后的力学状态进行监测。结果表明:各构件的力学状态均满足设计要求;合龙后拱肋应力的实测值与计算值基本一致,拱肋实测线形与设计线形偏差较小。实践证明,基于自平衡原理的体系转换法是可行的,无应力状态合龙法可用于指导竖转提升工艺下的拱肋合龙控制。 展开更多

关键词 拱桥 竖转提升工艺 合龙 体系转换 无应力状态 有限元法 应力监测 施工控制

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软土地铁深基坑力学状态的施工控制系统研究 被引量：12

11

作者 孙九春 白廷辉 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第S02期44-52,共9页

影响基坑力学状态的众多因素之间相互关联,基坑力学状态的控制还未形成系统化的体系,不能充分发挥各项控制措施的效果。为解决上述问题,把基坑工程作为一个系统来研究,从系统工程和控制论的基本概念出发,提出基坑施工控制的4个特征,从... 影响基坑力学状态的众多因素之间相互关联,基坑力学状态的控制还未形成系统化的体系,不能充分发挥各项控制措施的效果。为解决上述问题,把基坑工程作为一个系统来研究,从系统工程和控制论的基本概念出发,提出基坑施工控制的4个特征,从而引出基坑施工控制的概念和内容,从围护变形控制、围护强度控制、支撑安全控制、基坑稳定控制及周边环境控制5个角度深入探讨基坑施工控制。针对围护侧向变形控制子系统,构建围护侧向变形的技术控制和管理控制方法,将不同控制方法组合应用,形成完整的基坑围护变形控制系统,并以上海浦东南路地铁车站基坑为工程实例验证其实用性。结果表明:运用系统化思维进行围护侧向变形的控制可最大程度地发挥各类措施的效果。 展开更多

关键词 软土 地铁车站 深基坑 施工控制 侧向变形

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赵家沟大桥临时支架设计 被引量：17

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作者 孙九春 《世界桥梁》 北大核心 2015年第1期11-17,共7页

新建浦东大道赵家沟大桥主桥为下承式系杆拱桥,采用先梁后拱的施工工艺,其中拱肋采用在桥面结构上搭设塔架施工的竖转提升工艺,纵、横梁及桥面板支撑采用混合支架。临时支架采用609钢管桩+贝雷梁+48小钢管组成的复合支架形式,承受... 新建浦东大道赵家沟大桥主桥为下承式系杆拱桥,采用先梁后拱的施工工艺,其中拱肋采用在桥面结构上搭设塔架施工的竖转提升工艺,纵、横梁及桥面板支撑采用混合支架。临时支架采用609钢管桩+贝雷梁+48小钢管组成的复合支架形式,承受桥道系结构施工时的荷载、预应力张拉引起的次效应以及竖转提升工艺所传递的荷载,受力较为复杂。采用精细化数值模拟技术对支架与结构在整个施工过程中的受力状态进行模拟,数值模拟结果及实践监测数据表明结构安全,支架的各部分构件受力满足要求,所设计的支撑柱改善了桥道系结构、贝雷梁以及钢管支架的受力状态。 展开更多

关键词 系杆拱桥 钢管桩 贝雷梁 支撑柱 先梁后拱 竖转提升 支架设计

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软土深基坑钢支撑多点同步加载的轴力相干性研究 被引量：12

13

作者 何君佐 廖少明 +1 位作者 孙九春 唐俊华 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期99-107,共9页

基坑预应力钢支撑轴力之间的相互干扰(即轴力相干性)是影响支撑轴力控制的重要因素。为克服轴力相干性造成的支撑轴力损失,本文以上海某深基坑工程为背景,采用数值模拟与实测分析相结合的方法,对多点同步加载工法条件下的支撑轴力相干... 基坑预应力钢支撑轴力之间的相互干扰(即轴力相干性)是影响支撑轴力控制的重要因素。为克服轴力相干性造成的支撑轴力损失,本文以上海某深基坑工程为背景,采用数值模拟与实测分析相结合的方法,对多点同步加载工法条件下的支撑轴力相干性与挡土墙变形特征进行了研究,并与常规逐根加载方法进行了对比。研究结果表明:①常规逐根支撑加载下,邻近已有支撑轴力损失随新安装支撑施加预应力的增大而增大,但随距离增加而急剧减小,当距离超过8m时,轴力损失接近为0,由此得到轴力相干性的估算公式;②相较于逐根支撑加载,虽然多点同步加载对加载区域外邻近支撑造成的轴力损失更大,但其影响范围基本没变,且同步加载区域内支撑间相互影响很小,超过95%的钢支撑轴力损失率小于5%;③在多点同步加载下,挡土墙水平位移不但在各横剖面上远小于常规加载(27~40mm),而且沿基坑纵向分布更均匀(σ~2=0.99)。 展开更多

关键词 软土深基坑 轴力相干性 多点同步加载 挡土墙变形

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养护方式对宁波通途路综合管廊混凝土抗裂性能的影响 被引量：4

14

作者 夏露 周建敏 +2 位作者 冯蕾 王兴龙 温小栋 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2020年第10期1455-1461,共7页

为提高综合管廊混凝土的抗裂性能,开展椭圆环法及实体模型试验,对胶砂或混凝土初始开裂时间、裂缝宽度、总开裂面积进行统计与分析,以研究减缩剂养护、混凝土养护剂养护和土工布养护3种养护方式对综合管廊混凝土抗裂性能的影响。由试验... 为提高综合管廊混凝土的抗裂性能,开展椭圆环法及实体模型试验,对胶砂或混凝土初始开裂时间、裂缝宽度、总开裂面积进行统计与分析,以研究减缩剂养护、混凝土养护剂养护和土工布养护3种养护方式对综合管廊混凝土抗裂性能的影响。由试验结果得出:1)减缩剂养护使混凝土初始开裂时间相比土工布养护推迟了约6.65%,裂缝宽度降低了约70.67%;养护剂养护下混凝土初始开裂时间相比土工布养护提前了约0.77%,裂缝宽度增加了约11.20%。2)减缩剂养护使平板总开裂面积相对于土工布养护减少了46.97%;养护剂养护使平板总开裂面积相对于土工布养护增加了约7.15%。研究表明:减缩剂养护可以明显改善综合管廊混凝土的抗裂性能,而当混凝土养护剂养护方法不当时对提高混凝土抗裂性能的效果不明显。 展开更多

关键词 综合管廊 养护方式 椭圆环法 减缩剂 混凝土抗裂性

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大直径盾构浅覆土穿越扰动下的边坡变形规律 被引量：2

15

作者 何君佐 奚晓广 +2 位作者 廖少明 王瑞 孙九春 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期998-1011,共14页

为了研究大直径盾构浅覆土穿越扰动下的边坡变形规律,本文以之江路输水管廊与道路提升工程为背景,首先,建立有限元数值模型并用地表沉降实测数据验证其可靠性;其次,通过数值计算与理论分析,揭示边坡受下方浅覆土大直径盾构开挖扰动产生... 为了研究大直径盾构浅覆土穿越扰动下的边坡变形规律,本文以之江路输水管廊与道路提升工程为背景,首先,建立有限元数值模型并用地表沉降实测数据验证其可靠性;其次,通过数值计算与理论分析,揭示边坡受下方浅覆土大直径盾构开挖扰动产生变形的机理;最后,建立精细化模型,探讨不同因素对边坡变形的影响规律。研究结果表明:在非边坡区域,两线开挖后地表沉降呈对称的“W形”,而在边坡偏载作用下,地层沉降呈现出明显非对称性,北线隧道左侧坡底地层沉降远大于隧道右侧地表沉降;边坡挡土墙变形以下沉和向背土侧的平移及倾斜为主;在挡墙侧移及盾构开挖的联合作用下,坡顶沉降与一般盾构开挖导致地表沉降不同,整体分布呈三角形,沉降最大值出现在挡土墙附近;边坡变形与地层损失率及边坡高度呈正相关,与隧道埋深及相对水平距离呈负相关。 展开更多

关键词 边坡 大直径盾构 地层变形 参数分析 数值模拟

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