矩形顶管施工诱发地表变形影响因素研究

矩形顶管在施工过程不可避免地会对周围土体产生扰动,引发土体产生变形。依托苏锡常城际铁路太仓站工程项目,通过建立超浅覆土矩形顶管顶进施工三维数值模型,模拟施工过程中对地表的影响,总结地层变形规律;表明：地表隆起与顶管顶进压力和摩阻力成正比;后续施工中,合理控制好开挖面顶进压力及摩阻力是保持开挖面土体稳定、较少地表隆起峰值的关键举措。     

曲线顶管施工环境影响的三维有限元分析

通过建立三维有限元模型,研究了曲线顶管施工过程中地表的变形规律.通过有限元模拟,探讨了泥浆套、机头压力和土体抗力对地表变形的影响,结果表明:泥浆套的完整性和机头压力对曲线顶管施工过程中地表的变形有重要影响;曲线顶管由于附加土体抗力的存在,管轴垂直方向地表变形的最大值偏向顶管平面曲线的圆心一侧,偏移的距离与顶管的平面曲线半径有关.     

超大直径顶管下穿建筑物时的扰动影响测试与分析

顶管施工在地下工程建设中的应用越来越多,但顶管机头刀盘切削开挖土体势必会引起管道周围土体的受力变形,甚至危及周围构筑物的安全和正常使用.以目前国内软土地区最大的内径4m的大直径混凝土顶管工程为例,对大直径顶管下穿建筑物时的扰动影响进行了分析研究.采用数值模拟方法,分析了顶管穿越施工造成扰动的一般规律,结合现场监测对数值模型的计算结果进行验证,进而探讨了顶管施工对土体扰动的形成机理和诸多影响因素.     

大直径直线钢顶管管周受力特性数值模拟研究

钢顶管作为薄壁结构，受力时与土体变形协调，故现有规范在计算钢顶管土压力时存在缺陷。通过ABAQUS有限元软件分析了不同参数设置下钢顶管土压力和摩阻力的数值大小与分布情况，并提出钢顶管侧向土压力的修正系数。模拟结果表明：DN2000钢顶管在113 kPa的竖向土压力作用下，水平向变形可达管径7‰，产生水平土体附加抗力；钢顶管土压力值与管道径厚比、埋深比呈显著正相关，土体变形模量的增大限制了管侧土压力的增加；侧向土压力系数随管侧变形呈指数增长；单位长度管壁摩阻力随径厚比和埋深的增加而上升，而管侧土变形模量对摩阻力的影响几乎不计。     

顶管施工引起地面沉降的机理分析及数值模拟

顶管施工引起的周围土体变形会对邻近的建筑物造成危害,文章分析了顶管施工对周围土体的扰动机理,并以合肥地区某工程实例为背景,通过建立三维有限元模型,对顶管施工引起的地面沉降及其影响范围进行数值模拟分析,供该地区类似的工程参考。     

顶管施工环境影响的有限元计算分析

通过二维和三维有限元计算了顶管施工产生的土体变形和土体应力。通过对机头土压力、摩阻力和机头的偏斜几种因素的分别计算，探讨了这几个因素对地表变形的影响，得出了一些有益的结论。     

钢筋混凝土顶管穿堤施工三维数值分析

钢筋混凝土顶管施工技术广泛应用于排水管道、电力管道等城市基础设施建设,当其需要长距离穿越江河底部时,会面临上覆土层厚度变化显著、江底水头压力大和江边环境影响敏感等问题。本文结合上海白龙港南线输送干线大直径顶管穿越黄浦江段工程,建立了综合考虑上覆土层变化及江底水头压力的数值模型。采用模拟顶管机头迎面压力和管土摩擦作用的方法进行分析评估,研究了顶管端面压力、减阻泥浆模量、管土摩阻力及减阻效果等参数对地层土体变形与施工状况的影响,探讨了下穿江堤对堤坝桩基变形的影响。结果表明,由于上覆土厚度变化及水压力作用,顶管端面压力应小于机头中心土体自重应力;提高泥浆模量,降低摩擦系数,可减小顶管上方土体和结构的沉降。     

平行顶管施工引起的地面变形实测分析

对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。研究结果表明,水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动,产生的地面沉降较大。由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧,在同样条件下,后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起,土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因,在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。     

顶管隧道施工环境影响研究

采用有限差分法并考虑流固耦合的作用,分析研究了顶管顶进施工对周边地表变形、土体内部位移、孔隙水压力及土体主应力的影响规律。结果表明,顶管顶进过程中沿顶管纵向地表位移在机头前方约1D(D为顶管直径3.8m)处隆起值最大且距离机头越远隆起变形越小;横向地表受顶管施工扰动影响较大的区域为其轴线两侧3D范围内;孔隙水压力先增大后减小,且在顶管机头通过计算断面2D时土体孔隙水压力达到最大;同一水平面上顶管轴线处主应力受到的影响最大,且影响范围约为2D。最后将数值模拟结果与理论值进行对比,得到的结果基本一致。     

顶管施工土体扰动的实测分析研究

对福州某工程顶管施工期间地表位移、土体位移及孔隙水压力进行了现场监测,并根据实测结果分析研究了顶管施工的土体扰动特性。结果表明,顶管施工引起的地表位移可分为顶管到达前沉降、施工扰动沉降、管土间隙沉降及土体固结沉降四个阶段;土体位移(相对地表)在顶管机头距离监测断面5m范围内达到最大,而孔隙水压力变化比土体位移变化要及时,可通过监测孔隙水压力对施工引起的土层移动作出超前预测。     

大口径顶管施工对周边环境扰动实测分析

顶管施工技术广泛应用于给排水管道工程,其口径随给排水需求的增加,有越来越大的趋势。结合某顶管工程现场监测数据,包括地面隆沉、深层土体移动、分层沉降、孔隙水压力、土压力数据,在前人顶管施工扰动机理研究的基础上,研究大口径顶管施工引起的土体扰动。通过实测分析,明确顶管施工过程对周围土体扰动的影响范围和岩土体动态响应规律,为信息化指导顶管施工提供依据。在顶管施工过程中测定土层的超孔隙水压力变化,提前对施工中引起的土层移动作出超前预测预报。     

顶管施工引起土体变形机理分析

从顶管施工的整个施工工艺过程出发,详细分析了顶管施工引起地面沉降的变形机理,找出引起地面变形的相关因素,并指出顶管施工对土体扰动最大的位置应在开挖工作面及以后的位置。     

基于主动式纠偏的曲线顶管施工力学特性研究

曲线顶管施工技术在市政管线工程中得到越来越广泛的应用。在分析曲线顶管施工机理的基础上,提出并对比分析了3种管节纠偏方案,进而结合主动式纠偏方案的施工特点,对三维曲线顶管施工过程中管土间挤压作用力进行计算分析,并推导了管节顶进摩阻力计算公式,其后对管线平面夹角、管线半径及管径大小3个摩阻力影响因素进行单因素分析。考虑管外注浆对管土接触状态的影响,进而引入土压力作用系数对顶进摩阻力计算公式进行修正,并通过对比分析顶进摩阻力的现场实测值、规范建议值及公式计算值,给出了土压力作用系数的建议取值范围。研究表明:主动式纠偏方案在管节姿态调整、施工扰动控制及管身衬砌受力等方面优于其他两种纠偏方案;顶管施工过程中管土间的挤压作用力呈三维复杂状态,不能进行简单的叠加;管线平面夹角对管节转动摩阻力有显著影响,管线半径对侧向顶推摩阻力和管节转动摩阻力均有一定的影响,而管径大小则主要影响地层土压力摩阻力的数值;管土接触状态是真实存在的,其土压力作用系数的取值范围大致在0.2~0.6之间。     

超大口径长距离混凝土顶管同步注浆施工调控技术研究

超大口径长距离顶管得到越来越广泛的应用,同步注浆调控技术是施工工艺中极为重要的一环。顶管顶进过程中,泥浆套的形态不仅决定顶管外壁摩阻力的大小,更影响着周边土体的变形而导致的地面沉降。依托实际DN4000超大口径长距离混凝土顶管工程,从泥浆材料、注浆系统、注浆参数等方面,详细阐述超大口径长距离混凝土顶管工程中的同步注浆施工技术措施。顶进施工结果表明,该施工调控技术作用明显,泥浆套形成良好,为顶管顺利贯通奠定坚实基础。所总结的经验不仅有助于扩大大口径顶管施工应用范围,而且为今后类似工程提供重要参考。     

顶管法施工对土体影响的理论分析与数值计算

为探讨顶管法施工时造成的土体扰动,以合肥市某顶管工程为背景,运用理论分析与数值模拟相结合的方法对施工时的地层应力场、位移场及地表隆沉的变化过程和分布规律进行了研究并对地表位移进行了监测。结果表明,顶管施工时管道周围一定范围内的土体会受到扰动,管道底部、腰部分别出现最大竖向拉应力、最大竖向压应力;管道上方的土体扰动区域大于下方土体,管道底部和顶部位置土体分别出现最大隆起和最大沉降,随着管道的顶进隆起值减小而沉降值增大,管道轴线远处土体的位移基本为零;地表隆沉曲线以管道轴线为对称轴近似正态分布,在掌子面前方地层表现为隆起而后方为沉降状态。     

顶管施工引起的土体扰动理论分析及试验研究

近年来，顶管施工技术在中国得到迅速发展，并广泛应用于给排水管道工程，但顶管施工中土体的扰动机理及土体性状的变化有待深入研究与探讨。在前人的基础上，研究了顶管施工引起土体扰动的机理，提出了更加准确的土体扰动分区图。对某顶管工程进行了现场监测，内容包括地面变形、深层土体移动、孔隙水压力、土压力、地下水位以及顶管施工现场记录。测试结果表明土体扰动受土质条件、施工技术和现场控制程度的影响，其中现场控制程度(包括顶力、土压力、管线纠偏和注浆压力)的影响最大。土压力、孔隙水压力、地下水位、地面变形及深层土体移动的变化都跟掘进机与测试断面之间的距离有直接关系。当掘进机离测点还有一段距离(6～7m)时，土压力、孔隙水压力和地下水位上升达到峰值。地面隆起及深层土体移动则是在掘进机尾部离开测点时达到最大，随后总体上呈下降趋势。现场测试结果很好地验证了土体扰动理论。     

顶管施工工艺及关键技术

针对顶管施工是市政工程中常用的施工工艺,结合自身工程经验,给出了顶管施工工艺,提出了顶管施工的关键技术为：纠偏、中继环设置、减小摩阻力、管内通风、地面沉降控制,并分析了关键技术机理,为顶管施工及设计积累了经验。     

大断面矩形顶管施工对周围土体扰动实测分析

依托苏州市某大断面软土地层矩形顶管建造综合管廊隧道工程,通过分析施工期间的土体孔隙水压力、土压力、深层土体水平位移、地表沉降等土体扰动监测数据,揭示了大断面矩形顶管施工对土体扰动规律。结果表明:矩形与圆形顶管产生的土体扰动存在差异,主要表现在矩形顶管附近土体最大水平位移发生在距顶管上表面一定距离处,矩形顶管产生的地表沉降曲线底部较为平缓;矩形顶管对土体的扰动与顶管机距监测断面距离有密切联系,随着顶管机逐渐靠近,土体的土压力、水平位移及孔隙水压力受扰动变得剧烈,顶管机通过后土体扰动逐渐减弱;顶管顶进速率越快,对周围土体扰动越大,现场加快顶管速率应谨慎;而施工停顿后,土体有向管壁移动的趋势,停工期间不能停止向管壁注入膨润土泥浆。     

富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术研究

受富水砂层条件的影响,顶管施工不可避免会引起周围地表沉降和土体扰动变化,且双排管间距较小,施工过程双管之间土层稳定性差,其施工效果将影响管道上方道路及下方地铁线路的正常运营。因此,提出一种富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术,采用触变泥浆+软塑性黄泥组合成一种适合于砂层地质条件下顶管施工的护壁材料,有效控制沉降,减小摩阻力,降低对顶管上方道路及下方地铁线路的影响;针对双排管间土体进行注浆加固,保证后续顶管施工的安全;通过洞口加固措施,保证进出洞施工的安全,确保项目安全稳定有效推进。     

基于新型试验装置的管节摩阻力影响规律探究

针对顶管工程中管节顶进时与周边土体产生的摩阻力,创新设计一种新型试验装置,探索触变泥浆压力、触变泥浆静置时间与管节平均摩阻力之间的相关关系。试验表明,在触变泥浆0.6MPa以内的压力下,平均摩阻力较小且稳定,几乎不随压力的升高而变化;当压力大于0.6MPa时,随着压力的升高,平均摩阻力的值呈急剧增大趋势。此外,还得出了触变泥浆静置时间对摩阻力的影响规律,对顶推力的配置、顶管施工组织的安排提供了一定的参考依据。