大直径泥水式顶管施工参数的数值分析

大直径泥水式顶管的施工参数选择不当将严重影响周边环境的安全。为探究各施工参数的影响程度,借助数值分析软件建立初始模型对顶管施工进行数值模拟,并通过控制变量对顶管施工的覆土深度、泥水压力、管径等参数进行影响因素分析。分析结果表明:随覆土深度的增加,地表沉降量逐渐减小。但当覆土>1.6D(1D=2.8 m),地表最大沉降变化不大;开挖面稳定的前提下,减少泥水压力更利于地表变形控制;随着开挖直径的增大,地表最大沉降呈增加趋势,而轴线2D外出现较明显的隆起并逐渐增大;结构稳定前提下,管节厚度对地表沉降造成的影响不明显。     

顶管下穿京沪线路基数值模拟分析

京沪线为国铁Ⅰ级铁路，线间距4.4 m的有砟轨道、双线电气化普速铁路，运营时速160 km/h。本项目热力管道采用顶管的方式先后穿越老京沪线与新京沪线，顶管外径1.8 m，顶管长度108 m，穿越处地层主要为素填土、粉质黏土、粉质黏土夹粉土，顶管距老京沪线的轨道结构的距离为6.31 m，距新京沪线轨道结构的距离为9.03 m。本文建立包括沉井、顶管、京沪线路基、轨道结构及土层的三维有限元模型，来分析顶管施工对铁路的影响，计算结果表明：采用顶管穿越京沪线可以有效地控制沉降，满足铁路运营的安全要求；沉井的变形从上至下逐渐增大，与其受力机理相同；顶管的顶部向下沉降，底部向上回弹，与周边土层变形相协调；铁路路基沉降槽的宽度随覆土厚度的增大而增大，并根据沉降值与基准沉降量的比值分为强烈影响区、显著影响区、一般影响区及无影响区，不同影响区的扩散角与土层等效内摩擦角存在联系；轨道结构的变形为盆式形状，是铁路路基的衍射变形；顶管顶进施工对沉降的影响最大，其他施工步序影响较小。     

青岛复合地层双洞隧道开挖变形规律

双线隧道开挖不同于单线隧道,为研究复合地层地铁双洞隧道开挖施工引起的地表沉降规律,文中基于青岛地铁四号线静沙区间的相关数据,通过数值模拟对双洞隧道上覆土层的不同组合施工沉降变形规律进行研究。分析结果表明,隧道上覆土层中砂土与黏土层厚度的变化,对双线隧道开挖地表沉降最大值、地表沉降和围岩的应力状态的影响较小,变化幅度也影响较小,即不同的上覆土层条件下,对双线隧道开挖地表沉降规律的影响相对较小。     

浅覆土砂卵石地层盾构施工地表沉降规律研究

为研究浅覆土砂卵石地层中土压平衡盾构施工对地表沉降的影响,本文以北京地铁新机场线2号风井-3号风井区间盾构施工为背景,采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟计算,结合实测数据,对10 m覆土厚度下左、右线盾构不同线间距、不同前后间距条件下盾构施工造成的地表沉降规律进行了研究。结果表明:随着隧道左右线间距增大,隧道上方的地表沉降先减小,间距增大至1.5D(D为开挖直径)后,地表最大累计沉降量不再随间距增大而变化,间距大于3.0D后,左右线施工不再相互影响;盾构施工纵向的影响范围约为32 m,前后施工间距小于48 m时左右线纵向影响范围重叠,前后施工间距越小,开挖造成的地表沉降值越大,前后间距大于48 m后,左右线施工不再相互影响。     

泥水平衡顶管下穿淤泥质地层既有铁路的沉降分析与控制

城市发展中各类地下管线下穿既有铁路的情况越来越多。传统D型梁顶进工法对既有线路运营的干扰影响较大,而非开挖工艺的顶管施工技术具有施工快速、干扰少等优势。因此,研究顶管施工对既有铁路沉降变化规律及技术措施,对路基沉降的控制效果具有较大意义。以上海市宝城路雨水泵站顶管工程为背景,详细阐述了用半理论半经验法计算分析铁路沉降的界限范围,提出了针对铁路特点的沉降控制措施;通过现场检测结果进行类比分析;最后总结了铁路扣轨梁、优化参数后顶管施工的实施效果。     

超大直径泥水平衡顶管时的横向地表沉降流固耦合研究

以上海一超大直径泥水平衡顶管工程为依托,基于流固耦合分析原理,利用数值模拟方法对顶管横向地表沉降进行研究。建立由顶管管片、泥浆套、施工扰动层和周围土层组成的流固耦合模型以及非耦合模型,分析注浆压力以及泥膜形成与否对地下水位和顶管横向地表沉降的影响,同时也分析了注浆与停止注浆时的地表沉降变化。实践证明,现场横向沉降实测数据与耦合结果一致,说明耦合数值模型具有可行性,可以为顶管工程的后续施工提供指导。     

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。     

砂质粉土层类矩形隧道顶管法施工引起的地表沉降

类矩形隧道引起的地表沉降是地下工程的一个重要关注点.目前,大多数学者研究在黏土中建造类矩形隧道的地表沉降,但在砂质粉土中开挖的类矩形隧道沉降却很少受到关注.因此,以杭州轨道交通L9一期工程为例,研究在砂质粉土层中采用顶管法建造类矩形隧道时的地表沉降规律.工程采用EPB顶管-盾构双模掘进机施工,通过对施工过程中的地表沉降...     

顶管下穿城市道路地表沉降规律分析

依托郑州市地铁8号线龙王庙站污水管道改迁工程，通过对区间11中工作井W-12～W-13范围内的顶管施工引起的地表沉降进行分析研究，得出了郑州地区顶管下穿城市道路引起的地表沉降规律。研究结果表明：顶管施工过程中，工作管到达时和通过时引起的地表沉降最大；产生地表沉降的横向影响范围为距离管轴线-10m～10m内；路面结构层可以有效限制地表沉降，使得横向沉降槽“浅而宽”;产生地表沉降的纵向影响范围在开挖面前后-10m～20m内；靠近始发端的监测点的地表沉降显著大于靠近接收端的监测点。最后，分析研究了产生地表沉降的原因，并提出了相应的施工处理措施。     

给水管道顶管穿越既有公路桥梁影响研究

顶管是目前管道穿越既有公路、铁路、城市道路采用的一种非开挖施工方法,具有管道施工时不影响公路、铁路、城市道路正常通行的优点。文章以具体工程为例,通过三维有限元分析,总结如何避免顶管对公路桥梁可能造成过大沉降。     

大口径钢顶管施工荷载下的受力特性分析

随着我国城市现代化建设的不断发展,地上空间的开发逐渐趋于饱和,地下空间的开发与利用越来越受到人们的重视。顶管法作为一种非开挖技术,在城市隧道管线的建设中具有广泛应用。在施工工况下,顶管管道受力复杂,本文通过对施工工况下的钢顶管进行了有限元建模分析,研究了不同覆土厚度作用下顶管的受力情况,主要分管片内力和管土接触应力两个方面进行了阐述,结果表明:随着埋深的增加,管顶和管底土压力的差异逐渐减小,整个管身的拉压差异也越来越大;接触面上沿截面的分布的纵向摩擦力在管顶和管底处较大,管道两侧较小;环向摩擦力在管顶和管底的位置接近零,管道两侧的应力较大。     

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。     

大口径顶管穿越浅覆土及对建、构筑物保护施工技术

本文介绍了大口径顶管施工浅覆土地面建、构筑物的保护施工技术难题,并切实有效地确保了地面周边建、构筑物安全。同时对非开挖施工地面沉降若干问题的理论研究和探讨,研究开发适合大口径顶管穿越浅覆土及建构筑物保护综合技术。以达到低成本、高效率、高质量进行管道非开挖埋管施工的目的。     

盾构施工引起地面长期沉降的理论计算研究

 对盾构施工引起的隧道轴线上方地面工后沉降进行研究,结果表明,土体开挖卸荷引起应力释放,产生初始超孔隙水压力,其分布呈三角形。假定衬砌不排水、土体为单面排水、压缩层厚度为隧道覆土厚度,采用太沙基一维固结理论,得到地面工后固结沉降的理论计算公式。假定地面长期沉降主要由施工期间沉降和工后固结沉降组成,进而得到地面长期沉降的理论计算公式。算例分析结果表明：该方法的预测值与实测值非常吻合;上海软土地区盾构隧道施工引起的地面长期沉降相当显著,最终地面沉降量在80 mm以上,固结沉降占总沉降量的80%～90%;按最小覆土深度5 m计算,需要2 a以上地面沉降才能最终稳定。     

直径9m级盾构施工引起的地层位移预测方法研究

以北京地铁大兴机场线工程为背景,利用现场实测数据,对直径9 m级中型盾构暗挖施工引起的地表沉降特性及其地层损失率、沉降槽宽度系数进行了反演分析,并对地层条件(开挖面地层加权变形模量、上覆土厚度、上覆土加权变形模量)以及盾构施工参数(土仓压力、贯入度、注浆压力及注浆量等)对直径9 m级盾构施工引起的沉降及其特征参数的影响情况进行了因素分析,在此基础上,提出了直径9 m级盾构施工条件下Peck理论方法关键参数的快速预测方法。研究成果可为直径9 m级地铁盾构施工引起地表变形预测提供方法基础,同时可为直径9 m级地铁盾构的设计与施工优化提供借鉴。     

复合砂性土层中盾构掘进面稳定性分析

盾构在复合砂性土层中掘进时容易发生开挖面失稳事故,因此掘进过程中开挖面保持合理支护压力尤为重要。考虑到砂性土的摩擦特性,采用上限分析原理并建立适合复合砂性土层的三维破坏机动场模型对开挖面失稳进行分析,最终得到该类地质条件下开挖面最小支护压力计算公式。给定穿越土层参数条件下,考虑覆土层为均一土层和双层土2种工况,分析研究盾构直径,埋深比,覆土层黏聚力,覆土层内摩擦角,地表荷载和覆土层相对厚度比等因素变化对支护压力的影响。该公式为复合砂性土层下开挖面支护压力设置提供了较为精确估算方法,为类似实际工程提供重要理论依据。     

顶管施工三维数值模拟及土质适用性研究

为了研究大直径顶管在不同土质中施工的适用性,结合广州市某引水工程,对外径2.8m、壁厚0.028m的顶管隧道施工进行了三维数值模拟。通过模拟结果与Peck经验公式对比,验证了所建模型能够反应顶管施工造成地层扰动的基本规律,并得出地表沉降横向和纵向的受影响范围分别为-3.6~3.6D和-2.14~2.14D(D为外径)。基于以上模型,改变顶管穿越土层的土性参数,得出了不同砂性土的模量及摩擦角、粘性土的模量及粘聚力、顶管穿越复杂土层情况下地表沉降的变形规律,并对顶管隧道不同土质条件下的适用性进行了初步讨论。     

超浅层顶管施工引起路基地层移动数值模拟

覆盖土层薄的超浅层顶管穿越路基施工引起管道周围土体移动会对路面结构造成破坏。结合实际工程,运用有限元模拟超浅层顶管穿越路基引起的地层移动和现场地表变形监测,研究了管道摩擦力、注浆率、顶推力、路面交通荷载等因素对覆盖土层变形的影响。研究表明：地层移动是先隆起后沉降,覆盖土层下部的移动速度比表层的大;地表变形的有限元计算结果和现场实测数据基本吻合;超浅层顶管施工对浅埋覆盖路基土层移动,横断面地表沉降变形在工具管纵向通过2倍顶管外径后基本趋于稳定,横向地表沉降沿侧向分布近似为正态分布,主要影响范围在顶管轴线左右两侧各1.5倍顶管外径的范围内;变形要求严格的地面下进行超浅层顶管施工,可以通过有限元分析对周围环境影响程度的评价。     

小直径管幕顶管机专用土转液装置设计

管幕法施工是一种利用小直径顶管机建造大断面地下空间的非开挖施工技术。为解决泥水平衡管幕顶管机在浅覆土施工时容易冒浆,而土压平衡管幕顶管机出土困难等难题,设计了1套专用土转液装置,能将砂土转化为泥浆再泵送至井上。该装置解决了现有土压平衡顶管机在中长距离上存在出土困难、人工辅助出土效率低下和存在安全隐患等问题。这为浅覆土管幕施工提供了一种有效控制沉降和缩短工期的新思路。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。