矩形顶管工作井稳定性三维数值模拟

本工程隧道穿越地层土质主要为淤泥质粉细砂和粉细砂,地下水丰富,施工时易产生流砂并导致路面塌陷,不能采用明挖施工,而采用矩形顶管掘进技术.运用有限元软件对工作井进行了三维数值模拟,重点分析了:①在顶进所需克服的最大顶推力作用下,工作井纵深方向和法向的水平位移;②工作井的水平应力;③油缸顶力与后靠墙的变形关系.三维有限元数值分析能很好的模拟工作井的应力及位移的大小与分布,模拟结果表明采用地下连续墙能够保证工作井的稳定性.     

平行顶管近接施工的室内试验研究

顶管工程中泥浆护套对顶进中的地层变形与土体劈裂有重要的影响。通过室内试验研究了近距离平行顶管的相互作用。在不同注浆条件下,将顶管顶入布置有两条既有顶管管道的试验箱内,通过测试系统获得不同注浆条件下顶管顶进时顶力的变化情况、土体的竖向变形和顶管顶进对既有顶管管道产生的影响。研究结果显示:顶管顶进过程中,顶力先增大后逐渐减小,土体出现隆起现象;新顶进顶管对既有顶管管道上方土体产生影响,但影响有限;注浆可以有效减小顶管顶进阻力,分布在顶管外壁和周围土体中的浆液使土体体积膨胀,这使得在注浆条件下土体表面产生的变形大于未注浆时土体表面变形。试验结果可以有效地指导近距离平行顶管的施工。     

水平荷载作用下沉井后靠土变形数值分析

顶管工程中后靠土体为沉井提供支撑作用,而推进反力对后靠土体的扰动会影响工程效率及安全性,因此有必要研究顶管推进对土体变形产生的影响。本文建立了计算后靠土体变形的三维有限元模型,分析了水平平行顶管推进引起的沉井后靠土体变形特性。结果表明:随着与沉井后靠墙距离的增加,后靠土体地表隆起变形先逐渐增大,然后逐渐减小,最后达到稳定;推进反力对后靠墙埋深范围内的后靠土体变形影响较为明显,最大侧向位移发生在推进反力作用部位;推进反力对沉井长度范围内的土体水平位移影响较大,最大位移值发生在沉井的对称轴附近。     

复杂工况条件下微顶管施工的顶力计算与分析

为了分析软土地层复杂工况条件下微顶管施工的工艺参数,文中以福建省厦门市灌口后溪片区排水管网改造工程为例,基于现有的顶管施工技术规程对微顶管顶进施工的总顶力进行理论计算,对微顶管施工影响范围内地表的竖向变形进行监测,将其与理论参数关联、对比分析。结果表明,周围环境土体主要受到管道顶进顶力大小与不同管径管道覆土厚度的共同作用而发生变形,施工前应根据不同管道的覆土厚度分别计算顶力及顶进速度,合理选择施工机械,控制顶力与顶进速度,最大限度优化施工效率。     

泥水平衡法顶管施工

根据顶管施工流程，简述了工作井及接收井的施工方法和流程，从顶进程序、控制测量、纠偏控制、后靠墙的稳定计算等方面介绍了顶井管的施工过程，以保证顶管施工质量。     

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。     

武九管廊顶进施工引起地表变形的数值计算与现场实测

顶管法施工避免了管廊施工对地面结构的直接影响,但管廊顶进施工对地表土体变形的影响却不能忽视。本文采用MIDAS/GTS软件对武九管廊和平大道段顶进施工引起的地表土体变形进行了有限元数值计算。研究结果表明:靠近始发井的土体直接产生沉降变形,且随着顶进距离的增加逐渐增大到最大值;远离始发井的土体则先发生抛物线形的隆起变形,在达到某一顶进距离时,土体变形由隆起转变为沉降,且随着顶进距离的增加沉降逐渐增大到最大值;地表土体在垂直于管廊轴线方向的变形呈现"U"型沉降变化曲线,在管廊轴线正上方沉降值最大。开展了武九管廊和平大道段顶管施工引起地表土体变形的现场监测,监测结果验证了地表土体变形有限元计算结果的正确性。     

一种应用于管幕顶管的步进式主顶进装置设计

管幕法施工是一种利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施工技术,目前被广泛应用于铁路、建筑结构、机场等下方的开挖工程。但由于所用钢管节通常具有直径小、长度长等特点,所以为保证油缸压杆稳定性,需多次运用后部垫块,使得每次顶进的效率大大降低,同时占用大量现场行车的使用时间,影响施工节拍。以传统顶管机为研究基础,设计了一种适用于小口径管幕顶管机的专用后部主顶进装置。该装置能够实现步进式自动行走,满足长管节顶进和回退的施工需要;整个顶进过程只需在吊放钢管节时用到行车,分段顶进时无需再用行车;而且固定移动后靠只需控制插销油缸伸缩即可完成,操作较为方便,自动化程度高。     

软土地区管幕群顶管施工地面沉降监测与分析

依托上海14号线桂桥路站管幕段实例工程,对管幕群顶管顶进施工过程地面沉降情况进行监测,分析群顶管施工对地面沉降的影响,在此过程中对本工程采用水土分算或合算进行讨论。根据顶进过程实际工况和监测数据,分析管幕群顶管施工影响地面的原因,提出相应控制措施。结果表明:①管幕群顶管施工引起最大地面沉降出现在始发井出加固区区域;②在本工程中采用水土合算计算正面土压力较为符合实际情况;③管幕群顶管施工过程中影响地面变形的因素主要包括前舱压力、顶进速度、洞门止水、管壁摩擦和同步注浆等方面。     

顶管施工对既有区间隧道的影响研究

为研究顶管上穿地铁区间隧道过程中隧道受力的变化,依据徐州市区奎河综合整治工程截污主管顶推工程相关的设计及施工资料,采用GTS进行三维数值模拟分析,根据施工工况,分析对既有区间隧道的影响。结果发现,顶进过程中的推力及顶管引起的土体卸载造成区间隧道的变形,伴随顶管顶进的过程,原有区间隧道的受力及变形会越来越大,当顶管顶进一定位置时,区间隧道的受力及变形最大。计算结果表明采用顶管施工可以很好的控制隧道的变形,确保顶管施工期间地铁隧道的结构安全。     

泥浆减阻技术在粉土地层长距离曲线顶管中的应用

上海世博北京西路～华夏西路电力电缆隧道三标工程采用Ф3500F型钢筋混凝土管和大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工。该工程分为6个区间顶程,全部是大直径长距离曲线顶管,其中11～10区间顶管穿越的地层主要为夹砂粉土层。该区间顶管实施过程中,施工技术人员对顶管触变泥浆材料、配方、搅拌方法、注浆工艺等,尤其是对触变泥浆在粉土地层中的抗渗透性能和稳定性进行了深入的研究。通过研究结果在施工中的运用,成功地将混凝土管道外壁与粉砂土之间的单位面积侧向摩阻力控制在1kPa以内,保证了顶管顺利贯通的同时,该研究与应用成果还为今后类似顶管工程的设计和施工提供了参考。     

电力隧道顶管工作井支护结构受力与变形实测分析

以佛山市某电力隧道顶管工程工作井(始发井)为例,对顶管工作井施工期间支护结构受力与变形情况进行现场监测。工作井施工期间监测数据表明:围护结构的变形具有明显的时空效应,工作井开挖期间长时间的暴露会导致地连墙深层水平位移增量变大、墙顶产生隆起以及内支撑轴力增大;内支撑的架设和底板的施工能够抑制地连墙水平位移向井内进一步增大,同时,也会使得其他内支撑轴力减小;拆除内支撑时,工作井围护结构整体水平位移变化幅度较大,靠近拆撑位置向井内位移,远离拆撑位置向井外位移,并且使得其他内支撑轴力增大;工作井支护结构“角部效应”明显,内支撑轴力和位移实测值均相对较小,设计偏于保守,应对设计方案进行优化。     

偏心顶力下多室沉井结构受力分析

偏心顶进力荷载作用下,多室沉井作为顶管始发井时,结构的受力与变形特性非常复杂。以深圳市固戍水质净化厂二期工程大型沉井为对象,通过数值模拟研究不同的偏心顶力作用下多室沉井结构的工作性状,得出多室沉井结构的受力特性及变形规律。在此基础上提出相应的技术处理措施,即在沉井内隔墙之间浇筑支撑墙,对比分析采用支撑墙之后沉井结构的受力特性和变形规律,验证措施的有效性及可行性。结果表明:顶管施工会使多室沉井结构产生平面上的扭转以及竖直方向上的倾斜,增大沉井结构局部应力,最大主拉应力超过混凝土抗拉强度标准值;浇筑支撑墙后,沉井变形和受力得到明显改善,最大主拉应力减小到1.3 MPa。     

围护墙后开挖对基坑变形影响的数值分析

以西江引水盾构一标盾构吊出井和阀门井深基坑工程为分析对象,考虑土体的小应变刚度特性,建立三维有限元分析模型,探讨围护墙后开挖对基坑的变形影响。通过计算结果和实测数据的对比分析,表明部分围护墙后开挖卸载,造成支撑两端产生不平衡力,使开挖一侧的墙体回弹而减小水平位移,而对侧墙体水平位移继续增大,墙后土体沉降也随之增大。墙后的局部开挖卸载还能引起支撑两端墙体最大位移向相反方向移动,产生错动趋势。而开挖卸载的同时在墙后适当增加支撑可调整墙体的位移增量,有助于减少对基坑的扰动。所获得的结论对于既有基坑墙后开挖工程的设计和施工具有重要的参考价值。     

15m级三车道矩形顶管在下穿城市主干道工程中的应用

随着矩形顶管在市政交通领域的应用,10m级两车道矩形顶管技术越发成熟,亟需15m级三车道矩形顶管技术的研究与应用推广.本文对嘉兴市快速环线15m级三车道矩形顶管下穿南湖大道工程的设计、施工和监测进行介绍,工程采用一台14.8m×9.4m类矩形盾构机进行南北双线分离式顶进实施,机头采用前6后8多刀盘组合形式,通过设置凹凸...     

箱涵顶进对基围护结构内力变形的影响分析

城市下穿铁路箱形桥常采用顶入法施工,顶进过程中,千斤顶所产生的顶力经常使工作坑围护结构产生附加内力变形。但后背梁与滑板整体浇筑的特点,使得通过后背梁作用在围护结构上的顶力不明确,这种附加内力变形有多大,设计中如何考虑,目前没有清楚的认识,开展相关的研究具有重要的工程意义。采用弹性地基梁法对围护结构进行基坑开挖与箱涵顶进全过程内力变形分析,通过对施工过程中基坑围护桩和后背梁的水平位移进行监测,取得了作用在围护结构上的顶力分担比及箱涵顶进对工作坑围护结构内力变形的影响,为完善箱涵顶进工作坑的设计方法提供参考。     

顶管施工引起邻近地下管线附加荷载的分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管掘进机与土体之间的摩擦力和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体附加应力计算公式。假定土体为Winkler模型,推导得到土体损失引起的垂直向土体附加应力计算公式。研究了顶管施工在邻近垂直交叉地下管线上引起的附加荷载分布规律。研究结果表明：附加荷载的变化规律与地下管线和掘进机的相对位置密切相关,是一个三维问题;随着地下管线与顶管之间距离的减小,附加荷载急剧增大;在正常施工时,竖直方向引起的附加荷载值最大,顶进方向其次,垂直于管壁方向最小。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

Experimental study on the effect of injecting slurry inside a jacking pipe tunnel in silt stratum

Through a three-dimensional model test, the variations of jacking force and ground settlement inside a jacking pipe tunnel in silt stratum, under testing conditions which include non-injection and different synchronized injections of slurry, are simulated in order to study the effect of traditional thixotropic slurry (consisting of bentonite, CMC (Carboxymethyl Cellulose) and soda ash) and HL compound slurry to decrease frictional resistance and ground settlement. And then their mechanical properties are investigated according to the different slurry micro-structure features which are captured by an electron microscope. The tests and analysis demonstrate that: (1) injecting thixotropic slurry inside a jacking pipe tunnel has conspicuous effects in reducing frictional resistance, and (2) viscosity and condensation force of the slurry have a dominant effect on decreasing frictional resistance and ground settlement, respectively. To reach optimal jacking distance and efficiently control ground settlement, more attention should be given to slurry parameters in the actual engineering processes. The research results indicated excellent effects when they were applied to the jacking pipe of Shanghai Lingang New City Sewage Conduit.