均质土中钢顶管顶进稳定性的能量法分析

顶管作为一种非开挖技术,越来越多地应用于各种地下管线工程。钢顶管在顶进过程中,如果顶力控制不当,可能发生轴向整体屈曲,从而导致管体结构失稳破坏。针对这一问题,考虑管周土体的约束、管–土摩阻力以及轴线偏差引起的初弯曲等作用,建立并求解了均质土中钢顶管在轴向顶力作用下的能量方程,获得了临界顶力荷载的解析解。然后,从轴线偏差、管周土体地基反力系数、管–土摩阻力方面分析了钢顶管轴向整体稳定系数的变化规律。钢顶管轴向整体稳定系数随长细比增大而减小,轴线偏差显著降低了钢顶管的轴向整体稳定性。顶管周围土体的约束作用增大了钢顶管轴向整体稳定性。管土摩阻力对钢顶管的轴向整体稳定性影响很小,可以忽略不计。均质土中的钢顶管轴向稳定性规律不同于一般的钢结构,临界顶力荷载解析解可以为钢顶管设计提供依据。     

基于Pasternak地基模型的钢顶管纵向稳定性研究

本文采用Pasternak地基模型,研究了钢顶管在纵向顶力作用下,顶管长径比、径厚比、椭圆度、轴线偏差与地基反力系数对其纵向稳定性的影响。参数分析结果表明,钢顶管径厚比小于150时对纵向稳定性影响不大;地基反力系数对钢顶管纵向失稳模态具有一定影响,对纵向稳定性系数的影响较小;顶管椭圆化率会减弱顶管的纵向稳定性,但降幅并不显著。纵向稳定性系数随长径比的增大呈线性折减,随轴线偏差值的增加而显著降低。综合长径比和轴线偏差因素,可得钢顶管稳定系数的经验公式,为顶管设计施工提供理论依据。     

弹性地基中钢顶管轴向稳定性的有限元分析

本文采用有限元方法分析了在弹性地基中钢顶管的轴向稳定性问题,讨论了钢顶管轴线偏差和地基弹性系数对钢顶管轴向弹塑性稳定极限值的影响。研究表明:钢顶管的弹塑性稳定极限值小于按弹性理论计算的弹性屈曲特征值;弹塑性稳定极限值随着轴线偏差的增大而减小,随地基弹性系数的减小而减小。同时,提出在钢顶管施工中要严格进行轴线控制,避免出现较大的轴线偏差。     

深埋曲线钢顶管受力特性现场监测试验研究

为了研究深埋曲线钢顶管施工过程中的力学特性,依托拱北隧道曲线顶管管幕工程,对曲线顶管管节轴向与环向应变进行了现场监测分析。实测数据结果表明,管节应变随顶进距离增大而略微增加,但基本保持在一定范围内。管节在顶进过程中应力曲线发生波动,停止顶进后逐渐趋于平稳。管节轴向应力主要受顶进力影响,而环向应力主要取决管节外侧环向荷载,曲线顶管管节弯曲内侧存在压应力集中。由于存在泊松效应,大埋深条件下管节顶部和底部轴向应力受环向变形控制。随着与机头距离增加,管节由轴向两侧受压逐渐转变为单侧受压,受压区位于管节弯曲内侧,应力集中更加显著。     

软土地层小口径钢顶管结构施工过程监测研究

基于上海市梅陇基地雨、污水排水管网改造工程,监测DN800钢顶管施工过程。研究顶进力作用下,钢顶管管道结构环向与轴向应变趋势。分析发现:钢顶管管道在卸载后产生一定的弹性势能导致钢管产生轴向回弹;同时在相同轴向顶进力作用下,钢管管道各截面轴向和纵向应力变化趋势不随轴向位置变化而改变。研究结果可为类似工程提供借鉴。     

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。     

大直径双排平行钢管顶管施工技术

某直径3m的双排平行钢管顶管工程,整个管线在淤泥质粉质粘土和粉质粘土中顶进,选用两台多刀盘土压平衡顶管机施工.通过计算,确定了双排平行钢管顶管的中心间距和错位纵距,保证了施工过程中两排顶管无不良影响.通过对顶力和顶进轴线的控制,保证了顶进工作的顺利进行.     

大口径钢顶管超长距离施工关键技术

通过对注浆孔布置和浆液配比的调整、注浆压力和注浆量的合理控制、中继间的优化布局,形成了长距离连续施工的大口径钢顶管顶力控制技术,将管道摩阻力控制到0.9 k Pa、主推顶力控制在12 000 k N以内,有效解决了超长距离大口径顶管的连续顶进施工难题。针对φ3 600 mm大断面顶管的开挖面稳定和出土效率要求,研发了土压平衡式顶管新型出泥装置与工艺,实现了自动连续出土,提高施工效率。开发了新型超长距离测量装置和基于连通管原理的长距离高程测量装置,并由钢顶管偏转受力分析确定纠偏控制角度,形成了跟踪测量与纠偏技术相结合的施工工艺,有效地实现了1 960 m超长顶管的轴线和高程控制。     

超长距离大口径钢顶管曲线顶进轨迹的控制技术

分析了钢顶管曲线顶进轨迹控制系统应满足的要求,提出了适合超长距离大口径钢顶管曲线顶进的轨迹控制系统,并分析了各组成部分在轨迹控制中的作用。从机头姿态控制和线形控制两方面介绍了钢顶管曲线顶进的施工控制方法,提出了及时准确测量、机头与二级纠偏管联合作用、绘制机头偏差趋势图、及时启用纠偏特殊管、用螺栓和卡箍控制开口量等轨迹控制方法。介绍了上海青草沙水源地原水工程严桥支线,对钢顶管曲线顶进轨迹控制技术的实际应用效果进行了分析。实践证明,对于钢顶管的曲线顶进,采用提出的轨迹控制技术会取得较好的控制效果。     

谈大口径曲线顶管工程技术要点

结合DN2 000钢筋混凝土管泥水平衡式顶管工程实例,重点分析了预估顶力与实际顶力之间的差别,以及顶进过程中水平与竖直偏差的控制情况,并对工程难点分析研究,以期为大口径顶管施工提供参考。     

顶管管道允许顶力的重要性及其计算

管道顶进距离延长后,确定合适的管道允许项力,已成为管道施工质量的关键。本文着重介绍管道设计允许顶力的计算方法,同时还介绍了管接头有缝隙后的允许顶力是如何折减的。     

矩形顶管考虑泥浆触变特性的顶推力计算

矩形顶管施工顶推力的计算是施工中非常重要的环节,主顶油缸在设计顶力时需要依据公式计算结果进行配置,因此,公式计算结果的准确性往往关系到施工的财力物力成本。顶推力主要由顶管掌子面的迎面阻力和管壁周围的摩阻力两部分组成,迎面阻力可以被认为是一个定值,因此顶推力公式计算的关键是管周摩阻力的推导。考虑管土之间的泥浆触变特性,通过黏性流体力学的N-S方程结合微元分析法计算矩形顶管管壁周围的摩阻力,并以此推导出顶推力计算公式。通过工程验证,推导的公式结果误差为21%,与现有矩形顶管顶力计算公式对比,更接近实际测量值,验证了本文公式在矩形顶管顶推力计算方面的准确性。     

顶管新概念

本文在已有的技术基础上,提出了顶管新概念:(1)顶进管道是浮在泥浆中向前移动的;(2)管壁摩阻力是可以逆转的,管道弯曲阻力是不可逆转的;(3)管道弯曲是管壁阻力增加的主要原因,科学纠偏是减少管道弯曲的有效措施。     

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。     

新型预应力钢筒混凝土顶管受力特征试验研究

城市供水能力不足与供水安全保障脆弱等问题一直制约着城市的发展,为实现特大山地城市供水组团与水库资源间互联互通需修建大量引水隧洞,而在岩质地层引水隧洞顶管法施工中预应力混凝土管节(JPCCP)抗裂问题一直是施工及运营管理极切关注的重点。本文采用现场顶进原型试验方法开展了预应力混凝土管节在轴向顶力作用下内外层混凝土应变、内外表面混凝土应变及混凝土管节裂缝开展研究。研究结果表明:(1)JPCCP管节在轴向加载过程中,内外层应力分布形式一致,但外层应力远大于内层,受偏心加载影响,管节应力在纵向传递中均出现偏心方向变化;(2)管节端口内侧混凝土是最薄弱区域,加载到顶力设计荷载的2/3左右时,在端口附近开始出现裂缝,且随着荷载增加沿环向发展,最终接近贯通;(3)推导了轴向荷载作用时JPCCP管承载特性计算公式,并与试验进行了对比验证,为类似结构的计算提供了理论基础。     

分节预制式多曲线顶管的顶力估算公式

现有的曲线顶管顶力估算公式是由直线顶进公式乘以一个曲线顶管顶力附加系数而来,估算结果与实际工程顶力的匹配程度较低,尤其是在三维曲线顶管工程中,受曲线段的影响,准确估算顶力的难度更大.文章在分析曲线顶管管节静力平衡原理及其传递规律的基础上,提出了一个能够考虑多曲线顶进姿态影响的顶力估算公式,并基于某2.88 m外径、62...     

泥水平衡机械顶管遇不明障碍物处理措施探讨

泥水平衡机械顶管在污水管网建设中应用广泛,但若地质情况不明,顶进过程中可能遇到孤石等障碍物,若采用常规处理方法,则对工期和造价都将造成非常大的损失。通过对广州某采用泥水平衡机械顶管工程在施工中遇到障碍物的问题进行分析,提出了利用接收井作为临时工作井,在井内采用钢套管人工掘进反向顶管,并在顶管外设置旋喷桩止水的解决方法,取得了很好的效果,为同类问题的解决提供了一定的借鉴。