近距离平行顶管施工监测与技术分析

在后施工管道的顶进过程中,通过对已施工管道的纵向与环向钢筋应力以及管道的接触压力、管道接缝纵向变位的现场监测,得到了近距离平行顶管施工对管道内力及变形的影响规律,并分析了顶管施工对相邻管道的扰动机理,提出了减小扰动的工程措施,为今后类似工程的应用提供参考.     

浅谈矩形顶管近距离穿越重要供水管道的施工影响分析

以济南地铁站某出入口通道顶管工程为背景,建立矩形顶管施工对近距离管道影响的力学模型,并结合现场监测,以此浅析大断面顶管施工对近距离下穿城区主要供水管道的影响。得出以下结论：(1)矩形顶管施工时,管道的变形表现为先隆起后沉降,管道中部变形量最大,沿轴线向两边,变形量逐渐减小。(2)管道的变形随着顶管顶进长度的增加,主要分为3个阶段：隆起阶段—急剧沉降阶段—沉降稳定阶段,本工程管道急剧沉降阶段的顶进长度为15～35 m(管道位于顶进长度20 m处)。(3)随着顶进长度的增加,管道的轴向、径向应力均随之增大,顶管顶进长度为15～35 m之间时,管道应力急剧增大。     

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。     

浅埋大断面顶管施工引起地基变形规律分析

随着城市地下空间的不断开发利用,顶管法也在我国城市隧道施工中得到广泛应用。本文通过对深圳地铁7号线华强北站浅覆土大断面顶管施工过程中地表变形实际结果的整理分析,结合有限元分析方法,对浅埋条件下大断面顶管顶进施工过程中地表变形的规律进行研究,分析注浆压力等施工参数对地表变形的影响。通过不同影响因素的分析,发现顶管施工中土体损失是引起地表沉降的主要因素,因此实际施工中需要严格控制出土量。结果表明顶管顶进过程中由于土体损失作用,在顶管机掘进面上方地表会出现显著沉降变形,随着顶管进一步推进以及注浆压力的施加,地表沉降会逐渐恢复并出现一定的隆起,随着注浆压力的消散,地表又表现为一定的沉降变形。地表沉降主要集中在顶管施工区域,显著影响范围为2.5倍顶管宽度。     

顶管隧道施工对桥梁桩基的影响

文章以昆明4号线菊华站地铁车站过街通道矩形顶管近接高架桥施工为背景,通过数值模拟的方法,分析在采用桩侧土体注浆预加固及超灌触变泥浆两种措施下顶管隧道施工全过程中邻近桥梁桩基的安全性。结果表明:(1)顶管顶进施工对桥梁桩基的受力影响不大;(2)顶进完成后,桥梁桩基将产生指向顶管隧道的横向变形,较近侧桩基产生沿顶进方向的变形,且横向变形大于纵向变形,离顶管越近的桩基变形值也越大;(3)采用桩侧土体预加固结合超灌触变泥浆的方式能有效将桩基在顶管施工的全过程中的受力及变形控制在安全限值之内。     

顶管施工中相邻垂直交叉地下管线变形的三维有限元分析

顶管施工引起的管道周围土体移动会对相邻地下管线造成危害。采用三维有限元分析了顶管施工引起的相邻垂直交叉地下管线变形，研究了离顶管距离的远近、注浆、纠偏、不同管材、地下管线埋深、管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响。研究表明：地下管线产生的竖向位移远大于水平位移，当顶管开挖面通过地下管线2m时，地下管线产生的竖向位移达到最大；顶管向地下管线侧纠偏是引起地下管线变形的主要原因；地下管线弹性模量越小，产生的位移越大。地下管线周围土体的弹性模量大小对位移有很大影响，可以通过注浆等方法加固土体以减小地下管线的位移。     

超大直径钢顶管近距离侧穿高架桩基施工关键技术

以虹桥商务区核心区(二期)管沟工程为例,结合目前国内超大直径DN4200钢顶管近距离侧穿高架桥桩基和地表沉降监测数据,分析顶管顶进引起土体损失、顶管机正面推力及摩擦力等因素对周边土体的扰动是地表及周边构筑物变形的主要原因。通过对顶管近距离穿越桩基的顶进控制研究,制订合理的施工技术方案,采取必要的保障措施。施工中地表和临近桥梁沉降因顶管机正面推力、注浆压力等因素发生波动,沉降和变形均符合变形控制标准,确保工程顺利实施。这为类似工程提供良好的借鉴经验;也为今后城市复杂环境、复杂施工工况下,城市综合管廊开发应用奠定基础。     

大断面浅覆土矩形顶管模型试验研究

在顶管隧道施工中,同步注浆是控制地表变形和顶力控制的关键环节。目前对于传统的同步注浆研究主要局限于浆液材料,摩擦系数的研究,而对浆液本身流动及其填充机理的研究涉及很少。通过建立顶管-浆液-土体系统和模型试验装置,在考虑相似律的情况下,介绍了大断面矩形顶管同步注浆的室内缩尺模型试验研究结果,研究了传统触变浆液（由膨润土、羧甲基纤维素和纯碱组成）和HS-3复合浆液和聚丙烯酰胺复合浆液对泥浆套质量影响效果。试验中测量了土层的竖向位移变化、顶进力的大小,以观察同步注浆对地面位移和顶力的影响。探究了浅覆土大断面矩形顶管隧道同步注浆对地面位移和顶进力的大小影响规律。试验发现,在注浆情况下,顶进力可以减少40%左右。     

高地下水位高透水地质条件下的顶管施工技术

以山海关污水管网一期某污水管道实际工程为例,介绍了高透水地质条件下的顶管施工技术。施工中采用超前小导管注浆固化土体,达到了超前加固围岩和止水的目的;同时边顶进边灌膨润土泥浆,有效减小了顶管的顶进摩阻力;在管道顶进施工结束后,再用水泥与粉煤灰配比浆液对触变泥浆进行置换,以防路基沉陷。采用上述施工技术取得了良好效果,可供相关工程参考借鉴。     

顶管工程土与结构性状的理论研究

随着社会城市化进程的推进，地下空间的开发和利用越来越受到人们的重视。顶管法作为一种暗挖施工技术，可以在不开挖地表土的情况下将管道铺设完毕，具有无可比拟的优点，因而得到越来越广泛的应用。但是顶管法施工不可避免地会引起地面和地下土体的移动，在土中产生附加应力。当土体位移过大时，将对周围建（构）筑物和邻近地下管线构成危害。对顶管施工中管土相互作用、土体变形及工作井土体反力计算方法进行研究。主要工作和研究成果如下：（1）假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体，滑动块上部为一梯形棱柱。采用太沙基松动土压力理论，根据滑动块的整体受力平衡，推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式。算例分析表明，该方法的计算结果小于楔形体模型的计算结果，更接近离心模型试验结果。（2）对顶进过程中管道纵向与环向钢筋应力及管土接触压力进行现场测试。结果表明，轴力和管土接触压力都随顶进距离增大而增大，顶进到一定距离后基本稳定。管道顶部和底部的内侧钢筋受拉，外侧钢筋受压；管道左右两侧的内侧钢筋受压，外侧钢筋受拉；环向钢筋受力很小，但变动较大。注浆对管顶接触压力影响较大，注浆后压力明显减小，对左右两侧接触压力影响较小。（3）对长距离直线顶管施工中管土相互作用进行分析后认为，管道在承受对角荷载时产生转动力矩，当管道端部的最大土体反力超过土体承载力时土体产生破坏，造成管道失稳。分析传统曲线顶管施工中管土之间的相互作用；采用考虑位移的土压力计算方法计算环向土压力，得出首节管道和后续管道的最大土体反力计算公式；提出长距离直线和曲线顶管施工中防止管道失稳的控制措施。     

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。     

矩形顶管施工地下管线破坏机理分析与控制

由于顶管施工不可避免地对周围土体产生扰动,引起地层移动,从而威胁邻近地下管线的安全.文中以某地铁站出口市政过街通道矩形顶管施工为背景,通过分析矩形顶管施工时土体与地下管线的相互作用,探讨管线应力和位移的分布情况,对其破坏机理进行了总结,并阐述了相应的控制措施.     

采用泥水平衡进行大口径顶管施工的沉降控制

上海川沙雨水泵站及配套雨水管线工程在顶管施工中,选择施工条件好、口径大、顶程较短的两段雨水管作为试验段,重点研究了顶管过程中的顶力分析和沉降控制。研究成果可为后续大口径顶管施工提供理论依据。     

大直径顶管施工对邻近垂直交叉地下管线的影响分析

针对深圳某变电站线路出线配套电缆大直径顶管工程施工对地下管线的影响，利用FLAC3D模拟了大直径顶管施工过程，分析了邻近垂直交叉地下管线在不同开挖面推进力、管线与顶管开挖面不同距离情况下的位移变化．研究表明：推进力大小对垂直交叉地下管线的水平位移影响明显大于其对竖向位移的影响；并且在距离顶管中心线10m（约2．5倍管道直径）范围管线的位移随顶管推进力及开挖面位置的变化有较大变化。     

矩形顶管施工引起的地面沉降变形研究

以南宁市轨道交通1号线南湖站Ⅰ号过街通道顶管工程为背景,分别考虑顶管机及后续管节对土体的作用力引起开挖面周围土体的施工时变形、土体损失引起地面永久沉降、注浆对土体损失补偿引起的地面抬升、地层中超孔隙水压力消散发生失水固结效应引起的工后沉降等因素,揭示了在注浆压力作用下矩形顶管隧道周围土体的变形模式,推导了由注浆填充引起的土体竖向变形计算方法,给出了扰动范围土体内超孔隙水消散引起的工后固结沉降的计算公式。运用Mindlin弹性理论解、随机介质理论、分层总和法分别对该工程由土体应力状态变化、地层损失、注浆填充和失水固结4个方面引起的地面变形进行计算,根据计算结果与实测数据的对比分析,对矩形顶管施工扰动引起的地表沉降变形特性进行系统研究,叠加后的计算结果与实测数据变化规律基本一致,且数值吻合较好。     

长距离顶管管道的失稳分析

管道失稳是由于管道周围土体提供的抵抗力矩小于偏心顶推力而产生的扭转力矩,造成管节偏离设计轴线。分析了长距离直线顶管施工时管土之间的相互作用,认为管道在承受对角荷载时会产生转动力矩,当管道端部的最大土体反力超过土体承载力时土体产生破坏,造成管道整体失稳。提出了管道失稳时假定接头处为铰链的管土相互作用宏观模型。分析了传统曲线顶管施工中管土之间的相互作用,建立了首节管道和后续管节的受力模型及土体反力分布模式。采用考虑位移的土压力计算方法计算环向土压力,得出首节管道和后续管节最大土体反力的计算公式。对一个工程实例进行了计算,结果表明首节管道容易失稳。提出了长距离直线和曲线顶管施工防止管道失稳的控制措施。     

重庆市主城排水工程D干管二级管道工程顶管施工探讨

目前,在顶管施工中存在的问题主要有:对顶管施工中顶进力的计算,浅层顶管时土体的移动,长距离顶管时注浆减摩的作用机理,以及曲线顶管时弯曲半径。结合重庆市主城排水工程D干管二级管道工程顶管施工实践,采取相应的处理措施,并取得了较好的效果。     

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.     

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。