砂性土中钢筒混凝土管顶管施工技术

杭州市七格污水处理厂二期进厂总管工程钢筒混凝土管顶管所处的地层为砂质粉土,顶进时侧壁摩阻力较大,而且钢筒混凝土管在顶进施工中的允许转角只有0.59°,对测量和施工纠偏技术要求较高。为保证施工质量和进度,施工采取了一系列技术措施,如针对砂性土的环向注浆技术、注浆压力的控制技术和钢筒混凝土管的纠偏控制等,有效地保证了钢筒混凝土管顶管在砂性土中施工的工程质量和进度。     

大口径预应力钢筒混凝土管顶管轴向顶进的力学性能试验研究

为验证大口径预应力钢筒混凝土管顶管结构设计的合理性和探究其施工过程中的力学行为特性,对顶管轴向顶进的力学性能进行了试验研究分析。通过直线顶进、偏角顶进等数个工况的顶进模拟试验,得到了管材各结构层的应力、应变及相互作用等力学特性。试验结果显示,在直线顶进和偏角顶进的情况下,预应力钢筒混凝土管都具有较好的结构性能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

预应力钢筒混凝土顶管在供水工程中的应用研究

预应力钢筒混凝土顶管是一种把预应力钢筒混凝土管结构特点和顶管工艺相结合的具有发展前景的新型管材,但目前尚无设计规范和成熟的设计理论可供引用。本文研究通过设计、制造、施工、监测等多个专题系统研究,掌握了管材结构的力学行为,研发了适用于长距离顶进的结构形式,开发了高精度管节制造技术和施工技术。黄浦江上游某原水工程中,DN3000管道一次顶进长度达830m,水压试验和施工期及运行期监测成果表明,相关研究思路和成果是可靠的,可为预应力钢筒混凝土顶管的应用提供技术和工程参考。     

拱北隧道大直径曲线管幕顶管顶力研究

 以我国在建港珠澳大桥拱北隧道管幕工程为例,研究长距离大直径曲线管幕的施工顶力。总结曲线顶管顶力的主要组成及影响因素;比较和分析中国和日本顶管规范的预测顶力和现场实测顶力的差异;推荐总顶力中迎面阻力的计算公式以及管壁单位摩阻力和摩擦因数的取值;基于力学平衡,推导分节曲线顶管顶力的计算公式。研究表明：泥浆润滑后钢管的管壁单位摩阻力和摩擦因数远小于以往研究中提供的混凝土管的管壁单位摩阻力和摩擦因数;推导的分节曲线顶管顶力公式的计算顶力和实测顶力吻合良好。研究结果可为类似的管幕工程以及供水、污水、供电、通信等管道的顶管设计和施工提供有益参考。     

大断面钢结构顶管纵向力时变规律研究

顶管隧道断面上纵向力的大小,一方面影响结构稳定和施工安全,另一方面影响环缝止水垫的防水性能和环缝刚度。通过计算求解顶管隧道纵向力与摩阻力、掌子面压力以及止退反力之间的数学方程,建立了隧道断面纵向力随顶进里程的变化关系,并将理论解与现场试验实测结果进行了对比,二者具有良好的匹配性。分析结果表明：(1)管节断面纵向力随顶进里程的变化规律为一条逐渐收敛的波动曲线,并在隧道贯通后迅速降低。理论值与实测值具有良好的匹配性;(2)止退时及隧道贯通后断面纵向应力较小,不利于环缝防水,且隧道纵向刚度较小,易产生不均匀沉降;(3)止退装置弹性系数、顶进里程、隧道尺寸及隧道埋深是顶管断面纵向应力的重要影响因素,且均呈现不同程度的正相关关系。     

超小净距矩形顶管隧道群施工力学研究

在繁华城区超小净距平行矩形顶管隧道群施工过程中,管节结构及其与地层土体间的受力状态对施工安全和结构优化至关重要。为此,文中依托某城市下穿主干道顶管隧道群工程,通过现场实测顶进施工过程中管节结构及其与土体之间的受力大小,研究了管节结构与土体之间的受力规律、管节结构的纵向受力状态,同时分析了先、后施工情况下,相邻管节结构之间的受力影响。研究结果可应用于繁华城区超小净距矩形顶管隧道群的结构设计和施工控制,具有很大的实用价值。     

考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式

顶进力是顶管工程设计和施工的重要参数,而顶管侧摩阻力对顶进力起控制作用,其大小主要受管土接触和管浆接触特性影响。为了更加准确地计算顶管摩阻力,假设隧洞孔壁在泥浆压力作用下保持稳定,管道周围同时存在管土接触和管浆接触,采用协调表面Persson接触模型分析管土接触特性,得出考虑接触压力分布影响的管土摩阻力;然后利用半无限弹性体中柱形圆孔扩张理论分析注浆压力对泥浆套厚度的影响,并结合泥浆触变性和流体力学平行平板模型计算管浆摩阻力。在此基础上考虑管道与隧洞的相对位置,同时将管道顶进时的滑动摩擦阻力作为下限值,顶管重启动时的静摩擦阻力作为上限值,总结出直线和曲线顶管摩阻力公式。通过与工程实例数据对比,结果表明该计算公式下限值与实测值最接近,证明其适用性。     

软土地区大口径玻璃钢夹砂顶管顶力监测分析

玻璃钢夹砂管因其重量轻、耐腐蚀、摩阻系数小、管道和接口抗渗强度高等优点,在城市给排水管道的顶管施工中得到越来越多的应用.通过现场测试与分析研究了上海软土地区大口径玻璃钢夹砂顶管的顶力特性.结合背景工程两个试验段对玻璃钢夹砂顶管的顶力进行了现场监测,并通过对顶进过程中的管壁土压力测试分析了顶管外壁摩阻力及摩擦系数,获得软土地区玻璃钢夹砂顶管顶力计算的经验公式,为今后同类工程的顶力设计计算提供更加准确有效的方法.     

基于管土接触特性的顶进力计算模型分析

顶进力是顶管工程中管道结构设计、顶管机选型和工作井结构设计的决定性参数之一。为了更加准确地计算顶进力,假设泥浆压力作用下孔壁保持稳定,管道与孔壁土体发生部分接触,采用协调表面Persson接触模型分析管土接触角度和接触压力分布规律,在此基础上考虑管浆摩阻力影响推导出相应的顶进力计算公式。结果表明:管土接触角度和接触压力分布受管道和地层力学参数影响,软土层中管土接触角度可近似取180°定值,接触压力合力约为管道自重的1.35倍;当管道与岩层力学性质接近时,管土接触趋于点接触状态,接触压力的合力为管道自重,且工程实测顶进力与公式预测值相一致,证明其具有适用性。     

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。     

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。     

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...     

考虑轴线偏差的钢顶管允许顶力计算方法

钢顶管轴向稳定性直接影响到允许顶力大小。若顶力控制不当,顶管可能发生轴向失稳破坏。顶进过程中的轴线偏差会降低轴向稳定性。为解决存在轴线偏差的钢顶管允许顶力计算问题,考虑管周土体的约束、管土摩阻力的共同作用,将钢顶管顶进过程中的轴线偏差作为初弯曲,建立并求解能量方程,获得了临界顶力荷载的解析解。结合实际工程,提出了根据容许轴线偏差量与管长共同确定初弯曲的方法,计算了不同初弯曲条件下的稳定系数与允许顶力。稳定系数与轴线偏差呈二次曲线关系,轴线偏差越大,顶管轴向稳定性越低,允许顶力越小。钢顶管施工过程中,应根据轴线偏差造成的不同初弯曲计算稳定系数与允许顶力,以控制顶管顶力,避免发生轴向屈曲。