顶管施工引起地表竖向变形分析

顶管法在各个城市的地下管线施工中广泛运用,尤其在已建道路下的管线施工中具有优势。顶管穿越路基施工引起管道周围土体变形易对路面造成变形破坏。结合实际工程,分析计算顶管施工正面附加推力、设备与周围土体的摩擦力对地表垂直变形的影响,结合土体损失引起的竖向变形,计算顶管施工引起总的周边地表竖向变形。计算结果与实际监测结果吻合,顶管施工引起周边地表竖向变形呈现前方隆起后方沉降的变化规律。     

大断面矩形小净距顶管隧道群施工地层变形规律研究

超浅埋小净距大断面顶管隧道群工程顶推施工的背土效应会加剧周边地层变形,而采用减阻泥浆可有效缓解顶推施工对地层的扰动影响。为了研究超浅埋、小净距大断面矩形顶管隧道群工程顶推施工过程中减阻泥浆对地层土体变形规律的影响,采用三维有限元数值模拟方法,对隧道顶推施工过程中地层变形规律进行了研究,并将模拟结果与现场实测数据进行对比,得到如下结论:群洞隧道由于先后施工的影响,背土效应补充前方地层产生地表隆起变形;背土效应和土层应力共同影响下,在隧道高度范围和上覆土层范围,单洞隧道深层水平位移分别呈现偏离隧道和指向隧道的规律;地层位移影响分区决定了群洞隧道深层土体水平位移变形规律,后续开挖的隧道使得先行开挖隧道外边线以外土体全部产生背离隧道方向的水平位移。研究成果可用于帮助大断面矩形顶管等类似工程的设计施工,具有一定的推广意义。     

土压平衡矩形顶管施工引起的地表沉降探究

顶管施工引起周围土体移动会对路面结构层造成破坏。采用大断面矩形土压平衡顶管顶进工法所引起的地表沉降一直是岩土工程领域技术工作者所关注的热点与难点之一。通过内蒙古科技大学地下过街通道工程,分析了路基变形的实测数据,Peck公式对矩形顶管地表变形预测的适用性,数值模拟不同覆土深度下的顶管施工对地表的变形影响。研究表明:顶进时轴线上的纵向测点变形总趋势是先隆起,后沉降,并趋于稳定状态;横断面上位于轴线10 m左右范围内为主要影响区域,在此范围内沉降槽体积约占总体积的90%;当地层损失率V_l取0.4%,沉降槽宽度参数K取0.4时,实测值与Peck公式法的预测结果曲线拟合较好;当覆土深度增加,地表沉降值逐渐减小,且沉降范围逐渐增大。研究成果为大断面土压平衡矩形顶管与类似工程的施工提供了理论参考及应用借鉴。     

北京地铁四号线管幕泥水平衡顶管施工技术探讨

管幕法是利用顶管机建造大断面地下空间的施工技术,其开挖土体或者推进箱涵是在管幕的保护下进行的,可以显著减少地面沉降和增加施工时开挖面的稳定性。详细介绍了宣武门车站穿越既有环线管幕顶进施工技术,跟踪施工时的地表监测情况,合理取用施工参数,车站最终的地表高程误差控制在10 mm之内,地表隆起小于20 mm,各项施工质量良好,确保了施工既有运营环线的安全。     

大断面矩形顶管隧道施工围岩变形与力学特性

针对城市繁华地段大断面矩形顶管隧道施工引起围岩扰动与破坏问题,依托郑州市红专路大断面矩形顶管隧道实际工程,采用ＦＬＡＣ３Ｄ有限差分法数值计算,建立三维数值模型,进行了大断面近距离多个平行矩形顶管隧道施工围岩变形与力学特性的研究。研究表明:大断面近距离多个平行矩形顶管引起的地面沉降与沉降槽宽度,后期顶管施工影响明显大于先期施工;在顶管隧道顶进过程,靠近始发井围岩沿隧道轴线方向围岩土体切应力较大,远离始发井切应力较小;考虑了盾构机的掌子面推力与盾壳,管节顶进过程的泥皮套摩阻力,同步注浆压力,提出一种综合考虑盾构机、管节顶进以及同步注浆的三维数值模拟方法。     

矩形顶管施工诱发地表沉降数值模拟分析

<正>矩形顶管技术作为一种地下隧道开挖方法,其施工过程不可避免地会对周围土体产生扰动,引发土体产生变形。本文依托合肥市黄河路横穿包河大道矩形顶管工程,建立位移控制的矩形顶管顶进的三维动态模型,研究了顶管工程穿越黏土地层时地表沉降变化规律,研究成果可为相关工程提供借鉴。随着国内城市快速发展,地下结构的建设要求不断提升。相较于传统明挖法,顶管法作为机械化水平较高的非开挖施工技术,形成的地层扰动及环境影响较小,给城市建设带来了很大的便捷性。与圆形顶管截面比较,矩形结构有效使用面积通常增加20%左右,     

泥水平衡顶管机推力扭矩计算及钢顶管失稳分析

在福建省平潭及闽江口水资源配置工程的隧道掘进中,为了研究泥水平衡顶管机设计的合理性以及施工过程中钢顶管的稳定性,结合泥水平衡顶管机的特点以及施工地层条件,提出了考虑滚刀和刮刀实际贯入阻力的刀具载荷计算修正模型。对现有泥水平衡顶管机掘进的推力计算模型进行了分析,引入刀具破岩阻力和切削力矩,修正了顶管机的推进力计算模型和扭矩计算模型。对仅轴向推力作用下,仅土体围压作用下和推力、围压共同作用下的钢顶管稳定性进行分析,推导出了其失稳临界值,验证了顶管机在类似工程地层下施工的可靠性。     

不同埋深下盾构隧道施工引起的地层变形试验

隧道施工诱发的地层沉降会影响地上建筑设施的安全,为了研究不同埋深隧道盾构施工影响下砂土地层的变形规律,设计了由模型架和非接触监测系统组成的模型试验系统。利用该系统,以干砂为填料,通过使隧道产生沉降来模拟施工影响下的地层损失,进而得出不同埋深情况下地层的变形规律。试验结果表明：(1)随着隧道埋深的增大,地层内部产生“土拱效应”,地表最大沉降值逐渐减小,地表沉降模式由“窄而深”演化为“宽而浅”,但地层受扰动范围自隧道中轴线向两侧逐渐扩大;(2)不同埋深情况下,地表和地层内部的沉降曲线均符合高斯分布函数。地表沉降槽宽度系数随隧道埋深的增大而增大,深层土体沉降槽宽度系数随地层深度增加而减小;(3)不仅对于黏土,在砂土中深层土体沉降槽宽度系数i_z与地表沉降槽宽度系数i_s之比i_z/i_s同该土层深度h_z与隧道埋深h的关系(1-h_z/h)之间同样呈线性关系。因此,在浅埋的砂性及黏土地层中根据地表沉降规律即可得出地层内部沉降规律,从而为隧道的施工和支护结构的设计提供参考和指...     

大直径钢顶管施工屈曲分析与稳定系数研究

为了更加合理地确定大直径钢顶管施工的允许顶力,通过建立均质土中大直径钢顶管非线性有限元模型,计算在轴向压力作用下钢顶管的临界屈曲应力,从顶管几何参数、管周土体变形参数、埋深三方面分析了大直径钢顶管轴向稳定系数的影响因素与变化规律。结果表明,长细比和径厚比是大直径钢顶管轴向屈曲的主要敏感因素。轴向稳定系数随钢顶管长细比和径厚比增加而减小。顶管屈曲模态以局部屈曲为主,顶管轴向稳定性对埋深变化不敏感。讨论并提出了大直径钢顶管轴向稳定系数的经验公式,通过实际工程算例验证,表明该方法能够为大直径钢顶管施工顶力的确定与控制提供合理依据。     

非圆断面饱和黄土输水隧洞改进型顶管开挖设计与施工

南水北调中线穿黄工程退水洞具有埋深大、地下水位高、地层复杂、地层渗透系数小等特点,采用矿山法开挖施工难度大,易发生塌方.借鉴顶管原理,设计制造一种改进型顶管机,并顶管的壳体结构、推进系统进行力学分析.分析结果表明:顶管壳体最大应力为120 N/mm2,小于钢板设计强度;壳体位移最大位移为9mm,最小安全系数为1.787...     

框架逆作深基坑变形特性三维数值分析

对基坑的变形特性进行数值分析在基坑设计中至关重要。结合实际工程框架逆作法超大基坑,选用Z Soil数值分析软件建立了全框架基坑模型并进行了数值模拟。由于需要考虑连续墙和土体之间的接触问题,土体则采用能够反映土体硬化特性的Hardening-Soil模型。为了更深刻的认识框架逆作法基坑变形的规律,并为设计者提供更好的参考,对影响框架逆作法基坑变形的一些主要参数进行了系统研究,包括框架梁截面尺寸、框架梁水平支撑竖向间距以及围护桩桩径等。结果表明:改变框架梁水平支撑竖向间距对围护墙的最大侧移、地表最大沉降有较大影响。增大围护桩桩径或框架梁的截面尺寸可以在一定程度上减小围护墙体变形,但超过某一定值时,其减小变形的效果将大大降低。     

地铁隧道局部冻结方案设计及参数分析

为了研究地铁隧道冻结工程中的冻结管形式选择和地表冻胀量控制问题,依托广州市轨道交通13号线北延线机场区间隧道冻结工程,采用了室内试验、现场实测、数值计算的方法,对保温工艺、形式和冻结孔间距、保温段长度、冻结时间对地表冻胀量的影响进行了研究。研究结果表明:冻结管采用保温材料隔热方式可有效实现局部冻结,但施工时保温材料需进行防水处理,防止因地下水进入保温材料造成导热系数增加;地表冻胀量与保温长度呈线性反比关系,且随孔间距的增大比例系数逐步减小,随冻结时间延长增大。根据实测数据、计算得到了适用于本工程工况的冻胀量预测公式;结合工程现场条件,分析了制冷能耗和冻胀量与孔间距的关系,提出了在保证地表冻胀量的前提下,尽量减少冻结孔间距达到缩减工期、能耗的目的。     

特定沉降阶段的盾构隧道地表沉降研究

以某电力盾构隧道土压平衡盾构掘进施工为背景,提出了特定阶段的地表沉降预测公式.考虑注浆压力、盾构机与土体摩擦力、开挖面推力等因素,利用数值仿真软件进行模拟盾构开挖数值试验.综合现场实测数据、公式计算结果、数值模拟结果对土体横向变形和纵向变形规律进行了研究.结果表明:土体横向沉降变形呈现"U"形分布,随着土体深度的增加,...     

基于PFC的堆石料宏细观参数相关性分析

通过一系列PFC数值试验,对堆石料颗粒细观参数与材料宏观参数之间相关性进行了分析,建立了颗粒摩擦系数f与材料摩擦角φ之间的关系,材料初始弹性模量E_c、泊松比γ与颗粒接触刚度k_n,k_s之间的关系,以及材料单轴抗压强度P_0与颗粒簇内基本颗粒间粘结强度b_n之间的关系。通过对一系列颗粒细观参数与宏观参数之间关系的分析,选定了采用PFC模拟堆石料试验时细观参数的确定方法,并分析了岩土试验中室内试验结果与PFC模拟结果之间的差别及其原因。     

顶管施工坚硬岩层非爆破破岩掘进技术应用

针对复杂地质条件下,顶管施工在遇到岩石、硬土等坚固物块时采用何种方式破岩掘进这一问题,为合理选择破岩方式,根据滇池外海北部水体置换通道改造工程的实际施工情况,分析非爆破掘进技术在小断面水文与工程地质特殊以及周边环境复杂、施工减振(噪)要求高等条件下的适用性。经过对比,最终确定了在无水施工段和有水工作段分别采用静态破碎法、劈裂法作为顶管施工坚硬岩层的非爆破破岩方法。无水段采用采用静态破碎法破岩施工时,根据断面情况提出水平布孔和环形布孔两种方式,相邻孔距为40 cm,排(环)距为50 cm,孔径42 mm;含水段采用劈裂法施工时,全断面采用同静态破碎法工艺相同的环形布孔方式,若断面为复合断面,则应在断面正底部150°范围内钻孔取临空面后,沿临空面向上逐排布孔,孔径100 mm。工程实践表明:静态破碎法在无水工作面岩石掘进效果较好,掘进速率为8.5 m/d;在有水工作面因破碎剂失效,应采用劈裂法破岩,劈裂法破岩速率为10.5 m/d;静态破碎法有利于掘进断面控制,而与静态破碎法相比,劈裂法具有适应性强、掘进速度快等优点。该工程的顺利实施为今后类似条件下小断面顶管硬岩非爆破破岩掘进施工提供了有益的借鉴。     

细颗粒原状土起动流速试验研究

为了得到更为客观科学的泥沙基本活动规律,利用有压矩形管进行了细颗粒泥沙起动试验。试验结果表明,管内水压力对细颗粒泥沙的起动有重要影响,水压力越大,管中泥沙起动断面平均流速和起动切应力越大。根据有压矩形管的水流分布特性和水压特点,将矩形管中水流转换为普通明渠水流,转换得到的明渠中泥沙起动垂线平均流速与试验矩形管中泥沙起动断面平均流速基本相同,验证了利用有压矩形管进行细颗粒泥沙起动流速试验的可行性和代表性。在试验矩形管与实际明渠的泥沙起动流速转换过程中,并未考虑不同水柱高度下曼宁糙率系数的变化,这方面还有待进一步研究。     

变形参数对土坡稳定安全系数的影响

利用有限元极限平衡法对土坡在不同变形条件下稳定性的变化规律进行研究。对3种不同填筑情况、不同土质的土坡进行稳定性计算分析,土体本构模型分别采用线弹性模型和邓肯-张E-ν非线性弹性模型。计算中,分别变化了土体的弹性模量(或参数K)、泊松比(或参数G)以及内摩擦角。结果表明:变形参数对土坡稳定安全系数有一定影响,弹性模量对土坡稳定安全系数几乎没有影响,而泊松比对土坡稳定安全系数影响较大;考虑变形影响的有限元法用于土坡稳定性分析具有一定优势。     

不同安装法对管桩桩周土影响的有限元分析

利用有限元方法模拟钢管桩的贯入过程,研究贯入过程中桩周不同深度土体的应力变化过程。管桩贯入土体这一过程为高度非线性问题,通用的接触和网格划分方法难以解决大变形问题,通过采用ALE网格划分技术以及"zipper-type"方法解决了管桩贯入过程中的大变形和接触问题,运用ABAQUS模拟了直径2.134 m的钢管桩采用静压和锤击两种方法的安装过程。根据贯入过程中桩壁内外土体应力变化可知,静压贯入过程中管内土水平应力明显高于管外土体的水平应力,更容易形成土塞,挤土效应也比较明显。通过对桩周土体中某点在安装过程中应力变化历程的分析,可以看到锤击安装方式在桩周土中造成应力增加的数值较大,对周围土体影响范围也较大,在评估桩基承载力时,应适当考虑这种影响。     

非开挖顶管施工技术在病险水库加固工程中的应用

受麦子河水库枢纽工程区为平缓开阔的湖积堆积地形地貌条件的限制,新建输水涵洞只能修建在穿过主坝坝基之下、地下水位较高的第四系湖积层(QL)饱和砂土地层中,施工过程易产生渗水、塌方并影响主坝安全,因此设计、施工中采用非开挖顶管施工技术成洞。顶管段进、出口部位用深层搅拌法进行土体加固,且对管身段进行回填灌浆和固结灌浆。顶管施工段两端工作井、接受井采用沉井施工法,而进口闸井段外壁周边则采用深搅桩板墙初期支护型式。这样,克服了建筑物结构布置的困难,排除了顶管存在渗漏通道安全隐患,解决了基坑开挖渗水、垮塌以及沉降变形问题,达到缩短工期、有效降低工程投资的目的。