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。     

矩形顶管施工期地表沉降实测分析

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管节周围土体产生扰动,使土体出现卸载或加载等复杂的力学行为,引发土体产生变形。文中以南京江东门地下人行过街通道工程为背景,在矩形顶管施工区域地表布设若干沉降测点,并在顶管顶进过程中实时记录测点数据,然后对获取的数据进行了归纳分析,得到了矩形顶管施工对地表沉降的影响规律。     

矩形顶管穿路施工对土体扰动变形研究与实测分析

针对矩形顶管施工对土体扰动的不利影响问题,基于土力学理论,给出了矩形顶管施工扰动下的地层间隙参数及地层损失比解析计算式,并对矩形顶管施工引起的土体变形进行建模分析,依据半空间弹性假设及复变函数共形映射理论,通过共形映射将矩形顶管问题转换为圆形顶管问题,进而给出了矩形顶管施工引起土体变形近似解析计算式,依托某市综合管廊矩形顶管穿越工程,结合相关现场监测数据,对本文理论进行验证分析,依据本文理论计算矩形顶管施工扰动下的地层损失比为6.9%、地表沉降计算值147mm,其中沉降计算值稍偏大,认为其原因主要为施工中注浆加固对沉降控制的有利影响,可为相关工程的设计与研究提供参考。     

软土层中类矩形盾构掘进施工引起地层竖向变形实测与分析

 类矩形盾构断面形状、机械配置与圆形盾构的差异必然引起地层变形规律有所不同,以国内首例软土层中类矩形盾构地铁隧道工程为背景,依据现场实测地表变形、土体分层沉降数据,分析类矩形盾构隧道施工引起地层竖向变形的基本规律,并结合变形机制对施工控制提出建议。结果表明：类矩形盾构施工引起地表沉降最大值约50 mm,开挖面前方影响范围约20 m;地表竖向位移随时间发展呈现出缓慢沉降(隆起)、急剧隆起、快速沉降、平稳沉降4个阶段,沉降主要发生在盾构通过后,由软土地层受扰动后固结引起。地层竖向变形主要受土仓压力、盾尾注浆、盾构姿态等因素的影响,其中,盾构掘进姿态控制是盾构两侧土体竖向位移方向相反的主要原因,盾构姿态对周围地层变形影响比单圆盾构更显著。     

矩形顶管施工诱发地表变形影响因素研究

矩形顶管在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。依托苏锡常城际铁路太仓站工程项目,通过建立超浅覆土矩形顶管顶进施工三维数值模型,模拟施工过程中对地表的影响,总结地层变形规律;表明：地表隆起与顶管顶进压力和摩阻力成正比;后续施工中,合理控制好开挖面顶进压力及摩阻力是保持开挖面土体稳定、较少地表隆起峰值的关键举措。     

大断面矩形顶管施工对周围土体扰动实测分析

依托苏州市某大断面软土地层矩形顶管建造综合管廊隧道工程,通过分析施工期间的土体孔隙水压力、土压力、深层土体水平位移、地表沉降等土体扰动监测数据,揭示了大断面矩形顶管施工对土体扰动规律。结果表明:矩形与圆形顶管产生的土体扰动存在差异,主要表现在矩形顶管附近土体最大水平位移发生在距顶管上表面一定距离处,矩形顶管产生的地表沉降曲线底部较为平缓;矩形顶管对土体的扰动与顶管机距监测断面距离有密切联系,随着顶管机逐渐靠近,土体的土压力、水平位移及孔隙水压力受扰动变得剧烈,顶管机通过后土体扰动逐渐减弱;顶管顶进速率越快,对周围土体扰动越大,现场加快顶管速率应谨慎;而施工停顿后,土体有向管壁移动的趋势,停工期间不能停止向管壁注入膨润土泥浆。     

富水环境地铁站出入口矩形顶管施工加固方案

矩形顶管广泛应用于城市管线工程,施工过程中土体的加固方案关系着整个工程的施工质量及安全。依托深圳市地铁12号线新安公园站D2出入口顶管工程,分析了矩形顶管工作井、接收井以及区间的加固原则和加固方案,并对加固方案的实施过程进行了数值模拟,得到了地表沉降随顶管掘进深度的变化规律。结果表明,随着顶管掘进深度的增加,顶管隧道上部地表沉降随之逐渐增大,在顶管顶进14节后沉降值总体趋于稳定,最大沉降量为16 mm,符合技术规范的要求,验证了加固方案的合理性,可为类似工程的设计和施工提供参考。     

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。     

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,...     

盾构隧道内竖向顶管施工室内模型试验研究

传统的竖井施工方法对居民生活、环境及周边交通的影响大,在此背景下,竖向顶管技术得以快速发展.基于现有相关研究,设计并发明了一种竖向顶管室内模型试验装置,考虑了不同覆土高度、不同千斤顶顶升速度以及土层含水与否3种影响因素对竖向顶管施工的影响,研究盾构隧道内竖向顶管施工引起的盾构隧道内侧变形及地表竖向位移变化规律.研究结果...     

长距离顶管穿越海堤时的堤面沉降分析

顶管在顶进过程中 ,产生地层扰动和地层损失 ,从而导致地面沉降。地面沉降的原因是错综复杂的 ,文中所述顶管工程 ,当穿越某一新建海提时 ,其最大沉降量达 5 85 mm,并伴随较大的差异沉降。本文以该工程的实测沉降为依据 ,分析了顶管施工过程中所产生的地层损失和堤面沉降 ,分析了受扰动土体的再固结沉降     

平行顶管施工引起的地面变形实测分析

对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。研究结果表明,水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动,产生的地面沉降较大。由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧,在同样条件下,后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起,土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因,在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。     

顶管施工引起地面变形的计算方法研究

假定土体不排水固结，利用弹性力学的Mindlin解，推导了顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式，结合土体损失引起的地面变形计算公式，得到顶管施工引起的总的地面变形计算公式，该方法适用于施工阶段。算例分析表明。顶管施工引起地面产生三维变形，随着掘进机的顶进而不断产生变化。正面附加推力引起开挖面前方地面隆起，后方地面沉降，以开挖面正上方为轴线呈反对称分布，在正常施工时产生的地面变形较小；掘进机与土体之间的摩擦力引起的地面变形较大，分布规律与正面附加推力相似，轴线位于掘进机中间部位正上方。后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形分布规律与正面附加推力相似，轴线位于后续管道中间部位正上方，注浆时引起的地面变形较小。     

长距离顶管穿越海堤时的堤面沉降分析

顶管在顶进过程中,产生地层扰动和地层损失,从而导致地面沉降。地面沉降的原因是错综复杂的,文中所述顶管工程,当穿越某一新建海堤时,其最大沉降量达５８５ｍｍ,并伴随较大的差异沉降。本文以该工程的实测沉降为依据,分析了顶管施工过程中所产生的地层损失和堤面沉降,分析了受扰动土体的再固结沉降。     

顶管穿越路堤实测地基变形和扰动程度分析

 顶管穿越已固结完成的高速公路地基,将引起土体扰动和土层损失,使路堤产生纵、横向不均匀沉降。分析表明,在顶管施工及降水过程中可采用路堤纵、横坡改变量不大于0.5%的指标对由不均匀沉降引起路堤稳定性进行动态控制和预警,有效防止路面裂缝的发生。现场试验和实测规律表明,顶管穿越过程中扰动区的沉降具有瞬时性和超前性,对于砂土地基,扰动区范围要大于按软土计算的理论值,扰动区主要发生在管壁外1 m范围内,并以此向四周扩散。顶管轴线以上土层扰动后强度降低,压缩系数改变量超过50%,孔隙比改变量可达35%,塑性指数有不同程度减小,土体发生扰动再固结,是引起地表沉降的内因;轴线以下土体主要以压密为主。顶管在穿越砂土地层的路堤时,在两侧沉井及顶管的施工过程中应重视施工降水对高速公路路堤的影响。     

Construction of a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking in muddy silty clay: A case study

This paper presents a case study of constructing a large-section long pedestrian underpass using pipe jacking method in Nanjing, China. The underpass, having a width of 7 m and a height of 4.3 m, was jacked 94.5 m in muddy silty clay under a busy roadway with 6.2 m overburden soil, meanwhile it traverses above the existed shield metro tunnels with just 4.5 m from the underpass bottom to tunnel vault. This paper introduced the design and construction schemes of this project in detail. A pre-construction three dimensional numerical simulation was conducted to investigate the responses of the roadway and metro tunnels to pipe jacking construction. Based on the simulation results, the field monitoring program was proposed, and the tunnels deformation and ground settlement were constantly monitored. The field performances of the metro tunnels and roadway were analyzed according to the monitoring data. In the jacking process, the micro-underbreak method was adopted. In order to decrease the tunnels uplift and ground settlement, the actual volume of soil conveyed out from soil chamber to ground surface was kept 95–98% of theoretical soil volume cut by cutter head. In general, this project is completed successfully without taking any additional time and money-consuming deformation control measures. The ground traffic and underneath metro runs well during the whole construction process.     

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。     

顶管施工引起的地面变形计算方法综述

顶管施工会对管道周围的土体产生扰动,引起土体移动。分析了顶管施工引起的地面变形机理,对顶管施工引起的地面变形计算方法的发展概况及研究进展进行了综述,把地面变形计算方法归纳为经验法、理论法、数值法和实测数据分析法,提出了目前该领域研究中需要重点研究的课题和一些新的研究思路。