软土中大直径顶管管道受力特性测试

采用现场实测方法,对深覆软土、长距离顶进、外径4.64m钢筋混凝土顶管的管壁接触压力和环向钢筋受力进行了测试,并与已有文献研究进行对比分析.结果表明:顶管在良好泥浆套中顶进时,管壁接触压力整体分布较均匀,注浆时呈突然增大变化,停顶后逐渐恢复正常水平;管道环向钢筋以受压为主、应力不大,其变化由管道轴向偏移和注浆控制,测试阶段管道受力状态以偏心受压为主;管壁接触压力实测值与按规程计算的设计值相比,管顶处相近、管侧处实测值略大、管底处实测值较小,规程的土压力分布模式用于管道设计计算偏于保守.     

软土地层大直径曲线顶管隧道受力特性

为研究软土地层中大直径曲线顶管隧道受力特征,采用现场实测方法,对软土地层大直径曲线顶管的管壁接触压力、环向和纵向钢筋应力进行测试,并与已有文献研究进行对比分析.结果表明:顶管接触压力整体分布均匀,注浆对管壁接触压力影响较大,停机后接触压力略有减小;环向应力初期以受压为主,顶进后期逐渐转为受拉,整体分布特征不明显,纵向应力以拉应力为主,其变化主要由管道轴线偏移控制;管壁注浆后减阻效果明显,顶力与管侧平均摩阻力均显著降低.对土压力分布模式展开分析,发现顶管规范公式偏于保守;土柱理论由于未考虑卸荷拱效应,所得理论值较实测值偏大;太沙基理论与马斯顿理论与实际情况吻合较好.该研究结论可为实际工程提供参考.     

深埋曲线钢顶管接触压力现场监测试验分析

为了研究深埋条件下曲线钢顶管接触压力分布和变化规律,以拱北隧道曲线顶管管幕工程为背景,通过对曲线顶管施工现场监测的接触压力进行分析.结果表明:顶进力随顶进距离的增加基本呈线性增长,且中粗砂地层单位面积摩阻力大于砂质黏性土地层;接触压力顶进时发生波动并增大,顶进停止后逐渐趋于平稳,在浮力和顶进力侧向分力作用下,管道顶部和底部的接触压力数值较为接近,且顶部接触压力略大于底部压力,水平位置管道弯曲内侧接触压力小于弯曲外侧;附加接触压力随着掘进面与监测断面距离减小而增加,机头穿过监测断面后,已顶管道水平位置附加接触压力减小,而顶部接触压力由于土拱效应反而持续增长.     

沈阳砂土地层含翼缘钢顶管摩阻力计算方法

基于Staheli的圆形顶管拱顶竖向土压力计算方法,推导出含翼缘异形钢顶管的拱顶竖向土压力计算方法.通过室内改进的直剪试验,得到了钢顶管与沈阳砂土、砂浆混合液与存泥浆之间的摩擦系数.通过现场监测,得到了含翼缘异形钢顶管顶力、摩阻力随顶程的变化规律.综合以上拱顶竖向土压力的理论推导与管土摩擦系数的室内试验,提出了含翼缘异形钢顶管摩阻力理论计算方法,将该方法的计算结果和现场观测数据进行了对比,得到较好的一致性,验证了所提方法的可行性.     

河浜管道管土相互作用及差异沉降分析

基于ABAQUS有限元软件建立并验证了考虑河浜与非河浜地基接触、管土接触的交通荷载-土基结构-埋地管道三维有限元模型.利用该模型分析了埋地管道在不同地基处理方案下的管道竖向土压力、侧向土压力及管道内部应力,并采用分层总和法与有限元相结合的方法计算河浜地区管道存在情况下土基顶面差异沉降,结果表明,在交通荷载作用下,管道结构最大土压力出现在管顶、管侧及管底位置;交通荷载和土体自重荷载引起的管道Mises应力不容忽视,在河浜土基不处理的情况下,其最大值达4.887 MPa;在管顶(底)处存在由于管土相对刚度差异带来的土压力集中现象,其值分别是天然土基同等深处的土压力的2.61和2.99倍,分层总和法无法考虑管土相互作用导致的结果失真,有限元和分层总和法相结合的计算结果与实际情况较为吻合.     

长钢顶管稳定特性的有限元分析

随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大,复杂受力条件下的钢顶管屈曲破坏成为了施工过程中的工程隐患.通过简化长径比超过100的钢顶管受力模型,探讨了长钢顶管稳定特性有限元分析方法.首先进行钢顶管管道的特征值屈曲计算,得到管道的一阶屈曲模态.再将一阶模态作为初始缺陷引入到钢管,进行弹塑性屈曲极限分析.通过算例分析了钢顶管在各种基本荷载及不同组合荷载下的屈曲模态,并探讨了其弹塑性稳定极限荷载的变化规律.分析结果反映了钢顶管屈曲工程案例现象,并建议通过控制注浆效果和顶进措施来提高管道的稳定安全性,对于高围压下的钢顶管尤其需要注重顶力控制.     

钢筋混凝土地下粮仓仓壁土压力取值方法及仓壁结构受力分析

钢筋混凝土地下粮仓仓壁承受土压力、水压力及结构自重等多种荷载的作用,其承载特性复杂.采用现场检测试验方法,对仓容100t的地下试验仓进行仓壁侧压力及仓壁结构受力检测试验.采用Rankine土压力理论比较静止、主动和被动土压力大小,对比仓壁侧压力的理论计算结果与实测结果,分析确定了钢筋混凝土地下粮仓仓壁土压力取值方法.分别采用圆柱壳模型分析法和有限元分析法计算地下试验仓仓壁竖向弯矩和环向力,研究钢筋混凝土地下粮仓仓壁结构受力特性,分析仓壁竖向弯矩和环向力分布规律,对比理论计算结果与实测结果后指出:仓壁土压力取值方法合理;仓壁结构受力的圆柱壳模型分析法和有限元分析法结果均与试验结果吻合较好;但仓壁与仓顶、仓底连接处因边缘约束效应的影响,受力状况比较复杂,建议采用有限元分析法对结构关键部位进行精细化受力分析.     

大直径回填钢管管土相互作用研究

目前国内水利水电行业回填钢管的设计主要参考给排水行业规范,但其管径远超出给排水管道,研究大直径回填钢管管土相互作用,完善回填钢管结构设计理论,是当前亟待解决的重要课题.本文建立大直径回填钢管有限元计算模型,假定土体遵守Drucker-Prager屈服准则,钢管与土体交界面采用面-面接触单元,分析了管空、充水和满水工况下管土接触状态、钢管变形、土体位移和管周土压力,并探讨了管径和管土间摩擦系数对管土相互作用的影响.结果表明:管土接触状态在管顶、管腰和管底通常处于黏合状态,胸腔和腋部区域易发生滑动;钢管竖向和水平变形量并不完全相同,充水工况对钢管变形最为不利,满水工况较为有利;管顶土体位移受钢管变形的影响呈"U"形分布,即中间大、两侧小;管周土压力分布在管空和充水工况下较为相似,满水工况下会发生较大变化,土压力在土层交界附近会出现突变现象,其分布形式与Spangler模型存在较大区别;管径增大后,管内水体重力对钢管受力和变形更为不利,故大直径回填钢管设计时应考虑充水工况下的钢管变形;管径越大,管顶土压力平均值越接近棱柱荷载,钢管胸腔到顶部之间土体对管顶土压力影响越显著;管土间摩擦系数对管土相互作用影响较小,非关键因素.     

平移变位模式下黏性土非极限主动土压力

针对经典朗肯与库仑土压力理论不能计算非极限土压力的事实.根据土体渐进破坏机理,结合已有文献对准主动状态下土体摩擦角、黏聚力发挥值与墙体位移关系的研究,采用水平层分析法,通过建立水平微元体基本受力平衡方程,推导出非极限状态下黏性土主动土压力分布的一阶微分方程式.在此基础上给出了土压力合力及其作用点位置计算式,相应简化条件下,所提公式能够简化为朗肯、库仑主动土压力公式.算例分析结果表明:理论计算值与实测值基本吻合,获得了平移变位模式下黏性土非极限土压力随位移变化的规律,对实际工程挡土墙的设计计算具有一定的参考价值.     

机械式泥水平衡顶管施工在沿江软基道路中的应用

结合安徽沿江市政道路地质情况,对软土地基污水管道顶管工程作了初步分析。介绍了工程概况,具体叙述了顶管施工技术方案选择、顶管设计中顶力计算、顶管工艺流程及施工要点的内容,为工程设计提供一定的参考依据。     

顶管电缆隧道施工对邻近建筑物和地下管线的扰动影响

采用离心机物理模型试验和有限元数值计算方法探究了软土地区顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响,并提出修正Peck公式评估顶管施工对邻近浅基础建筑物的扰动影响.首先,通过离心机物理模型试验,定性分析了顶管电缆隧道施工过程中地层损失率变化对邻近浅基础建筑物和地下管线的影响;其次,将有限元数值计算结果与离心机试验数据进行对比分析,验证有限元计算的有效性;最后,通过有限元模拟结果提出用于评估顶管施工对邻近浅基础建筑物扰动影响的修正Peck公式,并与现场监测数据进行对比分析.研究结果表明:顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响随着地层损失率的增大而增大,地下管线刚度的增加可以有效减小邻近顶管隧道施工的影响;有限元数值方法可以较好地评估不同地层损失率下顶管隧道的施工工况;修正Peck公式能较好地反映在软黏土区域内顶管电缆隧道开挖对周围地层产生的扰动影响.研究结果可为软黏土地区顶管电缆隧道的施工提供一定参考价值.     

铁路顶管施工中路基面沉降的研究

分析了现行铁路顶管施工中的不足之处 ,将有限元方法引入到铁路顶管施工中路基面沉降的计算 ,并针对铁路路基 ,考虑列车荷载建立三维路基有限元计算模型 ,最后用算例加以证明 ,并得出一些结论 ,这些结论对铁路顶管的施工和设计都具有一定的意义     

顶管施工对高架桥桩基础影响的数值分析

顶管施工广泛应用于市政工程的隧道开挖作业,但该方法对周围构筑物的影响仍需要进一步的研究。本文针对天津市某地下电缆隧道穿越高架桥桩基的实际工程案例,利用数值模拟方法建立了关于穿越高架桥桩基的沉井和顶管施工的有限元计算模型,研究了沉井和顶管施工过程中附近土体的扰动情况以及高架桥桩基的变形、受力等情况。结果表明,沉井和顶管施工都会对周围桩基础的应力和变形产生一定影响。在外径12.8米的沉井施工时,施工引起的土体卸载会使得沉井周围土体产生较大的隆起,最大回弹量为164 mm左右,三个方向（水平X方向、Y方向和竖向Z方向）的最大变形均出现在沉井上部土体周围,该沉井施工过程对距其30米处的高架桥桩基也产生了一定影响,桩体在X方向（指向沉井方向）上受到的影响较大,桩体顶部产生背离沉井的水平位移,下部则逐渐过渡到趋近沉井的水平位移,最大X方向水平位移量约为1.6 mm,对Y方向（垂直于顶管方向）的水平位移影响较小。在外径3.6米的顶管施工过程中,土体在卸载后会出现变形,最大位移为170 mm,变形出现在位于顶管底部的扰动土体。在X方向上,四个桩基均表现为桩顶部远离沉井、桩底靠近沉井的趋势。在Y方向上,桩身的最大水平位移出现在隧道开挖深度处,位移方向为远离顶管,影响范围为顶管隧道施工处上下15 m。     

浅层顶管施工引起地面沉降的预测

在软土地层中顶管施工所引起的地面沉降常常会造成邻近建筑物和地下管线的移动甚至破坏－ 通过对土与顶管的受力及变形的分析,在施工前预测特定顶管工程可能引起的地面沉降的幅度及其形态－ 理论分析和现场实测显示,顶管施工时管节周围土的运动是三维的－ 建立了处理上述三维问题的简便计算方法－ 基于半解析元法将顶管施工中三维土运动问题转换成一维数值计算－ 在轴向离散而在环向和径向取解析函数,建立了半解析单元的位移函数－ 给出了包括位移函数、刚度矩阵和荷载矩阵在内的理论分析过程－ 计算结果表明,半解析元法对于计算顶管施工中的地面沉降是行之有效的方法－ 根据分析与计算结果得到一些有价值的结论,包括结构与土的相互作用而言,顶管管节相当于隧道的衬砌－ 虽然顶管施工引起的地面沉降的沉降槽也近似于误差曲线,由于土的粘塑性变形,地面沉降的幅度在施工过程中是变化的－     

顶管施工模型试验系统研发与应用

针对顶管施工产生的施工扰动问题和现有模型试验设备的不足,研发对管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率能进行精确控制的室内顶管模型试验系统,并以海口给排水管网改扩建工程为背景,通过管线预埋的方式研究近间距顶管顶进对既有管道和地表竖向变形的影响.研究结果表明:研发的室内模型试验系统可以精确控制管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率,试验系统得到的数据正确可靠;顶管顶进时会对既有管道产生附加应力,但附加应力远小于围岩应力,实际现场中无需考虑附加应力对管片承载的影响;现场顶进施工需对机头的切削速率和顶进速率进行协同调控,且严格控制出土速率,从而实现对地表竖向变形的有效控制.可为今后现场平行顶管施工提供有效指导.     

顶管施工对既有桥梁影响的三维数值分析

海绵城市管网顶管施工过程中时常临近既有桥梁,为分析研究顶管施工对既有桥梁的影响,在现场调查及分析勘察设计资料的基础上,分别基于理论分析及三维数值模拟,分析了顶管施工引起地表及既有桥梁附近土体的变形规律,并给出了具体的安全保护方案。研究结果表明,顶管施工对地面沉降的影响明显大于横向位移,非加固区设置应力及变形隔离墙后顶管施工对北新河桥桥台变形基本没有影响。研究结果和方法为类似的顶管工程施工提供了参考,具有实际工程意义。     

管幕箱涵顶进施工中地表变形监测及有限元模拟

上海市中环线虹许路-北虹路地下立交隧道工程采用了管幕施工与箱涵顶进相结合的施工方法.管幕箱涵顶进法是一种在软土中修建地下建筑物的新型暗挖技术,先用微型顶管技术在拟建的地下通道建筑物四周顶入钢管,然后将钢管间用锁口连接并注入防水材料构成防水地下空间,最后在拟建的地下通道空间内,采用软土开挖和预制箱涵顶进同步进行施工.箱涵顶进过程非常复杂,容易引起地表变形.结合实测数据研究超长大断面管幕箱涵顶进过程中地表变形的特征,得到一些与我国常规暗挖施工所不同的新规律,建立了能够考虑网格前管幕土欠挖、超挖施工工况的三维有限元模型,实现了箱涵顶进过程及其他地表变形的模拟,计算结果与实测地表变形较吻合.     

矩形顶管管-土接触面状态及顶推力预估

天津地区采用较大直径的矩形顶管施工地铁车站出入口可借鉴的工程经验较为匮乏.考虑施工停顿、管体悬浮和减阻剂体积等因素的影响，提出了耦合有限差分法和顶力-顶程控制方法的顶推力计算模型，并应用于矩形顶管顶推力的预估.针对天津地层情况，采用该模型预估地铁车站出入口顶管施工中的顶力.现场试验与监测数据证明顶力预估模型的正确性，有助于顶管工作井后背墙的设计优化及长距离大直径顶管施工中继间的布置.