带翼缘板圆钢管顶进过程地表变形研究

采用带翼缘板圆钢管顶进形成地下管幕支护空间,相比传统的顶管工法具有诸多优点,已被用于建造城市地下空间.但由于翼缘板的存在,导致管周土压力分布复杂,顶进引起的地表变形与圆形顶管差异较大.基于此,在带翼缘板圆钢管管周土压力作用机理研究基础上,采用弹性力学Mindlin解推导出带翼缘板圆钢管顶进过程管周摩擦力引起的地表变形计算公式.基于沈阳地铁九号线奥体中心站暗挖段带翼缘板圆钢管顶进工程,采用Midas有限元分析软件对带翼缘板圆钢管顶进过程进行数值模拟计算.得出带翼缘板圆钢管顶进过程中,横截面地表变形呈“U”型沉降槽,纵截面监测点地表变形随顶管扰动逐渐增大,顶进截面超过监测面一节管长后地表变形趋于稳定;并分析了不同土体黏聚力、内摩擦角对顶进过程地表变形的影响.     

管幕-箱涵下穿运营铁路线地层变形分析及控制技术

基于管幕-箱涵顶进工法施工的数值仿真模型,对涵洞斜穿铁路线施工过程中的地层变形规律进行分析,提出采用"有线仪器导向,一次性跟管钻进法"技术和控制箱涵顶进轴线位置、顶进速度和顶进力等地层沉降控制措施,并对箱涵顶进过程中的地层沉降进行现场监测.结果表明:管棚的沉降主要发生在开挖面前段10m范围内;管幕-箱涵施工过程中地层变形主要是由管棚和箱涵对土体的挤压扰动引起的;本文提出的地层沉降控制措施可将沉降控制在15mm以内.     

箱涵法在地下空间暗挖技术中的数值模拟与应用——以上海某项目为例

地下工程的非大开挖工法,目前应用较为广泛的有箱涵法、管幕法等.本文以上海市中山公园1号门前地下大空间项目为例,通过数值模拟钢箱涵顶进暗挖技术在该项目中的应用,并在数值模拟的基础上,优化了施工的开挖顺序.结果表明:箱涵结构内力,周围土体变形等均能满足工程需要,箱涵法是一种较好的地下大空间施工方法;为减小地表沉降,可对开挖面施加应力,采取合适的开挖顺序等措施.     

STS新管幕工法钢管顶进现场试验

采用STS(steel tube slab)新管幕工法建造沈阳地铁九号线奥体中心站.通过钢管顶进现场试验,对顶管过程中的地表竖向变形及顶管顶力进行监测.经过对监测数据的整理分析,重点研究了顶管过程中地表竖向变形及顶力的变化规律,总结出顶管顶进过程中地表横断面变形规律及地表变形随顶进距离的变化规律,并对其变形机理展开分析.根据顶管顶力监测值得出STS新管幕特殊顶管形式下适合沈阳地区的顶力估算方法,对STS新管幕工法的应用及发展具有重要的参考意义.     

顶进施工技术在稻香路箱涵工程中的应用

本文介绍了顶进施工技术在稻香路软土地基箱涵工程中的实际应用,为箱涵工程在软土地基中顶进施工提供了一定的参考依据。     

某超浅埋暗挖大断面矩形地下通道地表沉降特性

依托某超浅埋暗挖矩形大断面地下通道工程,应用现场实测与数值模拟相结合的方法,深入研究了地下通道施工过程中地表横、纵断面沉降发展规律.主要结论如下:(1)超浅埋暗挖条件下,矩形隧道覆土厚度增加,地表沉降量增大,沉降槽宽度变大.洞高增加时,地表沉降明显增大,沉降槽宽度也增大,在超浅埋暗挖通道设计确定洞高时应考虑对地面沉降的影响.(2)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,在掌子面前约6.0m处,开始产生沉降;型钢拱架闭合后约10.0m处,地表沉降开始逐步趋于稳定.(3)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,以型钢拱架闭合前后为分界线,将地表沉降分为2阶段,第一阶段由掌子面开挖引起土层应力重分布及管棚变形引起,约占总沉降量57%～72%,第二阶段由型钢拱架变形、地基土沉降及覆土层进一步密实引起,约占总沉降量28%～43%.(4)左、右导洞施工过程中,中导洞及其上方土体经过多次扰动,造成中导洞上方沉降较大.应采取超前注浆加固、精心施工、回填注浆等措施减少沉降并降低塌方风险.(5)由于中导洞开挖过程中地面沉降增加量较小,且扰动后土体坍塌往往较为突然,故开挖时除关注地表沉降外,应加强对掌子面的观察以及拱顶沉降、洞内收敛等方面的监测.     

封闭管幕保护下的箱涵顶进设计

本文介绍了首都机场捷运系统及汽车通道工程中下穿机场主跑道段隧道结构形式及施工方法的确定过程。根据实际工程调研及设计经验,提出了管幕保护下的箱涵顶进方案并对设计施工技术中难点问题提出了解决措施。     

小导管注浆技术在浅埋暗挖法施工中的探索与应用

以北京地铁10号线奥支起点~熊猫环岛站区间过地下通道为研究对象,对下穿既有地下通道地层加固的方法进行研究。结合区间隧道采用的浅埋暗挖施工技术,介绍了小导管注浆技术的施工工艺。应用实践表明,小导管注浆加固地层的方法可以提高围岩的自稳能力、降低地层渗水、控制地表下沉,保障了地下通道和地下管线在隧道施工过程中的安全,是城市地铁浅埋暗挖法施工中一种有效的辅助施工工法。     

带翼缘板圆钢管顶进过程土体变形数值模拟

在传统管幕工法的钢管两侧分别焊接上下两条钢板(称为翼缘板),并将相邻钢管翼缘板焊接形成新型管幕结构.由于翼缘板的存在，顶进过程土体变形规律与圆形钢管不同.本文应用Midas GTS有限元分析软件，对不同钢管直径、翼缘板位置的带翼缘板圆钢管顶进过程进行模拟.结果表明，随上下翼缘板间距增大或管径的不断增加，管顶土体沉降、管底土体隆起、翼缘板处土体竖向位移不断增大；当顶管开挖面距离监测断面一节管长时，监测断面位置土体隆起；顶至监测断面位置时，土体变形变为沉降；当顶管位置超过监测断面一节管长后，土体变形趋于稳定；同时通过拟合曲线，得到了土体变形与上下翼缘板间距、管径的函数关系.     

单柱双联拱地铁隧道地表沉降分析

地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因,因此,研究由浅埋暗挖施工引起的地表沉降问题具有重要意义.以某地铁车站暗挖工程为研究背景,采用FLAC3D数值分析的方法,对该地区浅埋暗挖施工引起的单柱双联拱地铁隧道地表沉降进行了数值模拟,同时分析了隧道变形的实测数据及施工工序对沉降的影响.研究表明:中洞开挖引起的沉降较快,而由于中柱支撑侧洞开挖引起的沉降较慢,在施工过程中应当引起注意.该研究为工程的顺利实施提供了依据和指导,可供类似工程参考.     

箱涵下穿既有铁路路基注浆补强效果数值分析

在某工程采用箱涵下穿既有线路方法建造立交道口时,为保证箱涵顶进过程中列车的通行安全,在顶进前对一定范围内的路基用水泥砂浆进行了注浆补强.为考察其效果,运用FLAC3D建立了一个三维模型,对箱涵顶进过程进行了数值模拟分析.模拟结果表明:箱涵周围土体注浆补强,可使顶进施工引起的线路沉降有所减小,且沉降曲线明显变缓,这样在保证安全的前提下可以适当提高列车通行速度.     

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     

基于Midas FEA的箱涵套管加固效果分析

以湖北省某农村公路提档升级项目中箱涵套管加固为工程背景,考虑混凝土的材料非线性,简化填土与箱涵之间的接触非线性,利用Midas FEA建立箱涵套管加固的精细化有限元模型,对比分析了箱涵套管加固前后的受力性能。计算分析表明:箱涵加固后其水平变形、竖向变形分别下降98.21%、96.53%,混凝土的第一主拉应力、第一主压应力最大值分别下降82.09%、94.95%,钢筋的拉应力、压应力最大值分别下降93.26%、85.00%,裂缝宽度最大值一定程度降低,箱涵采用套管加固效果明显;套管加固后,套管内钢筋以及填充区混凝土应力较小,考虑工程经济性,可在规范允许范围内适当降低套管配筋率、选取低强度钢筋、降低填充区混凝土标号,建议在石料充裕时采用片石混凝土代替混凝土。     

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.     

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－     

矩形顶管掘进地层变形规律数值模拟研究

矩形顶管具有高利用率、扰动小、造价低等优点,被广泛应用于浅埋地下工程施工中。但目前的研究多利用力的控制,不能够对地表沉降进行准确预测。基于此,依托苏州某矩形顶管项目,采用等代层模拟地层损失,位移控制法实现顶管动态顶进,建立矩形顶管三维动态数值模型,研究顶管施工对地表横向和纵向变形的影响规律。在此基础上,进一步研究摩擦系数、内摩擦角以及粘聚力等敏感性参数对地表变形的影响规律。并结合工程实测数据,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明：顶管掘进过程中掌子面前方土体隆起,后方沉降,顶管施工完成后地表横向呈现整体沉降,沿中轴线对称分布,地表变形与摩擦力成正比,与土体内摩擦角、粘聚力成反比。     

砂卵石地层顶管施工地表塌陷成因与处治技术

湘江排水口整治工程设计的顶管施工是在粉质粘土为主的地层中进行,为确保施工和周围建筑物的安全,须采用泥水平衡理论,严格控制管道周围的土体扰动和地表产生大变形.而实际施工到W13~W15井位之间D1800顶管全部位于砂卵石地层中,在施工过程中监测到地表最大沉降量达到457.4 mm,部分地段已经冒顶地表出现塌陷.结合地层重新勘探结果,对施工引起的地表变形机理和原因等进行了总结分析.并提出了在顶管两侧设计止水帷幕、区段中间注浆加固并回填的处治措施,同时在W13~W15顶管区间新增一个工作井缩短顶管距离.在后续顶管施工过程中对地表沉降进行监测,结果表明地表沉降在可控制范围内,确保了施工和周围环境的安全.     

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.     

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.