南水北调中线磁县段污水管下穿公路顶管施工地表变形规律

顶管施工对地层变形的扰动成为影响周围建筑物安全和环境变化的重要因素之一.以南水北调中线磁县段砂砾石地层中污水管网顶管下穿和谐大道施工为例,对顶管施工扰动下地表沉降变形进行理论预测和现场试验研究,并基于现场实测结果对理论预测模型参数进行了优化修正研究结果表明:当地层体积损失率控制在6.9％以内时,磁县和谐大道附近地表沉降量满足相关规范安全要求;南水北调磁县段污水管网施工范围内地表最大沉降量位于2.5～4 nun,未突破安全阈值;针对类似工况条件提出了地层损失率和沉降槽宽度系数指数建议取值,分别为2.81％和0.425.相关研究成果为类似工况条件下地表变形预测研究提供借鉴.     

真实复杂地层大直径钢顶管三维数值模拟研究

为了揭示地表沉降与管周土体扰动沿顶进方向的真实变化规律,本文提出了真实复杂地层三维数值建模方法。依托某市北线引水工程隐患整改顶管工程项目,采用FLAC3D分析平台开展了真实复杂地层和简化均匀地层条件下的大直径钢顶管施工数值模拟研究。模拟结果及现场地表沉降实测结果对比表明：基于真实复杂地层模型的模拟结果与现场沉降监测结果吻合较好,能够准确反映地表沉降沿纵向的变化规律,而简化地层模型模拟结果与监测值差距较大。扰动分析表明顶管施工时会引起其上方地层的沉降变形和下方地层的抬升变形,其变形值大小与地层土体性质和分布有关。顶管上覆土体横向位移基本朝向顶管轴线,其变形受土体空间分布的影响较小,但顶管下部土体的横向变形受土体空间变化影响较大。地表沉降的横向影响范围为?5.3D（D为顶管直径）,且受土层分布影响较小,但地表沉降值受地层分布影响较大。     

崇文门站顶管预支护方案三维有限元分析

北京地铁五号线崇文门站,下穿既有地铁一号线区间隧道,车站顶板与区间隧道底板间距2.858 m.为了严格控制既有环线区间隧道的沉降,确保环线地铁运营安全,首次采用了顶管作超前预支护.考虑不同的顶管直径以及周围地层的弹性模量对地表、拱顶和既有线的变形影响,用3D-Sigma三维有限元软件进行施工效应的计算模拟,掌握顶管预支护洞室的力学效应,预测车站施工引起既有隧道的沉降量.计算表明用大刚度的顶管作超前预支护,可以满足既有线地铁运营和城市地表建筑物变形控制要求.     

砂姜粘土地层双排顶管施工的沉降变形规律

针对双排顶管施工互相之间的干扰作用对地层变形的影响,以徐州市第二地面水厂工程顶管穿越徐洪河段砂姜黏土地层工程实践作为工程背景.利用Midas/GTS模拟结果与室内试验对双排平行顶管施工过程中的沉降变形与横向间距的影响进行研究的方法,得到该类工程不同横向间距下的沉降规律与错位施工地层变形控制的重点.双排顶管工程错位施工对先行管施工和管道轴线的沉降影响最大,是实际工程中的重点实时监测部位.该结果对类似工程具有重要的借鉴意义.     

软土地区钢顶管施工引起的地表变形规律

为研究软土地区钢顶管施工引起的地表变形规律,以东莞某输水工程为背景,分别采用预测公式、数值模拟和现场监测的方法对顶进过程中引起的地表变形进行了计算和监测,以期得到顶进过程中纵、横方向的地表变形规律。首先推导出了基于顶进间隙的地表变形预测公式并计算出顶管施工可能产生的最大竖向位移为14.1 mm,此变形量在规范允许路面沉降范围内(≤20.0 mm),无须进行土体加固等措施;然后采用数值模拟的方法建立有限元模型对顶进导致的地表变形进行了计算,并就减轻地表变形的方法进行了讨论;最后与现场监测的结果进行了对比分析。结果表明：3种方法得到的变形曲线形状除了顶管轴线处地表峰值位移(数值模拟数值为13.7 mm,现场监测为15.2 mm)有稍许差异外,整体基本一致;顶管顶进时,横向监测断面的沉降槽呈“V”形,最大沉降值在顶管中心轴线处,随着距离中心轴线越远,沉降值越小,最后趋于0;纵向监测断面呈倒“S”形,大致可分为顶进前土体的隆起,顶进中土体的沉降,顶进后土体轻微回隆,顶进后土体稳定4个阶段;在顶管施工前可以对地表变形进行预测和数值模拟计算,结合预测和模拟计算的结果,通过合理的设置顶推力、注浆压力...     

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。     

矩形顶管施工参数对地表沉降影响分析及控制

为了探究砂质粉土地层矩形顶管施工对周边环境的影响,依托南京某城市地铁车站出入口过街通道矩形顶管工程,采用三维数值模拟和现场监测相结合的方法研究了矩形顶管法在施工过程中呈现的地表沉降规律.探讨了是否及时注浆、支护压力、注浆压力及注浆量对地表沉降的影响,并针对工程中土体变形问题给出了相应的地表沉降控制建议.结果表明,在掘进过程中,顶管机在不同的区段应采用与土层相适应的支护压力和注浆压力,同时,要采用同步注浆的措施以及适量的注浆量才能有效控制地表沉降量,当支护压力、注浆压力、注浆量等施工参数分别设定在开挖面侧向静止土压力的1.0～1.5倍、150～175 kPa、注浆充盈系数为1.25～1.75时地表沉降控制效果最佳.     

盾构下穿浅基础建筑的沉降规律分析

盾构施工会引起隧道周围土体变形,使地表已有建筑产生沉降和倾斜。针对太原地区汾河漫滩地层盾构下穿浅基础建筑物这一施工工况,比较FLAC3D模拟与现场监测两种方法得到的结果,分析建筑物存在与否以及建筑物刚度对于沉降规律的影响。结果表明:建筑物的存在对形成的横向沉降槽影响较小,但沉降过程与没有建筑物相比差别很大,建筑物的存在会约束周围土体,使建筑物及周围地层在沉降过程中表现出滞后性和整体性;建筑物刚度的改变对沉降滞后性的影响较小,刚度越大整体性越强。研究成果有助于盾构施工过程中建筑物及周围地层变形的预测。     

基于云模型的地铁隧道顶管法施工风险评价

采用顶管法进行地铁隧道施工,可以有效减轻施工对城市环境、交通及设施的影响,降低噪音.顶管法施工导致地层土体应力状态改变及土体损失,可能引起隧道断面坍塌和地表沉降,施工风险较高.为预判地铁隧道顶管法施工风险,将施工风险划分为4个等级,建立考虑工程地质和施工因素的风险评价指标体系,运用正向云发生器和指标参数标准化,构建了地铁车站通道顶管施工风险评价模型.将该模型应用于长沙市轨道交通5号线火炬村站地下通道工程.结果表明：该工程综合评价云图中,云滴1/2位于中风险区,1/4位于高风险区,说明在施工过程中有着较高的地表沉降风险.地表沉降风险预警结果与施工现场实际情况基本一致,验证了该风险评价模型的有效性.     

暗挖法地铁车站监控量测技术研究

城市地铁施工涉及到大量的暗挖工程,地下工程施工又是在地层内部进行,对地层易产生扰动、影响较大.为了实时观测施工过程对地层的影响,及早发现地层的重大变化,作出正确响应,监控量测就显得尤为重要.通过地表沉降观测,洞内拱顶沉降、净空收敛等方法,按照规范要求进行数据采集工作,及时对比数据量差、及早发现突变状态.通过监控量测及时发现不稳定因素,保障工程及社会安全;同时随施工进行同步验证设计方案与实际情况的吻合程度,并根据变形及沉降情况来调整方案和施工,为施工提供有价值的指导性意见;根据收集的变形及沉降资料为今后类似工程的监控量测提供类比依据.根据长春地铁1号线07标段解放大路站车站暗挖施工作为案例,介绍了监控量测的目的、监测项目、监测方法及地表沉降的控制措施.     

Application of ANSYS 3D FEM in Studies of Surface Deformation Caused by Pipe Jacking

By using site observation data and establishing 3D model using ANSYS software,this paper has discussed the strain change of stratum stress during process of jacking-in and the im-pact of machine head on ground surface under different frontal resistances. Analysis of the two cases shows that soil pressure reaches its maximum point when the soil is right above machine head,and soil stress will gradually decline when machine head passes over it. It also shows that impact brought by pipe-jacking construction on stress change of the surrounding soil is limited. The thesis suggest that road surface should be consolidated and soil condition be improved before construction to prevent loss and disaster caused by road surface deformation,jacking force can be increased so that jacking efficiency can be enhanced when ground stratum is well filled with soil,but the frontal resistance facing machine head should be equal to surrounding soil pressure in order to avoid rise of ground surface.     

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。     

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.     

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.     

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－     

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.     

越江钢筋混凝土顶管施工三维数值分析

顶管法作为一种非开挖技术,在城市隧道管线的建设和改造中具有广泛应用。然而,顶管施工不可避免地会对周围既有结构物造成一定的影响。为了研究如何规避顶管施工的风险,基于白龙港南线输送干线的过江管工程的W2-W1标段,通过数值模拟的方法研究了顶管施工过程中机头支护压力、注浆模量、摩阻力的变异对地层、桩基变形影响的变化规律,并分析了软土地区复杂条件下顶管施工各施工参数对周围环境影响的敏感性。结果表明:在实际施工过程中,当机头支护压力略小于顶管中心土层自重应力时能有效减小环境影响;同时也需要尽可能减小注浆与顶管之间的摩擦系数,并根据实际目标需求选择注浆模量。     

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。     

关键层破断与厚松散层地表沉陷耦合关系研究

采用模型实验方法,研究了关键层对覆岩及地表移动的控制作用和关键层破断对地表位移曲线形态的影响,对关键层与表土层间耦合关系进行了研究,揭示了关键层与表土层间耦合关系的一些基本规律。关键层对上覆岩层及地表移动起控制作用,当关键层以弹性地基板或梁的结构形式处于弹塑性变形状态时,地表下沉为弯曲型;当关键层破断及运动时,将导致地表快速断裂型下沉。