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.     

基于压力拱理论的STS管幕顶力

沈阳地铁九号线奥体中心站采用STS(steel tube slab)管幕法设计.基于压力拱理论,提出了根据管周土压力成因而分区域讨论的思路,推导了STS管幕法的顶管管周摩阻力公式.将理论计算结果和现场顶力观测数据进行了对比,得到较好的一致性.翼缘对顶力影响较大,不能采用简单叠加的方法,受“栓塞”作用影响,管侧土压力较小.利用现行国际设计规范计算了STS管幕顶力,由于现行规范未考虑翼缘板效应,规范计算结果比现场顶力观测数据偏小28%~40%.     

顶管工程设计中的顶力计算方法

本文通过对顶管计算中通常采用的通用公式及个别地区的经验公式的分析,提出了各参数选用应注意的事项。     

地铁车站小直径管幕工法开挖变形规律

沈阳地铁市府大路站是采用小直径管幕工法施工的地铁暗挖车站.通过有限差分软件FLAC^3D建立车站结构-地层三维模型,分析总结了小直径管幕工法动态开挖过程引起的地层及主体结构的位移变形规律.结果表明:小直径管幕工法开挖过程引起的地表沉降具有明显的阶段性,沉降槽形态在群洞效应和管幕预支护作用的影响下变化频繁,横导洞间土体开挖阶段引起的地表沉降占到了最终沉降的50.54%,该阶段是地表沉降控制的关键阶段;管幕-梁-桩-柱施工完成后,主体结构变形表现出良好的协同作用,横梁竖向变形表现为车站两端小中间大,边桩及中柱的水平位移在负二层施工期间增长显著,占到了水平位移最大值的47.1%和55.8%,该阶段是控制主体结构变形的关键阶段.     

浅埋超大断面矩形顶管顶进对既有箱涵的影响

针对浅埋超大断面矩形顶管顶进引起的环境影响效应,以深圳市某拟建顶管法地铁车站为背景,建立了顶管施工全过程三维有限元数值模型,研究了浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应及其对上方既有箱涵的影响.结果表明:顶管下穿箱涵前,箱涵的不均匀沉降增长缓慢,箱涵迎土面所受土压力不断增大;顶管下穿箱涵时,箱涵的不均匀沉降量急剧增大,箱涵迎土面所受土压力逐渐降低;顶管穿出箱涵后,箱涵的不均匀沉降量和迎土面所受土压力均先下降而后趋于稳定.浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应使得箱涵的最大水平位移大于最大竖向位移,实际工程中应采取措施减少背土效应的影响.     

某小型水库顶小口径钢管技术应用体会

该文通过对某小型水库小管径顶管施工中遇到的问题进行分析计算,总结了小管径顶管中应注意的几个问题。     

钢管顶管的设计计算方法研究

随着给水排水工程中相关的钢管结构设计的规范制定及实行,对钢管顶管结构上的各个设计计算都有了明确的规定,本文对其计算方法进行了探讨及研究。     

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...     

大尺寸矩形截面竖向曲线顶管顶进力

为了解决大尺寸矩形截面竖向曲线顶管在施工过程中顶进力的估算,针对曲线顶管分坡度掘进线路设计与实际施工分管节偏转的差异问题。对管节逐个进行受力分析,累积叠加得到顶进力的计算公式。首先根据顶管的起始点和终点之间的线路估算出竖向曲线顶管整体偏转角度,进而计算得到每个管节的偏转角度。针对顶管顶进过程中注浆压力与管节周围土压力之间的关系选择管节的受荷方式。当注浆压力大于围岩土压力时,选择注浆压力作为外荷载,反之选择围岩土压力作为外荷载。结果表明：通过对管节逐个建模,并考虑注浆压力与围岩压力之间的关系选择外荷载的形式得到的顶进力更能反应实际的顶管工作状态。同时计算结果还表明：影响顶进力的主要影响因素为土体重度、初始埋深和侧摩擦系数,同时,管节偏转角度对顶进力的影响不可忽略,并且随顶进距离的增大,影响程度逐步增强。     

细长薄壁顶管顶进力分布特征——以拱北隧道为例

摘要：基于理论力学刚体平衡得到的顶管顶推力计算公式忽略了顶进过程中顶管自身变形对顶进力的影响,不适用于细长薄壁顶管顶进力的估算。细长薄壁钢管截面刚度小,顶管变形影响管-土接触范围的法向应力分布,进而影响顶管的侧摩阻力和顶进力。通过建立细长薄壁顶管顶进力估算的位移控制有限单元分析模型,得到考虑顶管形变、接触范围、接触面侧摩擦系数、接触面法向应力的顶进力拟合公式。并且得到不同条件下的顶进力与顶进距离的函数关系。基于位移控制有限单元分析模型的顶管顶进力估算精度高,在细长薄壁顶管顶进力估算过程中更有优势。     

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.     

顶管施工引起的土体变形分析

详细分析了在顶管施工过程中引起地面变形的原因,建立了应用明德林解计算顶管施工中顶推力以及摩擦力引起的地面变形的计算模型,并探讨了模型中相关参数取值的确定方法.运用建立的模型对一个具体的顶管施工问题进行了应用研究,结果表明,所得结论符合工程实际.     

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－     

沈阳地区大直径顶管顶力预估与减阻效果的数值模拟

沈阳地区以砂卵(砾)石土层为主,顶进大直径顶管可借鉴的工程经验不多,因此首先从数值模拟的角度,提出了根据初始顶力预估顶进过程中所需顶力的方法,并与实际监测结果进行了对比,然后对沈阳地区顶管顶进中使用的触变泥浆配合比进行了分析,比较了7种浆体的顶力曲线.研究结果表明:采用数值模拟方法预估顶管顶进过程中的顶力,并为中继间的合理布置提供参考是可行的;在沈阳地区顶管施工中优化的触变泥浆膨润土与水的质量配比为1∶9,并且触变泥浆中的用水量对于减阻效果有明显影响.     

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...     

矩形顶管施工引起的土体变形计算方法研究

分析了土体位移主要影响因素,对土体进行部分力学计算假定,使用梅德林解推导了分别由矩形顶管施工过程中的推进力、掘进机及管道侧摩阻力引起的土体变形计算公式;利用随机介质理论,推导了矩形顶管施工土体损失带来的土体变形计算公式.综合所有因素得到总变形公式,进行了土体变形规律分析并验证了计算公式的正确性.对矩形顶管推进引起的三维土体变形提供了简单的理论计算方法.     

顶管法工作井土体加固对围护结构的影响研究

顶管法工作井的坑内、坑外土体加固对控制地表沉降和围护结构的侧向位移有显著作用.以天津地区某人行地道为背景,首先研究了坑底土体加固深度和加固程度对围护结构的影响,确定了合理的加固深度和加固程度.然后结合盾构法进出洞口土体加固的工程经验,给出了较为合理的顶管法进出洞口土体加固的范围,并结合相关规范及工程经验提出了一种将进出洞口加固后的土体计入围护结构计算的方法.本文的研究成果和计算方法为顶管法工作井土体加固的设计提供了参考.     

管节—接头的弹性地基梁法及顶管施工模拟分析

针对曲线顶管工程的特点,通过建立管节－接头力学模型及弹性地基梁法,对顶管施工的顶力、管接头张开量、管段内力、土体抗力及土体的稳定性等进行了计算与分析,研究成果在大口径小半径曲线管施工实践中的成功应用,证明其对今后同类工作中具有较好的指导意义和实用推广价值。