考虑注浆压力的顶管施工引起土体变形计算方法

顶管施工引起周围地层变形的计算预测是顶管施工中必须加以重视的问题。地层的沉降变形与顶管施工的几个环节有密切的联系,如：①顶管姿态与开挖面土压;②顶进与换管;③注浆过程等。理论分析应考虑这几个施工中的关键因素。针对上述施工影响因素,提出了考虑注浆压力的顶管施工的地层移动的计算方法。用Mindlin的位移解分析模拟开挖面土压、顶进与换管过程中的侧面摩擦力的变化引起的位移;以Sagaseta的土体损失引起的土体位移模式分析姿态控制、土体损失等引起的变形;将圆孔扩张的Verruijt解拓展到三维,用于计算注浆压力引起的位移与变形。结果表明,考虑注浆压力的变化,可以得到更为合理的预测结果。     

顶管施工引起土体变形的计算方法及应用

顶管施工技术已经广泛用于给排水管道和小直径隧道工程中,同时其施工扰动引起的土体变形问题也越来越受到重视。顶管施工引起周围土体变形的主要因素有：刀盘正面附加推力、顶管机及后续管道与土体之间的摩阻力、注浆压力和土体损失。针对上述影响因素,分析各影响因素单独作用产生的土体变形,然后叠加得出土体总变形计算公式,最后结合港珠澳大桥珠海连接线工程中0#试验管的工程实例分析了其适用性。工程实例分析结果表明：土体损失、注浆压力和顶管机与土体间摩阻力产生的最大土体变形分别为-8.000、2.500和±2.020 mm,这三者是引起土体变形的主要因素;而正面附加推力和后续管道与土体摩阻力产生的最大变形量分别为±0.075和±0.230 mm,影响程度不显著。与Peck公式对比,本文公式除了在最大沉降值处偏差较大以外,其他位置土体变形比Peck公式更接近实测值。     

大断面矩形顶管减阻技术应用研究:以苏州综合管廊矩形顶管为例

以苏州城北路人民路段综合管廊矩形顶管工程为例,分析了影响矩形顶管顶进力的关键因素,提出了管节配重、管节涂蜡和管节注浆等综合减阻方法以降低管壁摩阻力。在管节内放置重物平衡管节所受周围泥浆的浮力;通过涂蜡和喷蜡使管壁光滑,降低管壁与周围介质的摩擦系数;选择合适的材料和配比配制适合地层的泥浆,调整注浆量和注浆压力,使管节周围形成完好的泥浆套。基于实测顶进力与理论计算值的对比分析表明,管壁单位面积摩阻力降低了40%左右,证实该综合减阻方法解决了人民路段矩形顶管顶进力过大的问题。     

小净距三车道矩形顶管隧道施工扰动实测分析

依托嘉兴环线下穿南湖大道的1.2 m超小净距三车道特大断面类矩形顶管隧道工程,对实施过程中的管节内力、土压力、顶推力、竖向姿态及其引起的地表沉降等进行了现场实测分析。研究结果表明,双线矩形顶管在后实施隧道掘进过程中管节内力受姿态调整和润滑泥浆作用有所波动,临近隧道施工时前序管节内力存在削弱、增强再恢复的变化过程,最大钢筋应力约增加30%;与常规单线矩形顶管相比,施工引起的地表沉降呈现出较为扁平的peck沉降曲线特性,且最大沉降集中在始发井侧,随顶进距离增加呈现一定拖拽影响;南北线沉降差异主要因素为掘进竖向姿态控制,顶推力并未因小净距而出现较大差异。     

考虑开挖卸荷影响的桩侧摩阻力等效计算方法

基坑开挖后的卸荷回弹会导致桩侧摩阻力减小,但这一影响仅局限于基坑底部一定深度范围内。在计算开挖后的桩侧摩阻力时,可将卸荷视为作用在坑底的均布上拔荷载。当荷载作用在地表以下,土体附加应力应采用Mindlin应力解。定义基于Mindlin解计算开挖后桩侧摩阻力与开挖前变化为5%时的深度为开挖影响计算深度Hc,开挖深度和宽度对Hc的影响明显,土体内摩擦角的影响较小,而泊松比的影响可以忽略。据此推导出Hc的计算公式。开挖卸荷导致的竖向附加应力,Boussinesq解求得的结果大于Mindlin解,但随着深度增加,二者差异逐渐减小。分别针对开挖深度、宽度和内摩擦角不同取值的216种组合进行计算,结果表明,Hc范围内基于Mindlin解求得的桩侧摩阻力与基于Boussinesq解结果的比值? 最大为1.124,最小为1.001。工程实践中为偏于安全,可直接采用Boussinesq解进行桩侧摩阻力计算。     

顶管施工引起地层变形分析与计算

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法．在顶管作业中,由于会对周围地层产生附加推力、引起土体损失,进而造成一定程度的地层变形,如地表沉降、地袁水平变形等。本文分别利用经验公式和综合各种因素的Mindin积分求解来计算和分析地层变形,重点考虑正面附加推力、摩擦力和土体损失等主要因素的影响。     

复杂环境下大断面矩形顶管法施工过程地表沉降规律及控制措施研究

为了研究邕江北岸Ⅱ级阶地地区浅埋大断面(6.9 m×4.9 m)矩形顶管在复杂环境下长距离掘进过程中的地表沉降规律及控制措施,依托南宁地铁1号线金湖广场站Ⅲ号出入口工程,采用三维有限差分软件FLAC3D模拟顶管施工过程,并与实际监测结果作对比验证,结果表明:①在顶进过程中顶管机前方土体的主要扰动范围为两倍洞宽;②地表横向沉降曲线以顶管轴线为中心呈正态分布,地表沉降的横向影响范围为三倍洞宽;③通过顶管机头上抬、加设注浆套板、管节减摩注浆以及合理的顶进参数,确保地表隆起和沉降量均在合理控制的范围内。     

顶管推进引起施工场地竖向附加荷载分析

基于层状体系解析刚度矩阵理论解,结合5节点Gauss-Legendre求积公式,提出了层状地基中顶管施工正面附加推力、掘进机与土体之间摩擦力以及共同作用力引起的附加荷载计算方法,分析了顶管推进引起的土体竖向附加荷载分布规律,也研究了地基等效均质性、土层力学参数、计算点间距以及顶管埋深等因素对顶管施工诱发附加荷载的影响效应。研究结果表明,掘进摩擦力引起的附加荷载在掘进面前方迅速达到压应力峰值,其量值大小和影响范围均要大于正面附加推力,是顶管施工引起临近地层附加荷载的主要影响因素。此外,层状地基土体参数的改变会对顶管施工扰动地层的附加荷载产生一定影响,地基等效均质性、计算点间距以及顶管埋深等因素对附加荷载大小及分布均存在显著影响。成果可为合理制定顶管开挖对周围土工环境的保护措施提供一定理论依据,也可为其他盾构隧道工程提供一定的理论参考。     

盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏观分析

以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景,采用室内试验、PFC2D二维颗粒流程序和 Plaxis 3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟,揭示了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制和沉降规律,并结合实际施工参数和实测地表沉降数据进行了对比分析,获得了土压盾构在砂卵石地层中掘进引起的地表横向沉降槽和纵向沉降槽曲线,分析了不同大小的开挖面土仓压力和盾尾注浆压力对地表沉降的影响,给出了砂卵石地层开挖面土仓压力的建议值和盾尾注浆压力参数的合理取值范围。细宏观分析表明,与注浆压力相比较,土仓压力对地表最大沉降曲线的形状影响较小;但必须关注土仓压力的变化,在砂卵石地层中由于土拱效应对开挖面稳定性影响较大,甚至发生突然坍塌破坏。     

顶管施工引起的土体垂直变形计算方法研究

对前人工作进行总结,将3个已有的经验公式合并成一个通用经验公式,该公式可以计算由土体损失引起的土体中任一点沉降。假定土体不排水,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土体垂直变形计算公式。结合土体损失引起的土体变形计算公式,得到顶管施工引起的总的土体垂直变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,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;掘进机和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,轴线分别位于掘进机中间部位和后续管道中间部位的正上方。     

双圆盾构掘进施工扰动土体附加应力分析

应用弹性力学Mindlin解建立了双圆盾构掘进引起土体附加应力积分表达式。运用复化Gauss-Legendre数值积分公 式,定量分析了双圆盾构正面推力、盾构与土体侧摩阻力对土体扰动的程度及范围。分析表明,双圆盾构掘进对土体扰动具有区域性特征,盾构机上部表现为背土挤土,侧面则表现为挤压剪切效应,并且侧摩阻力对土体的扰动程度更大。所得结论对于双圆盾构穿越临近地下管线或建筑物桩基的施工提供理论依据。     

软土地区盾构掘进速度对地层扰动现场试验研究

针对上海软土地区盾构隧道工程,在盾构穿越监测断面全过程调整掘进速度,观察监测断面的水、土压力以及地层稳定性变化。根据实测并结合土体固结比、承压水等地层土性影响,运用土体扰动机制综合评定掘进速度改变的影响规律。分析表明,盾构在软土地区4倍直径(D=6.2 m)埋深地层中施工,在盾构土舱压力、注浆量等参数均不变的条件下,仅调整千斤顶推进速度变化对土体压力及变形的扰动效应有较大影响。盾构推进速度降低会使水、土压力的扰动空间范围减小、扰动所产生的压力增量减小,也使地表隆沉变化值更稳定。相应变化值由埋深和推速降低比例决定。试验为今后判断软土地区4D埋深盾构掘进速度扰动效应提供参考。     

顶管工程中的地层损失参数和土体变形计算

目前的地层损失参数和土体变形计算方法不能反映顶管施工的动态过程,重新定义顶管施工过程中的地层损失参数,使之可以反映超挖、欠挖等不同工况。基于Mindlin解,改进间隙参数g,从而可以考虑管壁与土的摩擦力。基于开挖面周围土体的扰动分区,修正Loganathan土体变形公式,并将改进的间隙参数g代入修正公式,计算顶进距离不同时的土体变形,获得顶管推进过程中地表测点的动态变化。算例分析表明,计算结果与监测数据吻合较好。     

水平平行顶管相互影响分析

水平平行顸管的相互作用是一个十分复杂的过程,当水平平行顶管距离较近时,先施工顶管对周围土体产生的扰动会使后施工顶管施工时产生的扰动加剧,后施工顶管由土体损失引起的最大地面沉降值变大,且地面沉降曲线是不对称的,其最大沉降点要向先施工顶管方向偏移。同时,后施工顶管会使周围土体产生附加应力,从而在相邻管道上产生附加荷载。顶管施工引起土体附加应力的因素主要有正面附加推力、顶进过程中掘进机和后续管道与周围土体之间的摩擦力以及土体损失,利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加应力计算公式。     

群桩沉降及周围土体沉降的计算

把群桩等代为一个大单桩,将群桩与周围土体的相互作用简化为侧表面上的面荷载和分布在底面的面荷载.基于Mincujn 应力解,通过积分求得该等代大单桩桩侧摩阻力与桩端阻力对桩周土体中任一点的附加应力,根据分层总和法可得到群桩自身沉降以及周围土体任一点的竖向沉降.为验证本文方法,对上海2个工程实例进行计算分析并与实测数据进行对比.结果表明本方法可以很好地计算群桩自身沉降以及桩周土体沉降.     

上海地区钻孔灌注桩的未来

根据对上海软土地区大型灌注桩承载力偏低的原因分析,叙述了沉淤对侧摩阻力的影响,提出了侧摩阻力能否充分发挥主要取决于桩端状态;比较了两种提高承载力的方法,指出了桩底压密注浆是软土地区灌注桩发展的必然趋势。     

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角 （即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着 增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。     

砂卵石地层非开挖顶管施工地表沉降控制研究

砂卵石地层具有地层结构松散、透水性高、粘聚力小、自稳能力差等特点,往往为工程施工带来许多难题。为了更好地研究砂卵石地层非开挖顶管施工时地表的沉降规律及相应的控制措施,以成都市华阳、万安、正兴片区雨污水管网W31-W32顶管段为研究对象,采用工法比较、数值模拟与现场实测相结合的方法,提出了适用于砂卵石地层地表沉降的控制措施。研究结果表明：在砂卵石地层中,采用袖阀管注浆加固管周土体与高压旋喷桩加固洞门的措施是合理有效的,加固后地表沉降量相较于未加固时降低了48.1%,洞门处的地表沉降量降低了51.1%,满足了地表沉降控制要求,验证了地层加固措施的效果,可为后续类似的非开挖顶管施工提供借鉴。     

相邻水平平行顶管推进引起的附加荷载分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加荷载计算公式。探讨了管道净间距、直径、埋深以及土体泊松比对附加荷载分布的影响。分析结果表明,采取注浆措施时后续管道摩擦力在相邻管道上产生较小的压力,其峰值出现在开挖面后方。在正常施工时,正面附加推力引起的附加荷载非常小,使相邻管道开挖面前方产生压力、后方产生拉力,以开挖面呈反对称分布。掘进机摩擦力引起的附加荷载分布规律与正面附加推力相似,但零点位于掘进机中间部位相对应处,其引起的附加荷载较大,在三者共同作用中占主要地位,应予以重视。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的现场试验

负摩阻力是桩周土体沉降产生的桩附加沉降和下拽力的综合效应。为了研究不同的桩顶荷载对负摩阻力基桩性状的影响,在同一个试验场地上,对不同桩顶荷载作用下完全相同的3根桩的负摩阻力性状进行了现场测试。测试结果表明,桩顶荷载对于桩的负摩阻力性状有明显影响。随着桩顶荷载的增加,负摩阻力引起的桩附加沉降越大,桩周土体沉降引起的负摩阻力就越小;负摩阻力引起的下拽力也随着桩顶荷载的增加而减小;中性点位置随着桩顶荷载的增加而上升。这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。