大口径三维曲线顶管顶力估算及实测分析

顶管顶进阻力由顶管机的迎面阻力和管节与土体间的摩阻力两部分组成,现有的顶力估算公式都具有一定的适用条件,虽然物理意义明确,但参数取值范围较大,往往估算顶力与实际工程顶力的匹配程度较低,尤其是在三维曲线顶管工程中受曲线段的影响,准确估算顶力的难度更大。以长413.0 m,外径为3.8 m,最小曲率半径为313.7 m的三维曲线顶管工程为研究对象,基于现有的顶力公式估算所需顶力大小并布设中继间,在该工程实测数据的基础上分析顶力组成及其与顶程、顶进曲率半径等影响因素之间的关系和顶管在平面曲线和垂直剖面曲线以不同曲率半径顶进的摩阻力变化规律。分析结果显示,曲线顶管摩阻力附加系数是真实存在的,且工程实测值与经验值有所偏差,但顶管在淤泥或黏土层中顶进时的摩阻力按规程推荐取值能够满足工程实践需求。最后提出了顶力估算及中继间的布置建议,为类似工程提供依据。     

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。     

顶管钢管的壁厚设计及验算方法

采用顶管法施工的污水管道,管材如采用钢管,接头在工作井内焊接后顶进,钢管在顶进期间和使用期间的受力与钢筋混凝土承插管有很大区别。以力学原理为基础,根据钢管在顶进期间和运营期间的受力与变形特点,针对现行规范尚不完善之处,补充了施工期间的钢管应力计算方法和计算公式。对现行规范计算管道顶为黏性土时竖向土压力的计算公式提出了修正建议。给出了工程示例。     

郑东新区顶管施工中顶进阻力的确定方法探讨

介绍顶管施工尤其是长距离顶管施工中顶进阻力的重要性,列举了采用《给水排水工程顶管技术规程》（CECS：2008）、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）计算顶进阻力的公式和日本下水道协会制定的顶进钢筋混凝土管顶力的计算公式。在郑东新区土压平衡顶管工程实例中对顶进阻力进行了测试和研究,指出理论计算结果与实际值之间存在的差异。提出了适合郑东新区的顶管顶进阻力的计算方法。     

大直径长距离顶管润滑泥浆方案研究

顶管技术作为一种经济快速的管道铺设技术已广泛应用于地下水道、石油天然气管道、电力和通讯电缆的施工中。在大直径长距离顶管施工过程中,顶进力过大是困扰顶管施工多年的技术难题。顶进力过大对顶管施工机械及相应的设施提出了更高的要求,顶进力已成为限制顶管技术发展的因素。针对这一问题,结合港珠澳大桥拱北隧道曲线顶管管幕实际工程,对顶管润滑减阻泥浆展开了研究。对泥浆中各组分对泥浆性能影响的试验研究表明,随着膨润土质量、PAC质量的增加,泥浆黏度呈现增长的趋势。通过正交试验确定了最优泥浆方案。将泥浆方案应用到实际工程中使单位摩阻力大幅降低,解决了顶进中顶推力过大的问题。     

福州市建新-先农220kV线路工程#7-#8段双方向曲线顶管施工技术探讨

福州市建新-先农220kV线路工程#7-#8段双方向曲线顶管施工技术探讨,文章主要从顶管顶力控制、中继间选择与安装以及曲线顶进路由控制三个方面对双向曲线顶管施工技术进行探讨和阐述,为今后类似工程提供借鉴与参考。     

曲线顶管技术及顶进力分析计算

曲线顶管施工技术以其特有的优势和应用领域,越来越受到重视。总结了国际上常用的曲线顶管施工技术,分别以SS MOLE和Ultimate Method两种具有代表性的工法为例介绍了曲线顶管技术的地层适应性、适用管道直径、应用领域和所能达到的最小曲率半径。对曲线顶管施工中顶进力计算这一重点和难点,给出了曲线顶管顶推力计算公式,并举例说明了曲线段顶推力计算公式的实际应用。     

顶管施工中顶力与顶程关系及其影响因素分析

以上海某长距离急曲线顶管工程为例，通过现场实测4节管段顶进过程中的顶力，研究了顶力随顶程的变化规律，系统分析了顶进过程中顶力的主要影响因素，得到了一些有用的结论。     

水平平行顶管相互影响试验研究

通过建立平行顶管试验模型,模拟了单管顶进和水平平行顶管的施工过程,研究并分析了水平平行顶管相互影响。研究表明:后顶管作用于先顶管上的附加应力是一个随后顶管移动而动态变化的过程,且最大值由后顶管机头所在位置决定;后顶管对先顶管所产生的附加应力随环向的分布并不是完全关于0°位置对称,表现出管道水平以下部分要大于管道水平以上部分;平行顶管顶进时引起的地表沉降要大于单顶管引起的地表沉降,且最大沉降点会由先顶管一侧逐渐转向后顶管一侧,表现出了累计效应。     

顶管施工中顶力和平均摩阻力与顶程关系分析

顶力是顶管施工中必须确定的一个重要参数,平均摩阻力则是衡量顶进效果的一个重要指标。为研究二者与顶程的关系,通过现场实测某长距离大口径急曲线顶管两节管段顶进过程中的顶力以及由顶力计算的平均摩阻力的变化情况,对顶力和平均摩阻力随顶程变化规律及其影响因素作了深入分析。由于影响因素复杂多变,顶力全程呈较为剧烈震荡上升的趋势,平均摩阻力则在经过初期的高位震荡后,由于施工趋于稳定,如泥浆套已成型、轴线控制已相对稳定,以及顶程对影响因素的稀释作用,而迅速下降并变得比较平稳。只要施工控制措施得力,长距离大口径急曲线顶管的平均摩阻力完全可以控制在较低的水平上。最后,本文就施工措施提出了一些建议。     

润滑剂摩擦特性及其对顶管推力和管-土相互作用的影响

润滑剂普遍应用于项管工程中,尤其是在复杂地质条件和长距离顶管中。使用润滑剂的主要目的是减小管土之间的摩擦力,但是定量地确定这两者之间的真实接触情况是十分困难的。测量管-土相互作用的新型技术目前仍然很少并有待进一步发展,所以只能利用间接手段测定管土之间的相互作用,并且这些测量方法的应用基于对工程的定性评价。本研究应用一种简单的试验方法来测定台湾地区最常用的润滑剂的摩擦特性,这些摩擦特性可以用于顶力的估算和直线与曲线顶管中管-土相互作用的数值分析。对顶力的分析结果表明顶力的减小与摩擦系数的减小密切相关,并且润滑剂在曲线顶管中的作用比在直线顶管中略大。此外,对台中科技园中400m长直线顶管工程的研究显示由经验公式得到的顶力估算值比实际要大,这表明由超挖造成的管土之间接触面积的减小对砂砾石地层中顶管施工的影响是非常显著的。     

中粗砂地层中顶管顶进力计算分析

以长春市伊通河排水管网改造工程为例,通过现场实测中粗砂地层条件下采用泥水平衡顶管顶进过程中顶进力的变化情况,系统研究了影响顶进力的因素及其变化规律,并对顶进力的计算进行了理论分析,与实际顶进力进行了对比,最后运用Matlab软件对实测数据进行数值分析,得出在该地质条件下的泥水平衡顶管摩阻力和顶进力计算公式。     

顶管施工中管道受力性能的现场试验研究

对顶进过程中管道纵向与环向钢筋应力及管土接触压力进行了现场测试。实测数据分析表明,管节开始顶进时轴力随顶进距离增大而增大,顶进到一定距离后,基本维持在一定范围内。管顶和管底的内侧钢筋受拉,外侧钢筋受压;管节两侧的内侧钢筋受压,外侧受拉。钢筋混凝土管道可看作柔性管道。环向钢筋受力很小,但变动较大。管土接触压力随管道的顶进一开始缓慢上升,到一定距离后基本保持在一定范围内。注浆对管顶接触压力影响较大,注浆后压力明显减小,可取为上覆土重;对左右两侧接触压力影响较小。注浆前左右两侧跟管顶压力相差不大,注浆后则要明显大于管顶压力。     

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。     

大直径顶管穿越沙漠深部护壁浆液体系研究与应用

大直径顶管穿越沙漠深部顶进阻力大、地层稳定性差、易垮塌、冒顶、护壁困难,砂层多夹有最大直径达4 cm的圆砾,管道最大埋深达50 m,国内外尚无顶管护壁浆液能有效稳定深部砂层降低顶进阻力。本文提出粘土-CMC聚合物浆液用作沙漠深部大直径顶管护壁,探讨浆液护壁及渗透机理,研究浆液性能随材料加量变化的关系,重点分析流变性、失水造壁性、润滑性的变化规律,得出浆液最优化配比。工程应用表明,该护壁浆液能有效稳定砂层,保护隧洞,降低顶进阻力,大直径顶管成功穿越沙漠深部,最大轴线偏差未超过50 mm,顶力未出现急速增长。     

顶管施工中有关力学问题探讨

本文分析了土体的破坏理论和管道在顶进过程的所受力,推导了管道在顶进时所需要的合力,为设计和正确选择顶管设备提供了必要的力学计算依据。     

大口径长距离钢顶管注浆减阻技术:以黄浦江上游水源地连通管工程为例

黄浦江上游水源地通管工程C3标段采用DN4000钢顶管施工,单次顶进长度达到969.94m,如何降低顶力是整个工程成功的关键。为减少摩阻力从而降低顶力,对泥浆配制、注浆控制等方面进行了研究,并结合JB06～JB05及JB07～JB06顶进段的地层、顶进力变化状况,分析顶管摩阻力的变化规律。结果表明:①该工程注浆孔的合理布置、触变泥浆的配制与使用得到的减阻效果明显,可作为类似工程减阻技术的参考;②顶力与顶进距离近似呈线性关系,但地层本身的性质会造成顶力的突变,类似工程可先对地层性质进行研究以得到更准确的顶力预测,指导顶管施工;③已注入环空一定时间后的泥浆与刚注入的泥浆相比减阻效果更好,顶力增速过快时可降低顶进速度,待泥浆充分与地层反应后再以原速顶进;④适当增加注浆量可以有效地减小管周摩阻力;⑤高聚物膨润土泥浆比膨润土泥浆单价更高,但高聚物膨润土泥浆注浆量少,综合环境效益等多方面因素考虑,高聚物膨润土泥浆更有优势。     

顶进箱涵全断面置换管幕工法中钢管幕内力研究及实例分析

顶进箱涵全断面置换管幕工法是在出发井和接收井之间,利用顶管法在箱涵所在位置顶推钢管,置换出土体,形成全断面管撑,再顶推箱涵,同步置换出已顶进的钢管。针对该工法中的钢管幕,建立其内力和变形计算简化模型,将钢管视为在附加荷载作用下的置于Winkler地基上的弹性地基梁,推导出全断面管幕形式顶进箱涵置换管幕工法的钢管幕内力和变形计算公式,以此分析钢管幕的竖向变形。并采用弹性地基梁法和模拟试验比拟法,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明所推导出的内力和变形计算公式具有一定的合理性,为实际工程的设计提供了理论依据     

地下水渗流对冻土区模型桩力学特性的影响分析

为了研究冻土区地下水的渗流效应对桩基的荷载传递规律的影响,考虑到桩身轴力、桩侧冻结应力和桩周土温度对桩基承载力均有影响,依据室内模拟试验,分别模拟了无地下水、桩顶水有温度效应、桩底水有温度效应、桩顶水有温度及渗流效应、桩底水有温度及渗流效应5种不同工况下地下水对冻土桩基承载力的影响。试验结果表明：无论是桩顶水还是桩底水,在接近地下水处,同时有温度效应及渗流效应的轴力值变化比仅有温度效应时的小,当地下水为桩底水时加载后的桩轴力小于地下水为桩顶水时的轴力值;桩底水引起的桩侧冻结应力变化幅度比桩顶水大,地下水的温度效应使得部分冻土温度升高而融化,而地下水的渗流效应进一步增大了冻土融化范围,使得桩基力学特性发生改变,进而影响了桩基承载力。