顶管施工中超挖区域土管相互作用的数值分析

超挖是顶管施工中一个至关重要的问题,尤其易发生在地质条件复杂或者曲线顶管的情况。对于这些情况,经常要使用润滑剂填补空隙或减少土体和管道之间的摩擦。然而,很难定量地测定土管之间的实际接触状态。土管相互作用的测量新技术仍然非常稀缺,需要进一步的研发。事实上,现有的测量土管相互作用的方法都是间接的,测完后还要进一步做工程判断。本研究应用有限元软件ABAQUS对顶管施工作数值分析,其中包括顶管润滑性和超挖对土管相互作用的影响。结果表明：润滑剂可以明显降低管道周围的应力,随着超挖的增加,周围的土体对顶管的扰动增加,土应力下降,但是开挖面的扰动也会增加。     

曲线钢顶管管节受力特性试验

目前,曲线顶管技术在地下工程建设中的应用越来越广泛。但曲线顶管因管节之间存在偏角使得应力分布不均,其受力特性和应力传递路径与传统直线顶管存在显著差异。以拱北隧道曲线顶管管幕工程为依托,采用室内顶管受力模拟试验系统,对曲线钢顶管匀速顶进过程进行了模拟试验,研究了管节接头应力特征、顶进力传递路径及其与顶推力大小、造斜角度之间的关系。试验结果表明:曲线顶管中,管节两端接头出现应力集中,形成一条明显的顶力传递路径,且应力集中会随着顶力和造斜角度增大而加剧;在垫片被压紧处应力传递路径更显著。     

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。     

关于曲线顶管的顶推力的研究

在顶管过程中,顶推力在平衡抵抗力和推动管线向前移动时起决定性作用。曲线顶管的驱动机构比直线顶管复杂,所以它的顶推力也是更加难确定。这个研究理论地探索了曲线顶管的顶推力,主要通过考虑土压力的静力平衡、剪切面的抵抗阻力,管面摩擦力以及管线后面的推动力。这种派生的理论公式可以用来评估直线顶管或曲线顶管的驱动力。案例研究运用理论公式和经验公式相结合来进行。经过校准,修正过的公式是更加的精确实用。     

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。     

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。     

油气管道顶管施工中顶力预测模型

顶力计算是顶管施工的重要内容,关系到整个工程的造价和成败。通过对顶力预测进行理论分析,针对混凝土顶管施工建立顶力计算模型,依次计算总顶力的两个组成部分：顶进正面阻力和管周摩擦阻力。采用朗金主动土压力理论计算水平土压力,砂性土采用“水土分算”方法而粘性土采用“水土合算”方法,进而计算顶进正面阻力;结合土柱压力理论和马斯顿压力理论,分别建立相应的管周土压力模型,给出管周总摩擦阻力的计算方法。得到适用条件明确、计算结果可靠的顶力计算公式,该公式的计算结果与工程实例相比较,满足工程要求。     

深埋顶管顶力理论计算与实测分析

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法,常用的垂直土压力计算理论有：普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用性和缺陷之后,结合普氏理论和太沙基理论,提出了改进的垂直土压力计算理论公式,并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应,又考虑了拱下土体的挟持力,更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中,计算不同深度的两根大埋深管道顶力,并把计算与实测结果进行比较,发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值,改进理论计算结果稍大于实测值,更适合于深埋顶管顶力估算。     

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。     

一种新的超长桩荷载传递模型

超长桩桩侧摩阻力出现软化是一个较为普遍的现象。针对超长桩出现的侧摩阻力软化现象,提出了一种新的双曲荷载传递函数,该传递函数充分考虑了桩土相互作用的非线性特性和软化特性。依据新的荷载传递函数,利用FORTRAN语言编写了UMAT子程序。通过实例计算,对比了现场试验数据、ABAQUS自带接触对的计算结果和ABAQUS应用文中子程序后的计算结果,结果表明ABAQUS应用文中子程序计算所得的桩顶Q-s曲线、桩侧摩阻力分布曲线和桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线都与现场试验数据更加吻合,证明文中提出的荷载传递函数可以有效地模拟超长桩桩土相互作用的非线性特性和软化特性,并且对超长桩承载力的估算更加合理可靠。     

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。     

玻璃钢夹砂管顶管施工的顶力分析

本文通过介绍玻璃钢夹砂管顶管顶进过程情况,以图表形式将顶力变化图现出来。根据图表反映的顶力变化趋势,结合砂性土地质的特性,对施工过程中遇到的问题展开讨论,分析原因,并得出解决方法。总结了玻璃钢夹砂管顶管在施工中的一些经验和方法。     

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。     

顶管工程工作井位移与土抗力分析

为保证顶管工程的施工安全和经济设计,必须深入分析顶力作用下工作井及周围土体的应力、位移特性。以两个实际顶管工程为工程背景,针对工作井的浅埋、深埋圆形沉井,采用三维有限元分析,给出了浅埋沉井土抗力沿圆周分布的拟合方程。分别采用《规程》[1]和《手册》[2]推荐的计算方法和三维有限元分析,对顶力作用下深埋、浅埋工作井的位移和新增土抗力进行对比分析,结果表明：①由于只考虑了顶力后背一侧半圆范围内土体抗力的作用,规范法和手册法将导致土抗力计算结果偏大;②顶力作用位置对深埋沉井的井壁变位、土抗力大小和分布情况影响显著;③规范法和手册法仅适用于顶力作用于沉井底部的浅埋沉井。     

电力隧道超大直径顶管施工扰动特性研究

由于顶管工程在经济方面的优势以及控制周围环境水平的提升,而得到广泛应用,但目前顶管扰动特性方面的研究多数限于中小顶管,未考虑超大直径顶管的特殊性。对上海世博电力电缆隧道顶管施工进行了现场监测,并主要分析了水-土压力变化曲线,测试结果反映了超大直径顶管顶进5阶段的扰动特性。工程经验表明,超大直径长距离顶进成功的主要作用因素有3个：泥浆套作用、开挖面控制和姿态动态调整。最后对泥浆套在顶管中的形成过程以及扰动作用机制进行了研究,泥浆套在注入、泥膜形成以及整体发挥作用的过程中具备填充、支承、隔阻、润滑等作用。     

土钉墙开挖性状的有限元分析

土钉墙是粉砂土、黏性土等地区基坑开挖围护的主要形式之一。采用ABAQUS有限元软件建立土钉-面层-土体的相互作用模型,土体应用Mohr-Coulomb本构模型,土体与土钉间的接触性质为摩擦小滑移,在此基础上,得到了土体深层水平位移、面层位移、面层土压力和土钉轴力的分布形式和基本规律。计算结果表明：深层土体水平位移的最大值发生在墙顶靠下或者墙顶的位置;坑底水平位移从坡脚向坑中逐渐变小,在基坑开挖深度范围内,减小的速率较大,以后趋于某一稳定值;土钉轴力两头较小,中间较大,作用在面层上的作用力值远小于土钉轴力,该力与作用在面层上的作用力之和等于土钉轴力;土钉墙的面层土压力随着深度的增加,先增加到最大值后,再逐渐减小,每开挖一步面层土压力就会增加,且最大值向下移动。     

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。     

超浅层曲线顶管施工效应有限元模拟研究

超浅层曲线顶管作为一种新型复杂的顶管技术,由于覆盖土层薄,地层对扰动敏感,具有难以控制管-土作用效应的特殊性,尤其体现在繁忙的市政项目中。本文模拟大直径（D=2．64m）曲线（R=250m）土压平衡法下管、土力学效应,得出顶推力-位移关系、地层应力变化规律及曲线段混凝土管道的内力分布情况。     

长距离顶管工程中注浆减摩作用机理及效果分析

长距离顶管施工中除了克服迎面阻力外,尚需克服巨大的侧面摩擦阻力,故直接顶进非常困难。探讨了利用膨润土泥浆注浆以减小顶进阻力的技术。对注浆材料的结构、注浆工艺和减摩机理进行了较为系统的阐述,并结合工程实例对长距离顶管中顶进力的理论值与实际值做了比较。结果表明,注浆减摩效果十分明显。该技术值得在实际工程中推广应用。