大直径深埋顶管施工对地表沉降的影响

顶管施工因非开挖或少开挖而在城市建设中应用广泛,但顶管施工引起的地表沉降不容忽视。依托佛山市某电力隧道顶管工程,通过现场实测、数值模拟及Peck经验公式的方法研究了顶管施工引起的地表沉降规律,探讨了管-土摩擦、注浆压力及支护压力对地表沉降的影响。结果表明：顶管施工引起的横向地表沉降在距轴线约4倍管径范围内变化较大,管-土摩擦的改变对横向地表距轴线约3倍管径范围内的地表沉降影响较大,对纵向地表距开挖面约1倍管径范围内的地表沉降影响较小;注浆压力的增大能够抑制地表沉降;支护压力的改变对横向地表距轴线约2倍管径范围内的地表沉降影响较大。研究结果可为控制顶管施工引起地表沉降措施的制定提供参考;同时,实测值、模拟值及Peck经验公式所得到的地表沉降变化趋势和大小相近,验证了数值模拟及Peck经验公式在实际工程中预测地表沉降的可行性。     

矩形顶管管周差异摩阻力对地层纵向水平位移的影响

矩形顶管施工过程中管周摩阻力是引起周围土体扰动的重要影响因素。为了更加准确地预测矩形顶管施工对地层位移的影响,结合管节受力分析和泥浆运动规律,假定“U”字形泥浆套状态,基于弹性力学Mindlin解建立土体水平位移计算公式,对正面附加应力、管周摩阻力等因素引起的地层纵向水平位移进行计算,最后与苏州某矩形顶管工程实测值进行对比分析。结果表明:在顶管机头顶进穿过某一断面前,正面附加应力对周围土体的影响大于管周差异摩阻力,而在穿过该断面后,由于管节数量的增多以及已穿过部分的管节管周摩阻力产生的“拉力”作用,后者的累计影响占比逐渐大于前者;管周差异摩阻力情况下比管周均一摩阻力情况下的计算值更贴近实测值,预测效果更好。      

考虑注浆作用的矩形顶管竖向土压力计算模型

针对矩形顶管上竖向土压力计算模型研究较少的现状，借助Terzaghi土压力计算理论，结合矩形顶管工程特点建立了考虑注浆作用的矩形顶管竖向土压力计算模型，提出了改进的竖向土压力计算公式；依托苏州某矩形顶管工程中竖向土压力实时监测数据，探究了其变化规律并验证了该计算公式的准确性。研究结果表明:土体中的剪切带从管道外壁两侧产生并沿竖直方向发展，且可贯穿至地表；临界状态下剪切带上的膨胀角完全发挥，以临界内摩擦角及其正弦值计算剪切带上的摩擦系数；不同的注浆压力下，管道上方可能出现“主动土拱”和“被动土拱”。计算值与实测值的对比分析表明，改进后的计算方法能够较好地包络矩形顶管竖向土压力范围。      

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。      

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站—康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明:在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段;单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18.89mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36.4mm;已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大;双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和;单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8.4～9.3m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16.2～17.5m;隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0.435～0.467,单线隧道开挖后的地层损失率为0.765%～1.324%,双线隧道开挖后的地层损失率为1.231%～2.200%。     

复合地层纵向曲线顶管施工技术

采用顶管法穿越江河一般均选择地质条件较好、水压较低的直线顶进方式施工,针对大坡度纵向曲线顶管穿江施工国内目前还没有先例。富春江顶管隧道全长658.05 m,施工水压高、坡度大、穿越地层复杂。通过采用具有破岩能力的泥水加压平衡顶管设备、配置有特殊密封的大行程组合式中继间、润滑效果良好的自动润滑注浆系统和可进行大落差曲线隧道测量的陀螺导向系统等相关技术实现了复合地层“V”字型纵向曲线穿江顶管隧道的贯通。该项目的顺利实施为我国在复杂条件下的顶管施工开拓了新的设计理念并积累了相关施工参数和经验。      

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。      

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。      

基于滚刀破岩特性的岩石顶管迎面阻力计算模型

顶进力是顶管工程设计和施工中最重要的参数之一, 顶进力计算的精确性将直接影响顶管的工程的成败。随着顶管施工工艺越来越多的应用于岩石地层, 但鲜有关于岩石地层中顶管顶进力的计算模型。为了更加准确地计算岩石地层中的迎面阻力, 假设掌子面稳定, 通过分析岩石顶管机刀盘滚刀破岩机理、受力模型和影响规律, 在此基础上推导出岩石地层顶管迎面阻力计算公式。结果表明: 岩石顶管中, 岩石抗压强度和抗剪强度以及顶管机滚刀切入深度直接决定了迎面阻力的大小, 实测迎面阻力除个别点在计算值上下限以外, 其余与公式预测值相一致, 证明其具有适用性。      

拼装式顶管接头抗弯刚度及管节内力计算

随着顶管断面尺寸不断增大，管节的运输问题逐渐突显，拼装式顶管技术可以有效解决该问题。在现有拼装式结构接头基础上，提出了拼装式顶管管节横向接头的连接方式，并以螺栓拼装式管节为研究对象，建立了横向接头抗弯刚度计算模型，结合盾构管片梁-弹簧模型，提出了拼装式管节结构计算方法。其内力计算结果表明:拼装式和整体式管节内力分布规律基本一致；拼装式管节的侧壁弯矩小于整体式管节，顶部和底部弯矩大于整体式管节，二者内力无急剧变化；从内力分布与大小看，拼装式管节是可用的。      

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高分辨率SAR数据在河北省城市形变监测中的应用

针对传统形变监测难以在短时间内进行大面积形变监测的问题,结合基于时间序列的雷达差分干涉测量(PS-InSAR)技术,以TerraSAR-X数据为例,重点研究了高分辨率SAR数据在城市地表形变监测中的应用,并对石家庄市、沧州市城区进行了监测,使用了2013年和2014年间各37景数据,采用了SARPROZ软件进行数据处理。实验结果显示,在石家庄市和沧州市各有三处较大形变区域。根据历史水文地质数据资料对比显示,产生形变的区域主要为地下水漏斗区域和大型建筑施工区域。在对石家庄市的分析结果中还发现,由于建筑施工造成了高铁沿线周边区域的较大沉降。此外,经过与沧州市历史沉降资料对比发现,传统沉降区已得到了有效的控制。总体而言,高分辨率SAR影像差分干涉技术为城市大面积地表形变分析提供了一种行之有效的监测手段,对传统沉降区的持续监测、高铁运行、地铁施工建设等具有重要参考意义。     

Numerical simulation for settlement urban tunnel construction

The excavation for the municipal tunnel will disturb the soil around the tunnel, and the deformation and subsidence of the earth surface always take place, which may lead to instability and even collapse for the building above the tunnel. At the same time the deformation and subsidence of the earth surface affect the normal use of underground municipal pipelines, and may cause the road sudden collapse, leading to significantly traffic accidents. The authors did a research by simulating for the excavation of municipal tunnel and designed the related supporting plan, and put forward some suggestions and measures for the design and construction of urban tunnel.     

砂土与混凝土顶管界面摩擦特性试验研究

为了揭示不同工况下混凝土顶管-砂土接触面剪切摩擦特性,确定管土、管浆摩擦系数,为顶管施工参数的选取及顶进力的计算提供指导与参考。采用直剪试验研究了5种砂土在不同法向压力、不同剪切速率及不同润滑状态下与混凝土管接触面的摩擦特性。试验结果表明:随着砂土颗粒粒径的增加,砂土与混凝土接触面剪切应力稳定值降低。随着法向应力的增加,砂土界面剪切应力达到峰值或稳定值时的剪切位移增加,同时界面剪切应力-剪切位移曲线的应变软化特性逐渐减弱,应变硬化趋势逐渐增强。无润滑条件下,随着法向应力的增加,剪切应力稳定值增量基本保持稳定或略有降低,泥浆润滑条件下,剪切应力稳定值增量增大;在较低法向压力下剪切速率对砂土剪切应力的影响较小;泥浆润滑条件下,砂土与混凝土接触面剪切应力可降低70%~80%,随着法向应力的增加,润滑效果降低。