深圳市污水排海放流管注浆加固工程实例

针对深圳市污水排水放流钢顶管已施工部分,因顶管施工过程中周围土体位移严重,局部出现过塌方,造成部分土体流失,引起钢顶管扭曲变形。因自然环境恶劣,地质条件复杂,为减缓或控制不均匀变形的进一步发展,对不同地段分别采用劈裂注浆和渗透注浆加固顶管周边土体处理方案,达到设计要求。     

挤压式顶管施工力学分析

考虑挤压式顶管施工时,不可避免会对周围的环境造成影响。根据土塑性力学的基本原理,考虑土体具有不同于其他材料的剪胀特性和塑性变形,按不相适应的塑性流动法则计算无限体内柱形孔穴扩张在周围土体内产生应力场和位移场。借助源一汇影像手段和Cemiti解进行剪应力修正,推得在顶管挤入过程中周围土体内的位移场和应力场表达式．基于此,研究了土层数、管径、埋深等各参数对竖向位移的影响的敏感性。最终得出顶管中心埋深h、顶管外半径Ru是影响竖向位移的最关键因素的结论。     

顶管施工对土体影响的现场试验研究

通过对顶管工程的现场试验,得到了顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为顶管工程的应用提供了参考。     

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。     

超大型箱涵顶进引起的地层位移规律研究

郑州市下穿北京―珠海高速公路立交工程是目前亚洲在软土地层中施工的横截面最大的管棚内箱涵顶进工程,如何控制地层位移以及保证公路的安全,是设计和施工中必须考虑的主要问题。对现场的实测数据进行了分析,并应用FLAC数值方法对顶进过程中引起的地层位移进行模拟计算。现场监测和数值模拟结果对比表明,两者基本接近。总结出的地层移动规律如下：①路面发生最大沉降的位置不在轴线处,而是在箱涵跨度的一半处;②最大的水平位移出现在与箱涵中心同一标高掌子面正前方的土体中。管棚复合体的水平位移与路面大致相当,基底的水平位移略小。③孔隙水压力对箱涵顶进引起的周围土层的扰动更为灵敏。     

隧道穿越引起地下管线竖向位移的能量变分分析方法

隧道穿越引起的地层位移可能造成地下管线变形过大或断裂等事故,引起工程界的高度关注。基于假定的地下管线竖向位移分布模式,通过能量方法建立变分控制方程,提出了求解隧道穿越地下管线竖向位移的能量变分解法,运用叠加原理将单线隧道解答延拓至双线隧道中。与离心机试验和工程实例的对比,验证了方法的正确性。通过参数计算,分析了管材弹性模量、管线埋深、地层损失率等相关因素对地下管线竖向位移的影响规律,研究结论具有工程参考价值。     

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。     

杭州某顶管下穿钱江二桥的施工影响分析

杭州某污水处理厂双线圆形管道拟采用顶管隧道施工方案,分别用plaxis软件进行有限元分析和经验法计算得到顶管隧道穿越钱江二桥铁路桥梁引起的地面变形、桩基变形、桩基承载力影响大小数据。结果证明顶管穿越铁路桥,对桥梁影响较小。     

软土地区盾构施工参数对土体位移影响的滞后性试验研究

由于软土地区深部地层超孔隙水压等因素存在,调整盾构参数对土体位移的影响往往具有一定的滞后性,该时段施工参数调整效应并不完全发生在当前时段,更多影响该断面土体的后期位移。在上海软土地区盾构施工现场设置两相同断面监测土体位移,在盾构施工不同阶段调整关键施工参数,分析各参数对土体位移扰动的时效性。在盾构靠近监测断面前调整土仓压力,穿越断面时调整掘进速度,在盾尾脱出时调整注浆量。通过监测数据以及关联系数时间效应分析得知,在盾构穿越断面时土体位移受前期调整的土仓压力的扰动影响,盾尾脱出时的土体位移体现穿越断面掘进速度所引起挤土效应改变,而后期固结阶段土体位移量体现出盾尾脱出时注浆量增大所带来稳定控制效应。因此,施工时不仅需关注当前土体变形,还应对参数调整后土体变形趋势预测给以足够重视,以避免因忽略滞后效应而导致事故发生。     

管幕冻结隧道“顶管?冻土”复合结构力学特性试验研究

拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程,首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势,可在隧道断面形成“顶管?冻土帷幕”复合支护体系,有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标,确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管?冻土”复合结构的温度、变形与力学特性,基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究,同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明:复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征,冻土形成速率在冻结后期明显变缓;土体竖向冻胀变形在60~160 min内急剧增大,且冻胀量随深度增加而增大,整体规律与温度场分布密切相关;土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大,空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形;在加载阶段,顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响,空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征,其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍;加载至0.28 MPa时,管间冻土首先发生破坏,进而导致顶管间封水功能失效,实际施工中应重点监测空顶管的变形规律、管间冻土帷幕的温度变化及其完整性。研究成果可为管幕冻结法的施工与监测提供参考,也可为热力耦合数值计算模型提供验证依据。      

浅层顶管施工引起的土体移动

顶管施工引起包括地面沉降和土的轴向移动在内的土的运动。 土的这些运动可能导致邻近构筑物和管线的损坏。 理论分析和现场实测都显示, 在类似于上海等地的软土地层中顶管施工, 顶管周围土的运动问题是三维的。 基于半解析数值方法的基本原理, 将轴向离散而在径向和环向选取位移函数, 构造了解析解函数。 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, 从而建立了半解析单元法。 利用半解析单元法将顶管施工中三维土运动问题转化成一维数值计算 。 利用所建立的半解析单元法, 就软土地层中顶管工程实例计算了施工所引起的土体位移。 结果表明, 半解析元法用于计算顶管施工中顶管周围土的移动, 可以得到较为满意的结果。 由于计算所需要的单元数减少, 处理该问题所需要的时间也明显减少。 根据分析与计算结果还得到了一些有价值的结论。     

基坑开挖引起周围管线位移分析

为探讨深基坑开挖对周围管线位移的影响,明确管线位移轨迹模式,以南京江东软件城深基坑工程为背景,对管线位移实际监测数据进行分析。首先介绍该基坑工程的设计、施工和监测方案;在此基础上结合施工过程,分析周围4根管线竖向沉降和水平位移发展规律,并探讨二者之间的关系,揭示管线位移轨迹。由分析可知,竖向沉降先于水平位移发生,随基坑施工的开展,竖向和水平位移同步增大;在基坑第二道支撑施工后,竖向沉降出现平台,水平位移明显减小;地下室底板施工后,变形趋于稳定。距离基坑侧壁垂直距离较近的管线位移轨迹为三次多项式曲线,距离基坑侧壁较远的管线沿直线状向坑脚移动。     

西藏南路越江隧道近距离穿越M8号线地铁沉降分析

西藏南路越江隧道施工须穿越运营中的M8地铁下行线下方,对地铁隧道上方的土体产生扰动,从而造成地铁隧道的变形。施工中建立了越江隧道顶管穿越地铁隧道的三维数值计算模型,通过现场监测地铁隧道的沉降变形,并对其进行对比分析,得出盾构穿越过程中地铁隧道的变形规律,为今后此类工程提供了借鉴。     

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     

充气截排水渗流与变形耦合数值模拟

为了探究坡体充气时土体渗流与变形之间的变化规律,利用有限元软件建立厚12m、长100m的二维边坡模型,进行渗流-变形的非完全耦合数值模拟,得到对坡体采取充气截排水方法降低地下水位时坡体内充气非饱和区的形成过程,以及坡体表面土体竖向位移的变化过程。结果表明:一个完整稳定的非饱和区形成过程可分为充气初始阶段、非饱和区扩大水位抬升阶段、不稳定两相流阶段和非饱和区稳定阶段,充气压力过大或过小都无法形成稳定完整的非饱和区;当充气压力为100kPa时,坡体表面土体的竖向位移均随时间呈现先增大后减小的规律,与土体中非饱和区的发展具有一定的协同性;不同充气压力下,偏向充气点上游的坡体表面土体竖向位移随充气压力的增大而增大,偏向充气点下游的坡体表面土体竖向位移的变化具有不确定性。     

浅层顶管施工引起的土体移动

顶管施工引起包括地面沉降和土地向在内的土地的运动，土的这些运动呆能导致近构筑物和管线的损害。理论分析和现场实测都显示，在类似于上海等地的软土地层中顶管施工，顶管周围土的运动问题是三维的。基于半解析数值方法的基本原理，将轴向离散而在径向和环向选取位移函数，构造了解析解函数。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，从而建立了半解析单元法。利用半解析单元法将顶管施工中三维土运动问题转化成一维数值计算。利用所建立的半解析单元法，就软土地层中顶管工程实例计算了施工所引起的土体位移。结果表明，半解析元法用于计算顶管施工中顶管周围土的移动，可以得到较为满意的结果。由于计算所需要的单元减少，处理该问题所需要的时间也明显减少。根据分析与计算结果还得到了一些有价值的结论。     

顶管施工对相邻平行地下管线位移影响因素分析

顶管施工引起的管道周围土体移动会对相邻地下管线造成危害。采用三维有限元方法分析了顶管施工引起的相邻平行地下管线的位移,研究了注浆、纠偏、离顶管距离的远近、地下管线埋深、管线与土体弹性模量比及不同管材对地下管线位移的影响。计算结果表明,注浆与纠偏压力越大,地下管线的位移越大;地下管线距离顶管越远,引起的位移越小;地下管线弹性模量越小,产生的位移越大。     

隧道盾构施工引起土体力学效应的计算分析

随着市政建设的快速发展,地铁盾构越来越多的穿越密集的建（筑）物和地下管线,隧道施工对周围环境的影响已经引起人们足够的重视。视隧道开挖引起的土体移动为一随机过程,应用随机介质理论,根据土体损失的空间分布规律,得到土体损失引起的位移计算公式;在此基础上,结合弹性理论基本方程推导了隧道开挖引起周围土体应力变化的计算公式。最后,结合算例,对盾构推进过程中引起的土体位移和附加应力分别进行计算,旨在了解盾构施工引起的环境力学效应,为采取措施减小这种影响提供依据。     

顶管施工中矩形沉井工作井允许反力的计算

根据顶管工程中矩形沉井工作井后背墙变形情况,假定后背墙在顶管反力作用下变形为抛物线形,提出采用与位移有关的土压力来计算土体反力。考虑了沉井底部和侧壁的摩阻力,由沉井整体水平向受力平衡计算允许顶力。通过算例与朗肯理论的比较结果表明,提出的方法可用于计算土体的非极限被动土压力,且该方法考虑了顶管反力这一局部荷载对墙后土压力分布的影响。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。