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。     

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。     

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。     

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。     

螺旋导向钻进系统提高管道安装质量

本文简要介绍了采用导向螺旋钻进系统钻进粘土层进行管道安装,该技术结合螺旋导向和顶管施工技术进行管道安装,可以提高短距离管道安装的精度和施工质量。     

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。     

长距离管道顶管下无粘土浆液研究

在长距离管道顶管施工过程中,尤其是碰见复杂地层如砂卵石层的情况下,为解决在顶管施工中极易造成地层垮塌埋管、顶管阻力急剧增加导致顶管失败的难题,开展了以植物胶和聚合物为主要原料的无粘土浆液的润滑减阻护壁性能研究,最后采用正交实验得到一种适用于长距离管道顶管工程的无粘土浆液的最优配方。     

长距离曲线顶管技术在电力管道工程中的应用

非开挖技术在市政管道铺设中的应用越来越广泛,从直径50mm通讯光缆到直径3000mm混凝土管道,采用非开挖安装各种管道都变得很普遍。同时,鉴于非开挖技术综合效益优越性、环境友好型施工特点,也逐渐被工程建设方、社会所接受和认可。泥水平衡顶管技术是非开挖最为成熟的技术之一,在城市市政设施建设中也起着举足轻重的作用。采用泥水平衡顶管技术进行城市雨污分流改造已经在国内大量城市取得应用,但是,采用泥水平衡顶管在岩层中铺设直径迭2000mm埋深在5m电力管道,在国内为数不多,在福建厦门地区也是尚属首次。通过在工程施工中对设备、施工工艺的摸索和改进,最后采用泥水平衡顶管施工技术成功铺设建设方所要求的电力管道。本工程将为在福建地区采用顶管技术铺设大口径长距离、曲线管道提供了指导和借鉴。     

长距离曲线顶管技术在电力管道工程中的应用

非开挖技术在市政管道铺设中的应用越来越广泛,从直径50mm通讯光缆-直径3000mm混凝土管道,采用非开挖安装各种管道都变得很普遍。同时,鉴于非开挖技术综合效益优越性、环境友好型施工特点,也逐渐被工程建设方、社会所接受和认可。泥水平衡顶管技术是非开挖最为成熟的技术之一,在城市市政设施建设中也起着举足轻重的作用。采用泥水平衡顶管技术进行城市雨污分流改造已经在国内大量城市取得应用,但是,采用泥水平衡顶管在岩层中铺设直径达2000mm埋深在5m电力管道,在国内为数不多,在福建厦门地区也是尚属首次。通过在工程施工中对设备、施工工艺的摸索和改进,最后采用泥水平衡顶管施工技术成功铺设建设方所要求的电力管道。本工程将为在福建地区采用预管技术铺设大口径长距离、曲线管道提供了指导和借鉴。     

机械顶管施工中的大幅度纠偏

在北京清河污水管线截流工程中,采用机械顶管施工方法,施工中出现了管道高程偏差过大的质量问题。本文分析了此工程中高程失去控制的原因,并对“错口换管”纠偏的补救方法进行了说明。     

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。     

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。     

三维曲线顶管施工环境保护与控制技术研究

上海市西藏路电力隧道工程是目前国内难度最大的长距离、大口径复合曲线顶管工程,顶管穿越苏州河、复杂地下管线和建筑物密集地区,尤其是穿越地铁人行通道和运行中的地铁2号线,因此施工中对环境的保护至关重要。结合工程实际,将室内试验、数值模拟和现场监测等多种研究方法相结合,对三维曲线顶管施工中顶管的顶进精度、泥浆套、地表变形控制等关键技术进行了研究并对其应用效果进行了阐述,结果表明所采取的相关措施很好的保证了工程的顺利进行,并达到了对周围环境保护的要求。     

平行地下管线探测技术与方法的研究

平行管线是地下管线探测工作经常遇到的管网结构,由于其间距小于2倍埋深,存在电磁场的相互感应和叠加,使探测工作难度加大.在电磁法探测应用中,可分别观测磁场的水平分量(Hχ)、垂直分量(Hz),根据其分量曲线特征判断地下管线的数量、位置及走向,进而确定其埋设深度.实践证明,为减小旁侧影响,避免其它电磁信号干挠,合理选择激发方式、激发位置对探测效果影响很大.     

提高深埋成品油管道探测精度的方法

为满足工程建设的需要,如何提高深埋地下管线的探测精度是探测工作中的难点.在地铁盾构土建施工的工地,采用FDEM (frequency domain electromagnetic method) 法对埋深约16 m的成品油管道进行探测,第一步是经过地面测线X方向的探测工作,确定了目标管道的走向Y并缩小了范围,因为受干扰物体的影响,所以两种工作频率探测结果之间的定深误差很大,尚未满足工程实际的需要;第二步是在经过距目标管道5.0 m处的两个孔内的Z方向进行探测,获得了离开目标管道较近“测线”上的H_z实测曲线;第三步是用H_z理论曲线与H_z实测曲线进行拟合反演,最终获得了定位、定深误差分别为20 cm、10 cm以内的探测精度,为地铁施工建设提供了精准的基础性技术资料.孔内Z方向的探测工作表明,“测线”离目标管道更近,又可以避开地面X方向测线上的干扰物的影响,可以提高探测精度.孔内探测是对地面X方向探测成果的检验,值得推广到对地面探测成果质量的验收中;采用拟合软件进行推断解释,是对探测数据的信息处理技术,将在FDEM法探测地下管线中得到广泛的应用.      

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。      

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。     

地下近间距并行管线的电磁异常特征

用电磁管线探测仪对地下近间距并行管线探测时,往往受到旁侧管线的干扰,使异常形态畸变,因此不能简单地利用异常有几个峰值来判断有几条管线。电流方向对异常曲线形态影响较大,对地下多条近间距并行管线的定位和定深,只能采用没有受干扰或干扰较小的半边异常为根据。了解地下近间距并行管线的电磁异常特征,是消除或减少旁侧管线干扰、使探测结果达到精度要求的重要保证。     

确定地下多排热力管道位置和埋深的实用方法研究

地下管线探测对于城市规划、交通建设等具有重大意义。其中,多排热力管道因其走向一致,间距较小,用电磁法探测时地表的电磁场类似面电流磁场分布,容易造成位置和埋深测量不准确的问题。本文以实际工作为例,提出两种解决方法,经实际检验这两种方法配合使用可准确、高效地确定多排热力管道的位置和埋深。     

利用频率电磁测深电场曲线尾支（S区）斜率解释地层

频率电磁测深法的所谓S区就是r<<λ/2π的场区,即电场曲线的低频段常处在该区。我们在实践中发现在常规解释法效果甚微的某些特殊地区（如江西洛荷地区）利用电场曲线尾支斜率解释地层可以解决一些地质问题。下面举例说明。