沙漠地区大直径顶管施工护壁减阻浆液研究与应用

沙漠地区地层稳定性差,摩阻力大,导致长距离大直径顶管施工时间长,浆液输送压力损失大,极易造成地层垮塌埋管,顶管阻力急剧增加导致顶进失败。沙漠地区大直径顶管工程顺利顶进的关键是浆液应具有较好的润滑减阻和成套护壁作用。基于这一关键问题,开展室内试验和现场应用研究,研发出了适合沙漠地区顶管的新型护壁减阻浆液,采用高岭土聚合物浆液作为机头同步注浆浆液,无粘土高聚物浆液作为沿线跟进补浆浆液。同步注浆浆液在润滑减阻的基础上主要突出成套护壁作用,而跟进补浆浆液主要突出润滑减阻特性,从而使润滑减阻浆液系统达到最佳的润滑和护壁作用。研发的新型护壁减阻浆液应用于内蒙古乌兰布和沙漠穿沙输水项目7～9号顶段——国内外首例沙漠地区大直径顶管工程,效果良好,顶进工作顺利完成。该研究提升了沙漠地区顶管工程关键技术、解决了护壁与减阻问题,具有极大的社会价值和经济效益。     

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。     

高水压复杂地质条件下管幕顶管接收技术优选

顶管接收是顶管施工中的重大风险点之一,传统的顶管接收技术不足以满足高水压复杂情况下的顶管接收。以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道顶管管幕工程为依托,通过室内模拟实验对施工现场使用的钢套管接收装置进行了优化。在顶管接收过程中,对高水压软弱地层条件下的接收装置和接收工艺做了进一步改进。最终针对不同的地层条件、地下水压力和地上建筑安全等级,形成了顶管接收方法选用表。     

多线叠交盾构隧道近距离穿越施工扰动机制研究

多线叠交盾构隧道在地下空间内布置形式繁多,土体-隧道间相互作用机制复杂。针对多线叠交盾构垂直上穿、垂直下穿和上、下夹穿3种典型穿越施工形式,根据盾构隧道近距离施工的技术特点和控制要求,采用排液法重点分析了施工中因地层损失和开挖卸荷引起的地表沉降以及既有隧道纵向变形规律,并通过构建三维弹塑性有限元动态模型,与部分试验结果进行了对比验证。研究结果表明:上穿施工中,地表沉降较大,既有隧道均呈现上浮趋势;下穿施工时,地表沉降较小,既有隧道均呈现下沉趋势;先下后上穿越施工在各阶段引起的地表沉降变化均匀,最终地表沉降量相对较小;先上后下穿越施工时既有隧道变形曲线曲率大,既有隧道变形呈现反复震荡变化。成果可为类似多线叠交隧道工程的施工提供理论指导。     

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。     

SH—308型微型隧道顶管机在复杂条件下的顶管施工

本文以丰润县城南供水管道顶管工程为实例，介绍了SH－308型微型隧道顶管机在复杂的施工环境和地层条件下的顶管施工。     

砂性地层中地铁盾构隧道管片结构受力特征研究

以南京地铁一号线穿越砂性地层盾构隧道为研究对象,对管片环施工全过程和稳定期进行了现场系统研究。采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型进行理论计算,探讨了砂性地层中盾尾注浆、土体应力松弛、水压力及拼装方式对管片环土水压力、纵缝张开量、内力等的分布和变化规律的影响,揭示了砂性地层中地铁盾构隧道管片环的结构性能及其与地层的相互作用特性,提出了适用于砂性地层条件下的地铁盾构隧道设计原则与方法。     

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。     

泥水平衡顶管技术在商周高速穿越工程中的应用

泥水平衡顶管技术被广泛用于穿越铁路、公路、河流等地下管线工程中,并在我国南水北调工程中发挥重要作用,但在施工中也出现了长距离施工减阻和轨迹精度控制等难题。结合商周高速顶管穿越工程,探讨了顶管机选型、注浆参数、顶进力估算和轨迹纠偏等关键技术。通过对顶力计算值与实测值的对比表明工程采用的润滑泥浆的减阻效果明显,有泥浆润滑时(15m后)的摩阻力约为无润滑时(15m前)的11%,实际的总顶进力约为计算值的9%。利用激光全站仪对掘进机头的轨迹偏差的分析结果表明:机头的水平轨迹偏差很小,且无明显规律;机头的下沉可能会导致轨迹容易向下偏斜。     

顶管技术在管道建设中的应用

顶管作为一种非开挖技术,以其施工效率高、对环境影响小和成本低等优点,广泛用于穿越河流、道路等障碍限制条件下的管道工程建设中。以某管道工程为背景,对其地质条件和建设环境进行了分析,结合泥水平衡顶管和土压平衡顶管的适用条件,对不同顶管穿越段设备选型进行了优化;同时对润滑泥浆方案和注浆参数进行了分析,并提出了减小地面沉降的泥浆置换技术。最后通过顶进力计算,优化各段中继间设置,并在实际工程施工得到了成功应用。     

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。     

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。     

复杂地层水下盾构隧道工程难点及关键技术研究与展望

国家经济一体化需求推动了城市交通网络的蓬勃发展,众多水下盾构隧道工程应运而生。特别是进入21世纪以来,一系列长距离越江跨海隧道的建成和投运标志着我国水下盾构施工成套关键技术取得了显著进步。为促进复杂困难地层盾构掘进技术发展,推动越江跨海隧道施工效率提升,本文以近年来已建和在建的代表性大型水下隧道工程为研究对象,从隧道地质环境、盾构施工技术、工程项目管理等多个角度出发,概述了南京长江隧道、济南黄河隧道、南京地铁10号线越江隧道、苏通GIL综合管廊工程、厦门地铁2号线海底隧道等长距离高水压盾构隧道的工程问题和技术难点,梳理了高磨蚀性砂卵石地层、高黏粒粉质黏土地层、高水压强渗透性地层、江底富含沼气地层、海域密集孤石群地层等复杂地质条件下的水下隧道施工成套关键技术,分析了越江跨海隧道工程地质环境复杂化、盾构设备多样化、掘进施工智能化的未来发展趋势。相关研究成果可为后续复杂地质条件下水下盾构隧道工程的勘察、设计、施工等提供理论依据和技术支撑。     

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。     

汕头第二过海水管工程顶管穿越障碍物技术

汕头第二过海水管工程中钢管顶管一次顶进长度2080m,是目前世界上一次顶进长度最长的钢顶管工程。该顶管成功地穿越不稳定的块石结构海堤和海底中风化花岗岩层两大障碍物,标志着顶管设计、施工技术的重大突破,拓展了顶管施工方式的应用范围。     

盾构隧道注浆对既有隧道影响的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,越来越多的新建盾构隧道近距离穿越既有隧道,然而对于盾构隧道近距离穿越既有隧道影响的研究尚不够完善。以上海典型软弱地层为背景,通过离心模型试验,研究了不同注浆率下的盾构上穿越施工对既有隧道以及周围地层的影响。选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在不停机状态下成功模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆效应。分析了在不同的注浆率条件下,既有隧道在上穿越施工期和工后长期的位移、周围孔压和纵向应力的变化规律。试验结果表明,新建隧道近距离上穿越既有隧道时,隧道开挖的卸载效应等会导致既有隧道的隆起,但随着注浆率增大,既有隧道的隆起量减小。但过高注浆率对周围土体扰动较大,从而导致工后既有隧道的沉降也越大。     

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。     

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。     

水平定向钻顶管结合工法的可行性分析

水平定向钻工法和顶管工法都具有高效、环保、不影响交通、不开挖地表等优点,但对于穿越距离长、地形地质条件复杂等具有挑战性的工况,单一穿跨越形式由于其自身工艺的局限性很难满足工程实施要求,如果采用联合穿跨越,可充分利用各种穿跨越方式的技术优势,有效降低施工难度、节省投资、更有利于工程安全顺利实施。目前国内外对于这种联合穿跨越结构形式应用较少,理论研究较为匮乏,未形成成熟的理论和施工技术,针对水平定向钻和顶管工法结合的可行性进行了分析,并且针对最关键的管道曲率半径和顶管始发井长度进行了定量的分析。计算结果表明,钢管不适合直接从顶管始发坑中回拖,而PE管道在直径较小和深度不大时能直接通过顶管始发井进行回拖,节省工程成本。     

崇文门站施工允许地表沉降及三维有限元模拟分析

建设中的北京地铁五号线崇文门站下穿既有地铁一号线区间隧道,为保证既有地下铁道正常运营和地下结构的安全,需严格控制新建车站施工引起的地层位移。结合新建车站暗挖施工及既有线地铁的实际情况,分析和计算穿越既有隧道施工地表允许沉降值。为了控制地表沉降,确保施工安全,拟采用小刚度管棚或大刚度顶管作超前预支护,用3D-S igm a三维有限元软件进行施工效应的计算模拟,掌握大管棚和顶管预支护洞室的力学效应,预测车站施工引起既有隧道的沉降量。最后分析比较两种预支护的支护效果,为选择合理的预支护方案提供参考。