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。     

软土地层矩形顶管掘进引起地表隆沉变形分析

准确预测并及时控制软土地层矩形顶管掘进过程中引起的地表隆沉,可有效降低掘进施工对紧邻结构设施的影响。结合弹性力学Mindlin解和随机介质理论,进一步考虑顶管开挖面附加推力、非均匀分布且具有软化特性的机体-土体侧摩阻力、受触变泥浆特性影响的管节与土体间的侧摩阻力,管节附加注浆压力及基于开挖面收敛模式的土体损失共同作用,推导得到矩形顶管掘进期间地表隆沉位移解析解。经与3个工程算例的实测结果进行对比分析,发现所提方法可预测矩形顶管在软土地层掘进引起的地表隆沉变形规律。分析结果表明：顶管开挖面前方地表表现为隆起;随着顶管开挖面的远离,摩阻力、注浆压力对地表的影响逐渐减小,开挖面后方地表主要受土体损失作用发生沉降;土体损失引起的地表沉降量受开挖面收敛模式影响。     

砂卵石地层非开挖顶管施工地表沉降控制研究

砂卵石地层具有地层结构松散、透水性高、粘聚力小、自稳能力差等特点,往往为工程施工带来许多难题。为了更好地研究砂卵石地层非开挖顶管施工时地表的沉降规律及相应的控制措施,以成都市华阳、万安、正兴片区雨污水管网W31-W32顶管段为研究对象,采用工法比较、数值模拟与现场实测相结合的方法,提出了适用于砂卵石地层地表沉降的控制措施。研究结果表明：在砂卵石地层中,采用袖阀管注浆加固管周土体与高压旋喷桩加固洞门的措施是合理有效的,加固后地表沉降量相较于未加固时降低了48.1%,洞门处的地表沉降量降低了51.1%,满足了地表沉降控制要求,验证了地层加固措施的效果,可为后续类似的非开挖顶管施工提供借鉴。     

超浅覆土大断面矩形顶管近距离双线施工地表沉降规律及加固效果评价

矩形顶管施工过程中会对周围土体造成扰动,引起地表产生竖向变形。为研究超浅覆土顶管施工过程中的地表沉降规律,以深圳市某下穿道路矩形顶管工程为背景,使用PLAXIS 3D软件对顶管双线施工进行有限元模拟。首先将模拟结果与实测结果对比以验证模拟结果的合理性,然后分析双线施工地表沉降变化规律,最后对现场加固措施进行评价。主要结论如下：未加固时顶管顶进过程中,最大沉降量位于始发端,最大隆起量位于接收端;加固后地表沉降最大值点及沉降最大值均发生了改变：加固后地表最大沉降值点由始发井改变为顶管中部区域,最大沉降值减少了6.15 mm,表明现场加固方案效果显著;未加固和加固后地表沉降纵向曲线规律基本一致,表现为三个阶段：隆起期、快速沉降期和沉降稳定期;未加固和加固后地表横向沉降槽变化情况基本一致。     

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。     

复合土钉墙支护FLAC3D数值模拟与实测结果对比

针对深基坑复合土钉墙支护的特点,运用FLAC3D软件进行深基坑开挖与土钉支护过程的数值模拟,计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,接触面运用接触单元来模拟土体与土钉之间的相互作用。通过计算得到了基坑不同开挖及土钉支护过程中土钉轴力沿钉长分布、墙后土体深层水平位移、周围地表沉降、坑底隆起及潜在滑动面等变化情况,并与实测结果比较发现二者吻合较好,计算结果对工程施工和设计具有一定的指导意义。同时说明所采用的FLAC3D计算模型和分析方法是可靠的,能够满足工程的精度要求,能够较好地运用于实际工程中的分析与预测。     

武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

城市地铁隧道开挖引起过大的地表沉降会对隧道工程本身及地表建筑物造成危害。有效预计并合理控制隧道开挖引起的地表沉降具有重要的实践意义。以武汉地铁虎名区间隧道开挖工程为背景,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立隧道断面开挖的数值模型,计算隧道开挖引起的地表沉降量,与实测沉降量进行拟合; 根据隧道开挖过程中对应地表及临近建筑物的实际情况,优化开挖断面围岩预处理方案,建立优化后的断面开挖模型。模拟结果表明,优化后地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

润滑剂摩擦特性及其对顶管推力和管-土相互作用的影响

润滑剂普遍应用于项管工程中,尤其是在复杂地质条件和长距离顶管中。使用润滑剂的主要目的是减小管土之间的摩擦力,但是定量地确定这两者之间的真实接触情况是十分困难的。测量管-土相互作用的新型技术目前仍然很少并有待进一步发展,所以只能利用间接手段测定管土之间的相互作用,并且这些测量方法的应用基于对工程的定性评价。本研究应用一种简单的试验方法来测定台湾地区最常用的润滑剂的摩擦特性,这些摩擦特性可以用于顶力的估算和直线与曲线顶管中管-土相互作用的数值分析。对顶力的分析结果表明顶力的减小与摩擦系数的减小密切相关,并且润滑剂在曲线顶管中的作用比在直线顶管中略大。此外,对台中科技园中400m长直线顶管工程的研究显示由经验公式得到的顶力估算值比实际要大,这表明由超挖造成的管土之间接触面积的减小对砂砾石地层中顶管施工的影响是非常显著的。     

三维非线性有限元分析在地下管棚支护中的应用

结合某地下隧道管棚支护设计及施工方案，采用三维非线性有限元对该洞库的开挖与支护过程进行了模拟，得出的结论是：管棚支护对于控制地表沉降、侧墙水平位移和塑性变形作用明显；不同管径和管间距对位移最大值影响有限，但对管钢内应力有较大影响；不同开挖进尺、不同注浆加固厚度对围岩变形及支护结构的影响较大。该数值分析结果与以往现场实测结果相一致，可作为相关工程设计和现场施工的理论指导。     

超大断面矩形顶管隧道施工动态变形规律

在城市地下工程建设中,新建大断面隧道近距离下穿施工对既有道路造成的扰动不可避免.分析地表变形特点及其变化规律对减小隧道施工造成的环境影响具有重大意义.结合郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道矩形顶管隧道工程的工程实践,采用现场地表变形实测统计分析并运用数值模拟方法对顶管顶进施工过程进行动态分析,揭示隧道开挖过程中的地表变化规律;数值模拟预测分析了顶管施工对既有道路的影响,从而优化施工方法和技术参数,提出相应的控制措施,并通过工程变形监测数据验证了预测分析的有效性.      

盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征细宏观分析

以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景,采用室内试验、PFC2D二维颗粒流程序和 Plaxis 3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟,揭示了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制和沉降规律,并结合实际施工参数和实测地表沉降数据进行了对比分析,获得了土压盾构在砂卵石地层中掘进引起的地表横向沉降槽和纵向沉降槽曲线,分析了不同大小的开挖面土仓压力和盾尾注浆压力对地表沉降的影响,给出了砂卵石地层开挖面土仓压力的建议值和盾尾注浆压力参数的合理取值范围。细宏观分析表明,与注浆压力相比较,土仓压力对地表最大沉降曲线的形状影响较小;但必须关注土仓压力的变化,在砂卵石地层中由于土拱效应对开挖面稳定性影响较大,甚至发生突然坍塌破坏。     

复杂环境下大断面矩形顶管法施工过程地表沉降规律及控制措施研究

为了研究邕江北岸Ⅱ级阶地地区浅埋大断面(6.9 m×4.9 m)矩形顶管在复杂环境下长距离掘进过程中的地表沉降规律及控制措施,依托南宁地铁1号线金湖广场站Ⅲ号出入口工程,采用三维有限差分软件FLAC3D模拟顶管施工过程,并与实际监测结果作对比验证,结果表明:①在顶进过程中顶管机前方土体的主要扰动范围为两倍洞宽;②地表横向沉降曲线以顶管轴线为中心呈正态分布,地表沉降的横向影响范围为三倍洞宽;③通过顶管机头上抬、加设注浆套板、管节减摩注浆以及合理的顶进参数,确保地表隆起和沉降量均在合理控制的范围内。     

沈阳地铁盾构法施工的三维数值模拟研究

以沈阳地铁一号线重工街站至启工街站区间土压平衡盾构法施工为研究对象,利用FLAC3D软件对隧道工程进行三维模拟,对施工前后地表、围岩及支护结构的应力应变进行了分析,得出了地表沉降及支护结构应力变化的规律。结果表明,基于FLAC3D的盾构法开挖过程数值模拟结果直观、可靠,为盾构技术在沈阳地铁工程中的应用提供经验和依据。     

高速公路连拱隧道开挖地表沉降研究

对隧道开挖引起的地表沉降模型进行总结,详细地调查和分析了金丽温高速公路红枫连拱隧道工程区的地质特征,系统研究了在偏压条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,对红枫隧道开挖引起的地表沉降进行研究,建立了偏压条件下连拱隧道分步开挖引起的地表沉降预测模型,对不同开挖工况下的差异沉降进行分析,证明该预测模型比较真实的反映了在偏压及浅埋条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,为浅埋连拱隧道开挖过程中防止地表过度变形提供理论基础。     

土岩组合地区基坑开挖对扩展基础桥墩沉降影响研究

针对在建基坑工程对既有桥梁造成影响的问题,依托徐州土岩组合地区某地铁基坑工程,通过研究软土地区基坑开挖墙后地表沉降预测理论,推导出该工程的墙后地表沉降曲线。通过Midas数值软件模拟与现场监测综合分析的方法,研究了基坑开挖对墙后地表和扩展基础桥墩造成的沉降影响。研究表明:在整个开挖过程中,基坑周边地表沉降曲线呈"勺形"分布,第三层土体开挖对地表沉降的影响最大;桥墩与相同位置地表在各开挖阶段的沉降量分别占其最终沉降量的比例基本一致;基坑开挖对桥墩造成的倾斜角度会随桥墩下卧土体沉降曲线的变化而变化,桥墩受基坑开挖造成的沉降影响会随其基础埋深的增加而减弱。该研究可为类似工程设计和施工提供参考。     

面向地表沉降控制的地铁盾构参数研究

地表沉降是地铁盾构施工过程中最关心的工程问题之一,关乎近邻建筑物能否正常运营及盾构能否正常施工。故本文以地表沉降为关键目标进行地铁盾构参数研究。将影响地表沉降的盾构参数概括为开挖面支护压力比和等代层弹性模量。在此基础上,以长沙地铁1号线南门口—侯家塘区间为工程背景,采用FLAC3D软件对不同盾构参数下的施工过程进行数值模拟,分析了开挖面支护压力比及等代层弹性模量对地表沉降的影响,提出了研究区段的盾构参数建议值。研究同时得出了在建议盾构参数下,研究区段发生地表沉降的范围及地表沉降最大值。为长沙地铁后续建设及其他城市地铁建设盾构参数的选取提供理论依据和方法参考。     

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。     

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。     

软土本构模型在深基坑环境影响分析中的适用性探讨

基坑降水开挖的环境影响常采用顺序耦合法和全耦合法两种方法进行数值分析,其计算结果的可靠性主要受土本构模型和计算参数选取的影响,对于全耦合分析尤其突出。针对该问题,在系统地比较分析几类常用土体本构模型优缺点的基础上,对某基坑实例在降水开挖作用下引起的基坑周边地面沉降等规律进行分析;通过对比数值计算结果和实测结果,评价了不同本构模型在基坑降水开挖耦合分析中的全耦合数值模拟,分析降水开挖引起的地面沉降、围护结构水平位移适用性。分析结果表明:降水开挖耦合分析中,在重点关注地表沉降值时,应根据关注位置与开挖区边缘的相对距离而选用不同本构模型;关注地面沉降时采用修正剑桥模型较合适,而关注围护结构侧移时采用摩尔—库伦模型更合理。     

水平平行顶管相互影响试验研究

通过建立平行顶管试验模型,模拟了单管顶进和水平平行顶管的施工过程,研究并分析了水平平行顶管相互影响。研究表明:后顶管作用于先顶管上的附加应力是一个随后顶管移动而动态变化的过程,且最大值由后顶管机头所在位置决定;后顶管对先顶管所产生的附加应力随环向的分布并不是完全关于0°位置对称,表现出管道水平以下部分要大于管道水平以上部分;平行顶管顶进时引起的地表沉降要大于单顶管引起的地表沉降,且最大沉降点会由先顶管一侧逐渐转向后顶管一侧,表现出了累计效应。