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。     

顶管工程后背受力与变形三维分析

以某顶管工程为背景,采用朗肯被动土压力理论对后背土体的承载能力进行了分析;根据弹塑性模型建立起后背结构的三维有限元模型,对后背结构与土体在顶力作用下的变形与受力过程进行分析,并同朗肯理论结果进行比较;对影响后背结构的变形各因素进行了分析;对后背结构顶力合力点的变形进行了实测,并同理论预测结果进行了对比分析,初步探讨了形成差异的主要原因。      

矩形SMW工法工作井土体反力计算方法的研究

对采用型钢水泥土复合挡土墙(Soil Mixing Wall,SMW)建造的矩形工作井在顶力反力作用下的受力机理进行分析,假定承载后背竖向土体反力呈拟正态分布、水平向土体反力呈均匀分布,求得后背土体所能承受的最大土体反力计算公式。考虑前壁土体达到主动状态,得到工作井最大土体反力和允许顶力的计算公式。算例分析表明：采用梯形分布计算得到的后背最大土体反力值要略大于文中方法计算结果;在黏性土中,文中方法采用水土合算计算得到的允许顶力值与实测值较吻合。     

顶管工程工作井位移与土抗力分析

为保证顶管工程的施工安全和经济设计,必须深入分析顶力作用下工作井及周围土体的应力、位移特性。以两个实际顶管工程为工程背景,针对工作井的浅埋、深埋圆形沉井,采用三维有限元分析,给出了浅埋沉井土抗力沿圆周分布的拟合方程。分别采用《规程》[1]和《手册》[2]推荐的计算方法和三维有限元分析,对顶力作用下深埋、浅埋工作井的位移和新增土抗力进行对比分析,结果表明：①由于只考虑了顶力后背一侧半圆范围内土体抗力的作用,规范法和手册法将导致土抗力计算结果偏大;②顶力作用位置对深埋沉井的井壁变位、土抗力大小和分布情况影响显著;③规范法和手册法仅适用于顶力作用于沉井底部的浅埋沉井。     

顶管推进引起施工场地竖向附加荷载分析

基于层状体系解析刚度矩阵理论解,结合5节点Gauss-Legendre求积公式,提出了层状地基中顶管施工正面附加推力、掘进机与土体之间摩擦力以及共同作用力引起的附加荷载计算方法,分析了顶管推进引起的土体竖向附加荷载分布规律,也研究了地基等效均质性、土层力学参数、计算点间距以及顶管埋深等因素对顶管施工诱发附加荷载的影响效应。研究结果表明,掘进摩擦力引起的附加荷载在掘进面前方迅速达到压应力峰值,其量值大小和影响范围均要大于正面附加推力,是顶管施工引起临近地层附加荷载的主要影响因素。此外,层状地基土体参数的改变会对顶管施工扰动地层的附加荷载产生一定影响,地基等效均质性、计算点间距以及顶管埋深等因素对附加荷载大小及分布均存在显著影响。成果可为合理制定顶管开挖对周围土工环境的保护措施提供一定理论依据,也可为其他盾构隧道工程提供一定的理论参考。     

桩锚直径等对水泥土桩锚墙支护影响

土体采用双曲硬化模型,水泥土桩墙和水泥土桩锚采用弹塑性模型,计算分析了水泥土桩锚直径和长度对水泥土桩锚墙支护结构的影响。计算结果显示,在计算条件下,桩锚直径大于400 mm时,桩锚在饱和软黏土中的置换、占位、加筋效果明显,控制墙顶水平位移和墙后土体沉降效果显著,桩锚直径小于200 mm时,将失去置换、占位、加筋作用,从而降低对墙后土体的主动加固效果。桩锚长度达到开挖深度的1.6倍时,能有效控制墙顶水平位移以及墙后土体沉降,桩锚长度超过1.6倍开挖深度以后,控制水平位移和墙后土体沉降的效果不明显。经与同一基坑的监测数据对比,计算值与实测值重复性好、规律性好。     

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。     

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。     

顶管施工引起地层变形分析与计算

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法．在顶管作业中,由于会对周围地层产生附加推力、引起土体损失,进而造成一定程度的地层变形,如地表沉降、地袁水平变形等。本文分别利用经验公式和综合各种因素的Mindin积分求解来计算和分析地层变形,重点考虑正面附加推力、摩擦力和土体损失等主要因素的影响。     

水平平行顶管引起的地面沉降计算方法研究

对水平平行双线顶管之间的相互作用进行了分析,提出了横向扰动区范围的计算公式。考虑先施工顶管对后施工顶管的影响,提出了一种新的后施工顶管地面沉降计算方法,并给出算例分析。分析表明,水平平行顶管施工时由于中间区域受到双重扰动,会产生较大的地面沉降。当两顶管轴线距离较近时,由于先施工顶管对周围土体产生的扰动会使后施工顶管产生的扰动加剧,后施工顶管引起的最大地面沉降值和沉降槽宽度都要变大,且地面沉降曲线是不对称的,其最大沉降点要偏向先施工顶管侧,但仍然可以采用Peck公式进行计算。     

超浅层顶管工作井建井技术

在顶管施工中,千斤顶的支座需要巨大的反力支持,这些反力是由工作井的侧壁以及壁后土体提供的。对于超浅层顶管工作井,由于侧壁后土体高差小,提供的反力有限,这就成为超浅层顶管工作井设计施工的一个难点。以实际工程为例,详细介绍了超浅层顶管工作井施工工艺,其中包括预注浆加固、环梁施工方法以及逆作法的施工要点等。     

顶管推进对邻近桩基的影响分析

研究了顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明,附加荷载的变化规律与桩基和掘进机的相对位置密切相关,是一个三维问题;在顶进方向和垂直于管壁方向,随着掘进机开挖面通过前后,附加荷载由压力变为拉力,顶进方向的附加荷载值和影响范围较垂直于管壁方向大;竖直方向的附加荷载较小,靠近管道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈“弓”型分布;随着桩基与管道距离的减小,附加荷载急剧增大。     

Monitoring of Over Cutting Area and Lubrication Distribution in a Large Slurry Pipe Jacking Operation

Slurry pipe jacking was firmly established as a special method for the non-disruptive construction of the underground pipelines of sewage systems. Pipe jacking, in its traditional form, has occasionally been used for short railways, roads, rivers, and other projects. Basically the system involves the pushing or thrusting of concrete pipes into the ground by a number of jacks. In slurry pipe jacking, during the pushing process, mud slurry and lubricant are injected into the face and the over cutting area that is between the concrete pipes and the surrounding soil. Next, the slurry fills voids and the soil stabilizes due to the created slurry cake around the pipes. Fillings also reduce the jacking force or thrust during operation. When the drivage and pushing processes are finished, a mortar injection into the over cutting area is carried out in order to maintain permanent stability of the surrounding soil and the over cutting area. Successful lubrication around the pipes is extremely important in a large diameter slurry pipe jacking operation. Control of lubrication and gaps between pipes and soil can prevent hazards such as surface settlement and increases in thrust. Also, to find voids around the pipes after the jacking process, in order to inject mortar for permanent stabilizing, an investigation around the pipes is necessary. To meet these aims, this paper is concerned with the utilization of known methods such as the GPR (Ground Penetrating Radar) system and borehole camera to maintain control of the over cutting area and lubricant distribution around the pipes during a site investigation. From this point of view, experiments were carried out during a tunnel construction using one of the largest cases of slurry pipe jacking in Fujisawa city, Japan. The advantages and disadvantages of each system were clarified during the tests.     

泥水平衡盾构顶推力非线性动力学分析与应用研究

泥水平衡盾构开挖过程中常遇到盾构顶推力难以确定且波动复杂的问题。针对该问题,对盾构推进过程中所受阻力进行系统的分析,确定了阻力的组成部分和计算方法,改进了盾壳与周围土体间摩擦力的计算公式。分析泥水平衡盾构推进系统的组成和工作原理,基于盾构推力的静力学模型建立了单自由度动力学模型,根据能量守恒原理建立了系统的平衡微分方程,推导出盾构推力的非线性动力学公式。基于上述公式,分析了盾构推力的变化趋势和波动规律,确定了液压油缸的最佳行程距离。通过与武汉地铁8号线越江隧道长江穿越段盾构顶进推力的实测数据对比分析,验证了提出公式能够正确计算管片衬砌所受的动态顶推载荷,对衬砌结构内力分析具有重要意义。     

油气管道顶管施工中顶力预测模型

顶力计算是顶管施工的重要内容,关系到整个工程的造价和成败。通过对顶力预测进行理论分析,针对混凝土顶管施工建立顶力计算模型,依次计算总顶力的两个组成部分：顶进正面阻力和管周摩擦阻力。采用朗金主动土压力理论计算水平土压力,砂性土采用“水土分算”方法而粘性土采用“水土合算”方法,进而计算顶进正面阻力;结合土柱压力理论和马斯顿压力理论,分别建立相应的管周土压力模型,给出管周总摩擦阻力的计算方法。得到适用条件明确、计算结果可靠的顶力计算公式,该公式的计算结果与工程实例相比较,满足工程要求。     

顶管施工引起的土体垂直变形计算方法研究

对前人工作进行总结,将3个已有的经验公式合并成一个通用经验公式,该公式可以计算由土体损失引起的土体中任一点沉降。假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解推导了顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体垂直变形计算公式。结合土体损失引起的土体变形计算公式,得到顶管施工引起的总的土体垂直变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,正面附加推力引起开挖面前方地面隆起,后方地面沉降,以开挖面正上方为轴线呈反对称分布,在正常施工时产生的地面变形较小;掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的地面变形分布规律与正面附加推力相似,轴线分别位于掘进机中间部位和后续管道中间部位的正上方。     

某电厂水库岸边取水工程施工实践

为满足某电厂供水需求,需在某水库进行岸边取水工程（含取水竖井、引水隧道、引水明渠3部分）施工。通过短段掘砌逆作工艺,井筒壁溶洞导水并将导出的水作为水源的一部分,实现了井筒干封底,顺利完成井筒施工;采用顶管技术＋管顶注浆技术在破碎岩体、涌水量较大地层成功完成引水隧道施工;通过岩塞爆破成功实现引水隧道和水库的连接;通过船载冲击成槽技术,实现了引水明渠的施工。