顶管技术顶进阻力的研究现状与展望

顶管技术在我国运用愈益广泛。作为顶管设计的重要参数,顶力受地质条件及施工水平等因素影响,往往难以确定,因此,对顶进阻力进行系统性研究非常有必要。文中将从水平顶管、曲线顶管和竖向顶管三方面分别对目前国内外相关研究整理归纳分析,并提出可进一步研究的方向以供参考。

竖向顶管法中的水平盾构隧道管片设计方法研究

竖向顶管法施工具有对周边环境影响小、施工便利等优点,与普通的水平盾构隧道管片的内力计算不同,在竖向顶管法施工过程中,竖向管节的重力、顶管机朝下的顶升反力、竖向开挖引起的土体卸载等因素会引起水平盾构隧道管片的内力变化,因此,有必要对水平盾构隧道管片的内力计算进行研究。将竖向顶管法中的水平盾构隧道分为开口区、反力区、邻接区、主线隧道区四个区域,基于自由变形法,对施工阶段和运营阶段的管片进行了受力分析,根据不同区域及阶段下管片的受力情况,得到各组荷载作用下的内力计算公式,通过算例进行内力计算分析。结果表明:管片环顶部和底部的弯矩在侧向水平地层压力处的差别最大,其它荷载对引起的顶底部弯矩值差异相对较小;除侧向水平压力外,其它各荷载引起的剪力值在管片环顶部和底部基本呈现出互为相反数的关系。

垂直顶升法施工全过程顶升力研究

垂直顶升法施工过程的顶升力是随着上覆土厚度而变化的。为研究垂直顶升法施工中顶升力的变化规律,基于球形孔扩张理论和剪切破坏原理,提出2种顶升力计算模型:球孔扩张-滑动摩擦模型和剪切破化-滑动摩擦模型,提出一套施工全过程的顶升力的理论计算方法,利用北海市某取排水工程实际监测数据,并设计室内模型试验,验证理论计算公式的正确性和适配性。研究结果表明,该垂直顶升法施工全过程顶升力的计算方法是可行的。

竖向顶管施工全过程数值模拟研究

为分析竖向顶管在管廊内向上顶升过程中对周围环境产生的影响,文章采用MIDAS GTS NX软件进行建模,通过改变所建模型的材料参数和激活、钝化相应网格的方法来模拟竖向顶管施工的实际过程,研究不同土质条件、不同施工参数、不同顶管管径、不同地下水位等因素造成的影响,并与设计的模型试验所得数据进行对比分析。结果表明:随着竖向顶管的顶进,在-1D~1D(D为竖向顶管直径)范围内地表土体先沉降后隆起,最大隆起值为4.13 mm;而管廊的沉降则是逐渐增加,最大可达3.44 mm;土质条件越差,土体及管廊因顶管向上顶进产生的扰动就越大,而地下水的存在使-1D~1D范围内地表隆起现象消失;不同施工参数对顶管施工造成的影响不同,正面推力对于顶管施工的影响不大,而摩擦系数的改变对于土体及管廊竖向位移影响较大;模型试验所测得的地表土体位移变化规律与数值模拟结果较为一致。