软硬不均地层及不同开挖顺序下双顶管隧道施工对管片及地层的影响

目的:双顶管隧道穿越软硬不均地层时往往会导致周围地层变形、管片受损等一系列问题。为防止这些问题发生,应深入开展双顶管施工时地层的软硬程度、不同施工顺序对周围地层及管片的影响。方法:以南宁市平花河排水干渠顶管工程为背景,采用数值模拟方法,建立了三维有限元隧道开挖模型,分别研究了左右线同步开挖、先左线后右线两种开挖顺序下隧道横截面中黏土面积占比r 1不同取值的5种工况,并对双顶管穿越不同软硬组合地层对周围土体变形及管片应力进行了分析。结果及结论:双顶管隧道穿越不同软硬组合地层所致地面沉降差异显著,地面沉降随r 1的增大而增大,同步开挖工况下全断面黏土层的地面沉降最大值约为全断面石灰岩的2.2倍;双隧道先后开挖所致地面沉降值约为左右线同步开挖时的1.1倍;当隧道顶管机在监测断面往前开挖2倍隧道直径距离后,监测断面的地表沉降基本上不再发生变化;管片最大Mises应力随r 1的增大而增大。

软硬地层下双顶管掘进参数对管片及地层的影响

双顶管隧道在软硬地层中施工时,不合理的掘进参数将有可能导致地表坍陷、顶管姿态偏离、刀盘磨损等事故的发生,为了揭示周围地表沉降及管片应力对不同顶管掘进参数的敏感性,以南宁平花河顶管为例,采用数值模拟对开挖面掘进压力、注浆压力、管片千斤顶推力三项掘进参数进行分析。得到以下结论:开挖面掘进压力对地表变形的影响呈现出非线性特征,地表沉降及其减小的速率随着掘进压力增大而减小;注浆压力与横向地表沉降之间呈现出线性递减的趋势,影响区域约为双隧道中心2倍隧道直径范围内;管片最大Mise应力与盾尾注浆压力、千斤顶推力均呈现线性递增的关系,当注浆压力、管片千斤顶推力分别增加10 kPa,每环管片的最大Mises应力相应分别增加64、17 kPa;开挖面掘进压力增大时,管片应力呈向着非线性递增的趋势,管片应力变化也相应减小,掘进压力从0变化至20 kPa时的管片应力变化率为40~60 kPa的1/4~1/3。因此地表沉降对开挖面掘进压力、注浆压力较千斤顶推力敏感,管片应力变化对这三项掘进参数均较为敏感。