曲线顶管底幕法施工对沉船扰动的CEL数值模拟

依托“长江口二号”沉船打捞工程,采用耦合欧拉-拉格朗日法对极小曲率半径矩形曲线顶管底幕法沉船打捞工程进行数值模拟分析,获得底幕施工过程中顶推力以及船体竖向位移的动态变化,并与模型试验结果进行了对比验证.结果表明:所提的数值模型模拟结果和模型试验结果吻合较好,能较精确地预测沉船的变位和顶管的顶推力变化;最后一根管节推进为最危险工况,需要加强施工控制;采用左右对称推进而非顺序推进能够有效降低施工对沉船和土体的扰动.

S形空间曲线顶管开挖引起的地表沉降计算——以宁波市潘桥变电站迁建工程为例

为研究S形空间曲线顶管隧道施工引起的地表沉降规律,基于Mindlin弹性力学解和随机介质理论,构建S形空间曲线顶管施工引起的地表沉降计算模型,获得顶管施工各参数和空间曲线段施工地层损失引起的沉降规律,并与宁波市潘桥变电站顶管隧道工程地表沉降实测值进行对比验证。研究结果表明:1)考虑顶管施工引起的附加荷载、水平与竖向超挖间隙等因素所构建的S形空间曲线顶管施工引起的地表沉降计算方法,理论计算值与实测值吻合较好,能够对地表沉降进行较为准确的预测;2)空间曲线顶管施工引起的地表沉降槽不以顶管中心轴线对称,在顶管机头无超挖刀参与掘进的情况下,最大沉降值向弯道外侧偏移,且顶管机平面转弯产生的超挖间隙对沉降槽偏移影响最大;3)在S形空间曲线顶进时,地层损失是造成地表沉降的主要原因,应严格控制注浆参数,理论注浆量应包括环形空隙与超挖间隙注浆量体积之和。

空间曲线顶管施工引起地表沉降的数值分析

为避开地下障碍物,顶管隧道被迫设计为曲线.无超挖刀的曲线顶管施工对土体产生的扰动的机理较直线顶管更为复杂,其沉降规律尚未明确.为此,以宁波市潘桥电力隧道工程为研究对象,采用数值模拟的方法,对顶管在空间曲线段施工产生的沉降规律进行分析.结果表明:无超挖刀参与的曲线顶管施工,产生的地表横向沉降最大值偏移至曲线外侧;对土体纵向变形扰动影响最大的区域为距离顶管机2.5倍洞径内.

竖向小曲率半径曲线顶管掘进管节-土体相互作用

“长江口二号”古沉船采用国际首创的曲线顶管底幕法进行打捞,其顶管机的机械设计及管节的结构设计需明确顶管管节与地层的相互作用并建立合理的顶推力计算模型.在厘清顶管掘进过程中管节-地层相互作用因素的基础上,基于极限平衡理论,推导竖向小曲率半径曲线顶管掘进顶推力计算方法.采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对单根管节的动态掘进过程进行数值模拟分析,获得小曲率半径矩形曲线顶管掘进过程中地层应力和地表变形的动态变化规律,并通过与模型试验、现场施工监测数据和理论计算结果的对比分析,明确竖向小曲率半径曲线顶管动态掘进过程中顶推力的动态变化特征及控制因素.研究成果可为类似“长江口二号”打捞工程的实施提供重要的理论依据和技术指导.

曲线顶管底幕法的等比例试验

针对“长江口二号”曲线顶管底幕工法开展等比例试验,试验过程包括端板下放和管节推进两个主要过程.试验结果表明:曲线顶管底幕法可适用于沉船整体打捞;端板采用搅吸泵破除铁板砂的方法效率较低,后续应更换更高效的方式;3根管节中推进最大推力为2.2 MN,最大扭矩为28 kN·m.

考虑管土接触状态的圆曲线顶管顶进力计算方法

为探究不同管土接触状态下圆曲线顶管顶进力计算方法,结合港珠澳大桥拱北隧道曲线钢顶管工程的相关数据,利用国内外几种常用的曲线顶管顶进力计算公式,以及利用ABAQUS软件建立的考虑注浆作用和管土接触范围的顶进力有限元分析模型,分别进行了顶进力计算。与实测顶进力数据的对比分析表明:(1)顶进力计算值大小为:JMTA公式?上海规范公式>Shimada公式,其中考虑1/3管土接触面的Shimada公式下限计算值与实测值较为接近。(2)通过数值模拟发现,1/3管土接触状态模拟顶进力,逐渐向1/2管土接触状态接近;在注浆状态下,前期实测顶进力接近1/2管土接触状态下的顶进力;后期顶进趋近平稳时,实测顶进力接近1/3管土接触状态下的顶进力。本数值模型能够对同类型工况下顶管顶进力进行较好预测,对实际施工具有一定的指导意义。

曲线顶管发射架的设计及应用

弧形梁管节顶穿施工作为“长江口二号”古沉船整体打捞施工中的重要环节,多根弧形梁管节需顶推穿越古沉船周边土体并形成底托包裹古沉船.弧形梁管节在结构形式、施工方式以及导向方式不同于传统整体打捞中的直线型底托梁,须研制并使用专用施工装备进行施工.曲线顶管发射架作为弧形梁管节顶穿专用施工装置,经过前期缩比模型论证、设计制造、等比试验及再优化设计制造后,顺利完成“长江口二号”古沉船海上打捞施工,在实际施工中客观地体现了其功能性、可靠性以及稳定性,将曲线顶管这类隧道领域中的施工方法运用到海上施工乃至古文物原址地基基础保护的设想成为现实.

深埋条件下曲线顶管顶力分析

在设计顶管时,顶力计算是非常关键的一环,是千斤顶、中继间、后背墙、顶进长度的重要设计依据。在深埋条件下,试图从普氏理论出发,考虑土体产生的压力拱效应,先计算顶管在直线顶进时的管侧摩阻力,再利用静力学理论对曲线顶管进行力学分析,分析曲线顶管顶力增大的原因,提出一个新的曲线顶管顶力计算公式。并利用实际工程实测结果与计算结果相比较,发现计算结果与实测结果较为接近。

新孟河延伸拓浚工程黄山河地涵曲线顶管施工技术探讨

新孟河延伸拓浚工程黄山河地涵曲线顶管穿越新孟河河底,具有曲率半径小、河底覆土浅施工难点。对黄山河地涵曲线顶管施工设备选取、过程测量、顶管顶进轴线控制、曲线顶进控制诸主要工序施工技术进行了介绍,实施效果表明:顶管相邻管间错口、轴线偏差及高程偏差控制良好,可以为水利工程类似曲线顶管施工提供借鉴。

长距离曲线顶管在综合管廊中的应用研究

为减少顶管施工对既有建构筑物的扰动影响,通常采用曲线布置顶管以增加两者之间的间距。以东山变进出线地下综合管廊工程为背景,详细介绍了曲线顶管的计算方法、设计要点和相关辅助措施,为今后类似工程项目的设计工作提供参考。

长距离大直径平行双管曲线顶管的技术研究与工程应用

结合初期雨水调蓄大直径顶管工程的实际设计及施工经验,对软弱地层条件下长距离大直径平行双管曲线顶管在设计及施工过程中存在的重点难点问题进行总结,并对顶管过程中的顶力及管周摩阻力做了深入分析研究,有针对性的提出了相应的解决方案,使该顶管工程顺利贯通。

曲线顶管管节应力分析计算

为应对不同条件下的施工要求,曲线顶管技术越来越多地被应用到地下管道铺设工程中。曲线顶管因管节接头处存在开口,导致曲线管节相较于直线顶管存在应力分布不均的现象。且曲线顶管管节端部和中部应力分布是不同,由于管节接头处只能提供受压,不能提供受拉,因此管节端部只存在压应力;管节中部截面,上方混凝土受拉,下方混凝土受压,因此,既存在压应力,又存在拉应力。结合材料力学中断面核理论对曲线顶管管节之间的应力进行分析,并对管节端部和中部的应力进行公式推导估算。并在南水北调配套大兴支线施工第十三标段中对22^(#)至23^(#)曲线段特制3根顶管,以便获得实测压应力和拉应力,与理论公式进行比较。

超长距离立体双弧线曲线顶管施工技术探究

宁波市桃源水厂及出厂管线工程项目出厂管线工程,清水管线总长约46.8km,全线管道管径为DN2000。沿线管线需穿越高速、高架、城市主干道均采用DN2200钢管套管加以保护。顶管管线穿越建筑物(构筑物)和地下综合管线,又要避让远期规划的其他管线和构(建)筑物,多段采用双管双曲线、单管曲线、小曲率半径曲线顶进,采用多种形式的曲线顶管及超长距离立体双弧线曲线顶管,多次创省内顶管顶进长度第一记录。

硬岩地层曲线顶管施工技术探讨——以厦门市湖里区某工程为例

在硬岩地层项目中,曲线顶管的设计施工都具有极高的难度。本文通过工程实例,介绍顶管曲线的轴线验算、管节长度与扩孔的关系、曲线顶管允许顶力及曲线段顶力预估,探讨管节接头木垫圈与间隙的配置,分析穿越软硬不均岩层中顶进方向的调整、触变泥浆减阻等顶管施工方法,以期为硬岩地层曲线顶管施工技术的推广应用提供参考和借鉴。

单元曲线顶管施工新方法及管节受力机理分析

本文介绍了单元曲线顶管施工新方法 ,并通过其与传统曲顶方法管节受力机理的对比分析 ,得出了传统方法的缺陷和单元曲顶法的优越性。

拱北隧道曲线顶管管幕施工关键技术

为了解决高水压复合软土地层曲线管幕施工技术难题,以拱北隧道曲线管幕工程施工为依托,分析临海复合软土地层、高地下水压力以及敏感周边环境对施工的苛刻要求和巨大风险。总结出包括顶管机选型、高水压顶管始发和接收技术、小间距曲线顶管精度控制技术、管道结构和密封测试、复合地层顶管泥浆及障碍物处理措施的曲线顶管管幕综合施工关键技术,解决了复合地层顶管设备和泥浆优选、高水压顶管施工密封性、曲线管幕精度控制和顶管事故处理等技术难题。

曲线顶管的三维力学模型理论分析与应用

大口径急曲线顶管施工技术已经在上海地区得到成功的应用,但曲线顶管施工对周围土体稳定性影响和管体结构受力、位移的空间变化有待深入研究和探讨。本文试图从经典弹性力学基本原理出发,利用壳体理论和温克尔假设建立曲线顶管与土体相互作用的三维力学模型,以模拟曲线顶管在软土地层中的施工力学性态。给出了曲线顶管纵向和法向位移的理论解,并进而给出了结构的内力和地层抗力。与具体工程实测位移比较表明,位移的理论解和实测值有相当的一致性,本文的理论结果是合理的。

大口径三维曲线顶管顶力估算及实测分析

顶管顶进阻力由顶管机的迎面阻力和管节与土体间的摩阻力两部分组成,现有的顶力估算公式都具有一定的适用条件,虽然物理意义明确,但参数取值范围较大,往往估算顶力与实际工程顶力的匹配程度较低,尤其是在三维曲线顶管工程中受曲线段的影响,准确估算顶力的难度更大。以长413.0 m,外径为3.8 m,最小曲率半径为313.7 m的三维曲线顶管工程为研究对象,基于现有的顶力公式估算所需顶力大小并布设中继间,在该工程实测数据的基础上分析顶力组成及其与顶程、顶进曲率半径等影响因素之间的关系和顶管在平面曲线和垂直剖面曲线以不同曲率半径顶进的摩阻力变化规律。分析结果显示,曲线顶管摩阻力附加系数是真实存在的,且工程实测值与经验值有所偏差,但顶管在淤泥或黏土层中顶进时的摩阻力按规程推荐取值能够满足工程实践需求。最后提出了顶力估算及中继间的布置建议,为类似工程提供依据。

曲线顶管施工环境影响的三维有限元分析

通过建立三维有限元模型,研究了曲线顶管施工过程中地表的变形规律。通过有限元模拟,探讨了泥浆套、机头压力和土体抗力对地表变形的影响,结果表明:泥浆套的完整性和机头压力对曲线顶管施工过程中地表的变形有重要影响;曲线顶管由于附加土体抗力的存在,管轴垂直方向地表变形的最大值偏向顶管平面曲线的圆心一侧,偏移的距离与顶管的平面曲线半径有关。

曲线顶管施工引起的地表变形预测研究

为了研究曲线顶管施工引起的地表变形,通过分析拱北隧道管幕工程曲线顶管现场实测数据,得出曲线顶管地表沉降槽的偏移曲线;在现有Peck和Loganathan地表变形计算公式的基础上,考虑曲线顶管与隧洞的相对位置对沉降槽偏移量的影响,得出经过沉降槽偏移修正的Peck和Loganathan地表变形预测公式。结果表明:1)曲线顶管施工引起的地表沉降槽曲线表现为非对称,最大沉降点可能出现在轨迹弯曲内侧,也可能偏向外侧;2)曲线顶管与隧洞相对位置引起的土体损失变化是造成沉降槽偏移的主要原因,相对位置与顶管穿越地层性质、顶进力、注浆压力和轨迹曲率半径等因素有关;3)修正的Peck公式可以较好地反映砂层和淤泥质土层中曲线顶管施工地面沉降槽偏移效应和最大沉降量。