管幕预筑法施工引起的地表沉降:顶管群施工顺序的影响

以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征。首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征。数值模拟结果表明采用从上向下的顶管施工顺序引起的地表沉降量最小,为12 mm;采用从下向上的顶管施工顺序引起的地表沉降量最大,为25 mm。通过大尺寸模型试验对数值模拟结果进行了验证,模型试验结果与数值模拟结果一致,从上向下的顶管施工引起的地表沉降最小,从下向上顶管施工顺序引起的地表沉降最大。基于数值模拟与模型试验结果,确定了太原火车站北隧道的顶管群施工顺序,现场监测结果表明选择的施工方案满足沉降要求。研究结果表明,在顶管施工阶段相邻顶管之间会形成微土拱,隧道上方相邻管道之间的微土拱将组合成大的管土拱结构,可以减少隧道下方和两侧顶管阶段引起的地表沉降。因此,考虑隧道上方管土拱结构的顶管施工顺序可以减小下方顶管施工引起的地表沉降。

管幕预筑法中钢管顶进对地面沉降的影响

为了研究管幕预筑法中密集大直径钢管群顶进对地表沉降的影响,把平行顶管的顶管间距分为3类:大间距、中间距和小间距.明确指出了3类间距范围,总结分析了各种顶管间距情况下已建顶管对新建顶管地表沉降的影响.分析表明,大间距时已建顶管对地层的扰动影响可以忽略,中间距时主要是土体扰动的影响,小间距时既有土体扰动的影响,又有先建顶管管结构的支挡影响.分析Peck公式并对其进行修正,使之可用于预测各种间距下的地面沉降.结合沈阳地铁新乐遗址站施工监测结果,比较了地表沉降监测结果与Peck公式预测值,发现两条曲线吻合情况较好.

管幕预筑法竖井开挖与顶管施工过程数值模拟分析

管幕预筑法竖井设计在国内尚无相应规范,施工过程中其支护结构与周围土体的变形受力特性与安全性尚需进行研究。以某管幕预筑法地铁车站工程为例,利用有限差分软件FLAC3D对其竖井施工过程进行数值模拟,并结合施工监测数据进行对比分析,得到竖井支护结构及周边土体的位移与支撑轴力随施工过程的变化规律和特征。研究结果表明:管幕预筑法竖井施工过程对周边土体的变形影响较小,反映竖井新型支护结构的变形控制效果很好;顶管对各部分支护结构及周边土体的影响规律各不相同,主要体现在顶进过程中具有明显的时间性。

管幕预筑法中大直径顶管施工地表沉降研究

管幕预筑法顶管工程相比于传统管幕法顶管工程具有顶管间距小、顶管直径大等特点。目前,对于密排大直径顶管的应用较少,对管幕密排顶管施工顺序和顶管施工地表沉降规律理论研究不足,密排顶管施工土体的变形趋势与单一顶管相差较大,传统的Peck公式预测地表沉降难以适用。为了解决密排顶管的施工顺序及顶管施工地表变形规律,采用大型模型试验对3种典型的顶管施工方案进行试验,研究大直径密排顶管之间的相互影响作用和顶管施工过程中的地表变形特征。结果表明:考虑管土拱效应的顶管施工方案管幕中轴线位置处的地表沉降最大值为6.09 mm,小于其他两组方案;密排顶管之间不仅存在相邻顶管相互支挡的现象,且顶管与周围土体共同作用形成的管土拱效应对施工下排顶管形成保护;管幕预筑法密排顶管群最佳的顺序为先施工管幕上排顶管,再施工管幕两侧及下排顶管。通过改进Peck公式预测密排顶管群施工产生的地表沉降,改进的公式不仅将相邻顶管与管土拱效应的支挡效应考虑在内,还修改了Peck公式参数取值的具体办法。改进Peck公式的预测结果与模型试验的横向地表沉降曲线吻合良好。

地下工程支护-结构一体管幕预筑法技术及发展

地下工程支护-结构一体管幕预筑法:,是一种全新的暗挖施工方法,其核心思想不同于传统地下工程暗挖法,即首先施作地铁车站永久结构,然后在永久结构保护下进行全断面土方开挖。支护-结构一体管幕预注法的施工关键技术包括大直径钢管长距离顶进施工技术、管幕空间切割焊接成形技术及狭小空间钢筋混凝土结构施工技术。通过实践证明,该技术将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成形,可大大减少开挖支护步序,降低临时支撑用量:,有效控制地层变形,保证地下良好的作业环境。

支护-结构一体化管幕预筑法地铁车站优化分析

基于有限差分软件FLAC^(3D),以沈阳地铁2号线新乐遗址站为依托,以管幕预筑地铁车站结构周边地层沉降值为参考,探讨了地下工程支护-结构一体化管幕预筑法地铁车站优化分析。研究表明,钢管净距的增加、除去内侧钢管,或在大直径钢管内不绑扎钢筋,直接采用素混凝土,车站周边上方土层的沉降值相差不大。

管幕预筑法顶管施工顺序对地表沉降的影响

以太原火车站管幕预筑法(PPM)大直径顶管群施工为背景,采用有限差分软件FLAC3D对优选的8种有代表性的顶管群施工顺序进行数值模拟,研究不同大直径顶管群施工顺序下的地表变形特征.试验结果表明:先施工管幕上排顶管的方案所引起的地表沉降量小于其他方案,与先施工管幕下排顶管的施工方案相比,其所引起的地表沉降要小1 cm;管幕上排顶管与周围土体之间形成管间微型土拱,并在管幕上方密排顶管之间形成组合土拱效应.该组合土拱效应不仅可以承担一部分管幕上覆荷载,而且可以减小管幕下排顶管施工对地表的扰动,有效减小了管幕预筑法密排顶管群施工所引起的地表沉降.

管幕预筑法大直径长距离钢管顶进施工技术

因后期需在钢管内进行结构施工,管幕预筑法中顶进的钢管均为大直径钢管。由此带来的顶进方向控制难度大、顶进阻力大、地面沉降不可控等问题,制约了管幕预筑法的应用。某地铁车站在国内首次采用管幕预筑法施工,通过采用激光导向、先导管导向板纠偏以及注浆减阻等技术措施,顶管施工精度、顶进速度、总体地面沉降均满足要求,取得了良好的效果。

管幕预筑法中顶管间距对土拱效应的影响机理研究

为了研究顶管间距和土拱效应的影响机理,以太原火车站管幕预筑法大直径顶管施工为背景,根据土拱效应理论,建立了不等高的两顶管管间土拱的受力分析模型,推导出拱顶和拱脚的强度控制式及适用条件,得出顶管间距的计算方程组。同时以太原市火车站工程为例,验证得出顶管间距的合理性,分析了顶管及土体各个参数对土拱效应的影响,得出随着相邻顶管所成角度的增大,拱跨先不断减小到达最低点,再不断增大的结论,为今后管幕预筑法的理论研究提供参考。

地铁车站管幕预筑法施工注浆技术

管幕预筑法施工地铁车站的优点是能够保证周围土体零沉降,其核心保证措施就是在施工全过程中向周围土体注浆。这种注浆工艺既要保证周围土体能够及时得到加固,不发生土体沉降,又要产生良好的止水效果,还必须尽量减小钢管外壁的侧摩阻力,才能保证顶管等施工作业的顺利进行。文章从分析管幕预筑法对注浆工艺的要求入手,研究了各种注浆浆液的性能特点,提出采用不同浆液分阶段注浆的新思路,实践中收到良好的应用效果。

管幕预筑隧道地表沉降分析

沈阳地铁2号线某暗挖车站是国内首个采用管幕预筑法施工的地下工程,对该工法施工引起的地面沉降进行了监测,并建立了修正的Peck模型对沉降进行预测,结果表明:(1)管幕预筑隧道施工引起的地表沉降预测值与实测值基本吻合;(2)管幕预筑浅埋大断面隧道施工地表沉降表现为整体下沉特点,沉降值与地下结构基础的沉降值基本相等,控制管幕预筑隧道结构的墙脚下沉可以有效控制地表的沉降;(3)管幕预筑法隧道施工预先施作的地下永久结构对隧道围岩的约束作用明显,砂土地层中地层损失率为0.000 5%～0.002 0%,沉降槽宽度系数为0.5;(4)管幕预筑法建造地下空间,引起的地表沉降较常规施工方法小得多,环境效益和社会效益明显,该施工方法适用于修筑中心城区软土地层中地下交通枢纽工程及下穿交通干线的隧道工程,值得进一步研究和推广。

管幕预筑隧道衬砌结构现场监测分析

为了考察管幕预筑隧道衬砌结构在土方大开挖过程中的力学响应,对中国首个采用管幕预筑法的工程进行了现场试验,得到了其动态变化规律,积累了现场实测数据,为判断隧道安全稳定提供了参考数据,确保了管幕预筑法的成功应用。研究表明:①衬砌结构的应力和变形均很小,预筑的衬砌结构对于控制结构的变形和地层损失具有很好的效果;②衬砌结构的最大应力监测值仅为强度设计值的30%,预支护结构增强了围岩的自稳能力,并降低了围岩压力;③围岩被动土压力区间较小,衬砌结构与围岩的相互作用不明显;④隧道内部顶层土方贯通当日拱顶沉降达到了5mm,设计需要考虑贯通过程中的结构和环境效应,施工过程应加强监测与分析;⑤管幕预筑法建造地下空间技术可以有效控制衬砌结构的变形和地表沉降,具有很好的环境效益和社会效益,值得进一步研究和推广。

强震作用下支护-结构一体化管幕预制法地铁车站地震响应研究

地下工程支护-结构一体化管幕预筑法是一种全新的暗挖施工方法,改变了传统暗挖法先加固、后支护、最后施作主体结构的施工步序,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。目前有关地下结构抗震问题方面的研究主要以分析传统施工工艺施作而成的地下结构地震响应问题为主,缺少对地下大断面管幕预筑法结构的抗震研究。文章基于有限差分软件FLAC^3D,研究了管幕预筑法地铁车站的地震响应规律,结果表明:(1)在强震作用下,沿管幕车站结构高度各测点相对水平位移呈倒S型规律;(2)地震作用下车站结构应力值相对较大的位置主要集中在各管幕的连接处、中板与管幕的连接处、管幕与底板连接处;(3)与单向地震作用相比较,双向地震作用下车站结构的加速度和最大水平应力值均有所增加,水平位移、相对水平位移有所减小。

管幕预筑浅埋隧道稳定性分析

沈阳某地铁车站是国内首次应用管幕预筑法施工的特大浅埋暗挖隧道,通过对该隧道土方大开挖阶段的稳定性进行分析,提出预支护荷载作用下隧道稳定性分析方法,推导预支护荷载作用下稳定性安全系数计算公式,并依据其工艺特点进行监测设计和分析。研究研究表明：实测地表沉降满足施工要求,且实测衬砌结构的环向应力为-11~15 MPa,为衬砌设计强度35 MPa的31.4%~42.9%;预筑较常规设计方法小的衬砌厚度即可维持隧道的稳定性;基于预支护荷载的隧道稳定性分析方法和安全系数公式对管幕预筑隧道的稳定性分析具有理论和实际意义。

新型管幕预筑一体化结构施工安全控制技术研究

随着城市开发进程不断推进,不可避免会出现既有铁路线路阻隔城市交通,进而影响城市发展的情况。同时,由于地理位置及用地空间限制,造成下穿通道缺少足够竖向空间且竖向变形控制要求较高。新型管幕预筑一体化结构,创新性地采用大直径群管顶进→切割、焊接→浇筑混凝土后形成大刚度管幕预筑一体化结构,较好地克服了地下空间的限制、满足了地表沉降量控制要求。本文依托太原市迎泽大街下穿火车站隧道建设工程,研究新型管幕预筑一体化结构施工关键技术及安全控制措施,相关研究成果对类似工程具有指导意义。

深埋顶管顶力理论计算与实测分析

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法,常用的垂直土压力计算理论有:普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用性和缺陷之后,结合普氏理论和太沙基理论,提出了改进的垂直土压力计算理论公式,并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应,又考虑了拱下土体的挟持力,更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中,计算不同深度的两根大埋深管道顶力,并把计算与实测结果进行比较,发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值,改进理论计算结果稍大于实测值,更适合于深埋顶管顶力估算。

弧形密排大直径管群顶管地表沉降分析

为研究管幕预筑法大直径管群顶管施工过程中的地表沉降特征和实现信息化施工,利用解析公式对国内首个采用管幕预筑法的弧形密排大直径管群顶管施工引起的地表沉降进行分析和监测,得出其地表沉降变化规律。研究结果表明:利用解析公式预测弧形密排大直径管群施工引起的地表沉降与实测值相差较小;在管群施工过程中,顶层管引起的地表沉降较小,从第2层顶管开始,随着管群埋深和跨度增大,顶管对地表沉降的影响先减大后减小,地表最大沉降量增幅逐渐减小;为确保地表沉降控制总目标,每层顶管结束和管群顶管结束均需采取有效的注浆措施控制地表沉降或抬升地表;大直径管群顶管施工引起的地表沉降易于控制,环境影响小,为PPM后续施工提供了保障。

大直径钢管顶管施工技术研究

为研究和完善管幕预筑法建造地下空间技术,结合大直径钢管顶管工程施工实践,对大直径钢管顶管这一关键施工技术进行研究,分析了大直径钢管顶管的技术特点与施工流程,总结了大直径钢管顶管施工各工序的操作方法、施工技术、注意事项、质量控制措施、大直径钢管顶管施工控制测量与纠偏纠圆技术,为制定大直径钢管顶管施工方案和施工质量控制提供指导,为管幕预筑法建造地下空间技术后续施工提供了保障.