基于修正Peck公式的软土地层超大直径顶管施工地表沉降特性研究

依托深圳市超大直径钢顶管清污分流项目,研究了复杂软土地层地表沉降规律﹒首先,基于现场地表沉降50组实测数据对Peck公式进行修正,推导出拟合函数表达式,并给出了软土地层地表沉降Peck曲线上限和下限解;然后,采用有限元方法精细化模拟顶管施工动态过程,进行摩阻力、机头压力和土体弹性模量参数敏感性分析,总结出横、纵断面地表沉降失稳破坏区范围和影响参数临界值;最后,采用半解析半数值法,确立了修正Peck公式各参数间的函数关系﹒结果表明:修正后的Peck公式可准确预测复杂软土地层地表沉降,其地层损失率取值范围为0.130%~0.238%;地表沉降与摩阻力呈正相关,与弹性模量呈负相关;顶管摩阻力和机头压力临界值应分别控制在15 kN和0.2 MN;横向地表沉降扰动区范围为2D~2.5D,纵向隆起区分布范围为1.25D~2D;沉降槽宽度i与覆跨比(H/D)呈指数函数关系,S_(max)/g~H/D关系可用修正Clough公式进行描述.

基于极限平衡理论的超大直径顶管渗流开挖面稳定性研究

为解决地下水渗流引起的顶管隧道开挖面失稳破坏问题,基于极限平衡理论,推导得到地下水复合地层极限支护压力解析解。依托中交二公局超大直径钢顶管工程,建立隧道开挖面渗流场模型,分析了开挖面非线性变形规律和岩体强度特性,揭示了开挖面失稳破坏机制。研究结果表明:无水模式下,地表沉降最大值与围岩深度呈线性函数关系,有地下水的情况下,两者关系可用抛物线描述,且随着地下水位的增高,地表沉降位移梯度增加;开挖面剪切应力扰动范围为1.5D,在渗流力作用下,应力曲线簇分布宽度更窄,应力振荡现象更明显。随着地下水位的增高,滑动面破裂角向水平方向扩展,土拱区高度增加,形成整体失稳滑移面;成拱系数在拱顶路径达到最大值1.92,边墙路径和45°路径成拱系数均小于0.5。

电力隧道超大直径顶管施工扰动特性研究

由于顶管工程在经济方面的优势以及控制周围环境水平的提升,而得到广泛应用,但目前顶管扰动特性方面的研究多数限于中小顶管,未考虑超大直径顶管的特殊性。对上海世博电力电缆隧道顶管施工进行了现场监测,并主要分析了水-土压力变化曲线,测试结果反映了超大直径顶管顶进5阶段的扰动特性。工程经验表明,超大直径长距离顶进成功的主要作用因素有3个:泥浆套作用、开挖面控制和姿态动态调整。最后对泥浆套在顶管中的形成过程以及扰动作用机制进行了研究,泥浆套在注入、泥膜形成以及整体发挥作用的过程中具备填充、支承、隔阻、润滑等作用。

黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力计算方法

基于极限平衡思想,提出黏土中超大直径顶管开挖面主动极限支护压力的计算方法。通过数值模拟,对超大直径顶管的破坏模式进行研究;基于破坏模式,推导提出极限支护压力的计算方法;根据实际工程的数值计算结果,验证提出方法的合理性;最后对提出方法的影响因素进行分析,并与其他理论方法进行比较,得到深埋和浅埋的临界深度。研究结果表明,超大直径顶管深埋主动破坏模式为水平圆锥体破坏模式,浅埋主动破坏模式为楔形体破坏模式;1.5倍直径为深埋顶管和浅埋顶管的临界埋深;提出的方法是合理的,而且过程相对简单,适用于实际工程;新方法适用于均质或者层状黏性土中,并且顶管还需在同一土层中顶进;新方法得到的主动极限支护压力值大于极限分析方法,但当内摩擦角接近40°时,得到的结果很接近。

超大直径顶管穿越地铁高架线路关键技术研究

以上海市某工程顶管下穿既有地铁高架线路为背景,对顶管穿越高架线路的设计方案、有限元分析、工程实际施工要求及实际监测结果进行相关介绍。

浅埋超大直径顶管近距离侧穿作用下桥基力学响应研究

以典型工程实例为依托,探讨超大直径顶管开挖作用下侧向桥梁桩基力学响应特征;借鉴两阶段法的思路,推导顶管施工对侧向桩基影响的简化分析方法,着重探索了桩基附加内力和变形,并与三维数值计算结果对比分析.研究表明:浅埋超大直径顶管施工对侧向桩基影响主要经历初始应力平衡、开挖应力扰动及注浆变形稳定三个阶段;顶管施工对侧向桩基的主影响区与侧向正负45°+φ/2土层椎体滑动范围相近,可通过土层滑动区估算;数值与理论计算结果规律吻合,两者最大位移相差10.4%,说明采用的理论简化分析方法可行.基于分析结果,对实例桩基扰动明显区域提出了加固处理措施.

基于楔形体理论的市政管网超大直径钢顶管施工开挖面极限支护压力研究

针对极限支护压力不足引起的市政管网超大直径钢顶管施工开挖面失稳破坏问题,分析了开挖面失稳破坏的动态过程,改进既有楔形体-棱柱体模型,利用极限平衡法,提出一种市政管网超大直径钢顶管施工开挖面极限支护压力计算方法。以深圳市某超大直径钢顶管工程为背景,研究了极限支护压力与滑裂面倾角、梯形底角的变化规律,并给出了两者的理论建议值;探讨了影响顶管施工开挖面极限支护压力的控制参数。研究结果表明:当支护压力比分别为0.40和0.15时,开挖面分别处于失稳临界状态和失稳极限状态。开挖面破坏模式符合楔形体-梯形体计算模型。开挖面极限破裂角等于43°,最大梯形底角为79.5°。开挖面极限支护压力随着土体内摩擦角和黏聚力的增大而减小,当摩擦角大于27.5°时,开挖面处于稳定状态;随着顶管埋深直径比增大,开挖面极限支护压力逐渐增加,当埋深直径比大于2.2时,极限支护压力趋于稳定。

粘土中超大直径泥水平衡顶管被动极限支护压力计算方法

为维持顶管施工开挖面稳定,支护压力的设定必须小于被动极限支护压力。文章根据开挖面极限平衡,提出了超大直径泥水平衡顶管在粘性土中适用的开挖面被动极限支护压力计算方法。依照数值模拟计算方法,研究了超大直径顶管的被动破坏模式;再基于破坏模式,给出了被动极限支护压力的计算思路;对实际工程进行数值模拟并与所提方法进行对照,初步验证了所提方法的合理性;最后与其它理论方法进行了比较,并对提出方法的影响因素进行了分析。研究结果表明:水平圆柱体破坏模式为超大直径泥水平衡顶管的被动破坏模式,该被动模式与埋深无关;提出的方法具有合理性,而且计算过程相对简单,在实际工程中适用;水平圆柱体模式计算方法能够用于层状、均质粘性土中,应用条件是顶管开挖面只处在一个土层内;其得到的计算结果合理地低于其它方法,且偏安全;得到的被动极限支护压力随埋深直径比增大而增大,随内摩擦角和粘聚力的增大而增大。

某超大直径断面顶管施工引起的地层位移分析

基于随机介质理论,以城市某超大直径断面顶管工程为背景,以"试验段"某断面监测数据为基础进行位移反分析,得到隧道断面收敛值ΔA和隧道开挖所处的地层条件tanβ;对比分析3种隧道位移收敛模式(均匀收敛模型、非均匀收敛模型以及Peck公式)的地表沉降值,得到适合该工程的位移收敛模式,并据以预测隧道穿越后的地表变形;定量分析4种影响隧道开挖引起地表变位的因素,研究结果可为以后类似的工程提供理论参考。

超大直径装配式顶管结构设计研究

装配式顶管可以有效地解决超大直径顶管运输困难的问题,简要介绍装配式顶管管节的组成,通过理论分析及有限元模拟研究装配式顶管管节内力计算方法,为装配式顶管管节的设计提供理论基础。

长距离曲线大直径混凝土顶管顶力控制的关键技术研究

地下顶管的顶力控制是制约长距离顶管顶进的重要因素。结合目前国内最大直径且同直径最长距离的顶管工程——上海市污水治理白龙港2.2标顶管工程实践,对顶力控制中的一些关键技术措施,如后靠背制作技术、中继环施工和注浆减阻等进行了研究和探讨,为相关顶管工程积累了经验。

超大直径矩形顶管机的无线监控与快速转接技术

大直径矩形顶管机是新开发的地下掘进设备,不但具备节省地下空间的特点,还能大大缩短工期,尤其适用于建设占了地下隧道工程很大份额的短距离隧道。由于超大直径顶管机的监控、转接等重要施工要素与小直径顶管机完全不同,又是制约工期的重要因素,所以适合超大直径的监控与转接技术是保证工期和工程质量的必要条件。通过介绍上海隧道公司在郑州下穿中州大道工程中使用的超大直径矩形顶管机的无线监控与模块化快速转接技术,剖析该技术与传统技术的差异与优势。