大断面类矩形顶管注浆压力对管节损伤的影响分析

为探究大断面矩形顶管注浆压力波动及其控制边界难以确定的实际问题,依托南京某大断面类矩形顶管工程,借助理论分析、工程类比和数值模拟等方法,研究了顶板和侧壁局部憋压工况下,大断面类矩形管节结构的变形和损伤机制。通过分析矩形顶管管节受力特征,计算了大断面类矩形管节承受的外荷载,并采用ABAQUS有限元数值模拟软件内置的混凝土损伤塑性模型进行数值建模,研究不同注浆压力作用下钢筋混凝土管节损伤演化机制。结果表明:(1)注浆荷载作为可变荷载,对管节受力有明显影响,应将注浆压力纳入管节设计环节;(2)针对该工程,其理论注浆压力为0.311 MPa,考虑抑制背土效应的需要,应适当提高注浆压力,但必须控制在合理范围内;(3)从损伤演化的角度来看,注浆荷载达到0.6 MPa时,管节顶板的拉伸损伤已达到较高水平,因此,将0.6 MPa作为该工程的注浆压力预警指标,而0.9 MPa应作为注浆压力的控制指标。

超大类矩形断面复合顶管施工力学性能研究

依托上海轨道交通14号线静安寺站工程,介绍了超大类矩形断面钢-混凝土复合顶管的结构构造、加工制作与施工监测方案,重点分析应力监测数据并结合数模结果揭示了管节在顶进及后续施工中的受力性能,以此来研究大埋深软土地层中新型超大断面顶管的施工力学特性.结果表明:对于顶管中的任一管节,钢板与纵向肋板的应力在该管节顶进初期与全钢管顶推完成时出现较大波动,而中间段基本稳定在某一数值,且钢板轴向受力相比环向受力对管节纠偏更敏感;同一顶管不同管节在施工过程中的应力和位移分布一致:应力分布较为均匀,峰值应力位于顶推面拐角附近;变形趋势为竖向内凹、横向小幅外凸,峰值形变位于竖向跨中;管节峰值应力随顶管推进逐步增大,但均未超过弹性极限,峰值形变保持稳定;钢板的环向应力由水土压力控制,应力分布为上部受拉、左右受压,轴向应力由顶推力控制,其中竖直方向上的轴向应力也受管节竖向偏转和外壁环向荷载的影响;纵向肋板的轴向应力在水平方向上由顶推力控制,在竖直方向上由外壁环向荷载控制;后续施工过程中,顶管受力相对稳定.影响范围方面:注浆加固对钢板和纵向肋板的受力均有较大影响;管节环向焊接主要对钢板的环向与轴向受力有较大影响;钢筋绑扎和混凝土浇筑仅对钢板的环向受力有较大影响.

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。

盾构隧洞内大直径钢管组对安装工艺研究

基于珠江三角洲水资源配置工程,为实现长度12 m、内径4800 mm内衬钢管在隧洞狭小空间内的高质量、高效率组对安装作业,通过分析传统组对安装工艺的不足,结合现有技术,对盾构隧洞内大直径钢管组对安装工艺进行研究,设计出一套大直径钢管组对安装装置,并于珠江三角洲水资源配置工程试验段项目上成功应用,新工艺实现了大直径内衬钢管更高质量、高效率的组对安装,给珠江三角洲水资源配置工程主体标段安装工作的开展提供了坚实的技术基础,也给类似隧洞类工程的开展提供了研究方向。

马梪泵站大直径钢顶管顶力控制分析

为探索水利水电工程施工中大直径钢顶管顶力控制思路,文章以江门市西江潭江流域跨界重点支流综合治理工程(一期)蓬江项目区马梪泵站为例,对包括工作井及接受井、顶管施工等在内的施工方案展开设计,并计算顶管顶进力,将计算值与实测值进行比较,最后从主千斤顶顶力数值采集、顶管顶力变化趋势分析、迎面阻力控制、触变泥浆润滑套质量控制等方面分析了顶力控制措施。分析结果可为类似工程顶管顶力控制提供参考。

U形薄壳大渡槽无对拉筋模板施工技术

介绍了U形薄壳预应力混凝土大渡槽无对拉筋模板的设计和安装,可供同类工程施工参考。

超大型顶管生产工艺简介

介绍了超大型顶管的特点、工艺流程、椭圆形主筋的弯弧制作、钢套环加工、钢筋靠模设计制作等,并针对超大型顶管的安全运输提出了相关建议。

复合地层大直径钢顶管受力特性分析

针对复合地层中大直径钢顶管的受力及其影响因素,借助有限元软件建立二维平面应变模型,分析大直径钢顶管的受力特点,探讨复合地层硬岩占比、管顶覆土、砂层内摩擦角和钢管壁厚对钢顶管的影响。结果表明:复合地层中钢顶管呈现竖向压缩水平拉伸的椭圆形,水平方向最大拉伸量出现在管道中心偏上位置,径向变形量与管道直径之比约在1.55‰;随着顶管穿越硬岩比例的增加,管道水平拉伸和竖向压缩量变小,管道顶部和底部土压力几乎没有变化,侧向土压力增大,管道水平拉伸和竖向压缩增量在顶管全断面穿越砂层过渡至管底位于硬岩顶面时最大,分别为30.67%、38.3%;钢管变形量随着上覆土层厚度的增加呈现线性增加的趋势,管道侧向土压力也逐渐增大;管道底部的隆起量受穿越硬岩比例、上部砂层内摩擦角以及壁厚的影响极小;钢顶管变形及土压力分布受上部软土(砂层)内摩擦角、钢管壁厚的影响不大。

大口径长距离钢顶管注浆减阻技术:以黄浦江上游水源地连通管工程为例

黄浦江上游水源地通管工程C3标段采用DN4000钢顶管施工,单次顶进长度达到969.94m,如何降低顶力是整个工程成功的关键。为减少摩阻力从而降低顶力,对泥浆配制、注浆控制等方面进行了研究,并结合JB06~JB05及JB07~JB06顶进段的地层、顶进力变化状况,分析顶管摩阻力的变化规律。结果表明:①该工程注浆孔的合理布置、触变泥浆的配制与使用得到的减阻效果明显,可作为类似工程减阻技术的参考;②顶力与顶进距离近似呈线性关系,但地层本身的性质会造成顶力的突变,类似工程可先对地层性质进行研究以得到更准确的顶力预测,指导顶管施工;③已注入环空一定时间后的泥浆与刚注入的泥浆相比减阻效果更好,顶力增速过快时可降低顶进速度,待泥浆充分与地层反应后再以原速顶进;④适当增加注浆量可以有效地减小管周摩阻力;⑤高聚物膨润土泥浆比膨润土泥浆单价更高,但高聚物膨润土泥浆注浆量少,综合环境效益等多方面因素考虑,高聚物膨润土泥浆更有优势。

大变形埋地钢管结构承载能力及修复方法研究

大直径埋地钢管在大型引调水及水电工程中应用广泛,但施工过程中钢管易出现超出规范要求的大变形,而国内外对大变形埋地钢管的结构特性及处理措施研究较少.本文以某环变形达8.9%的埋地钢管为例,基于现场测试结果,采用数值模拟技术反演了该工程的施工过程,分析了该大变形管道若直接投入运行后的变形、应力及塑性情况,进而结合工程实际提出了水压法修复,并与传统的内撑法修复进行了比较研究.结果表明:大变形埋地钢管承受了较高的弯曲应力且管周土体支撑不足,结构承载能力较弱,荷载作用下钢管的变形和应力会大幅增加,安全风险较大.设置加劲环虽能增加钢管的抗外压稳定,但对管壁应力不利,高应力及塑性区域主要集中在管顶、管腰和管底及加劲环附近.大变形埋地钢管虽不符合规范要求,但不必更换钢管,可考虑对其进行修复,以降低钢管变形并提高管周土体模量,修复方法可采用内撑法或水压法.内撑法采用千斤顶将钢管顶圆,在顶撑区易产生应力集中,适用于管线局部发生大变形的情况;水压法利用内压复圆原理,可使管壁受力均匀,长距离管线下使用更为方便,修复后应检测并修补焊缝及防腐措施,并对运行期管道做好监测工作.研究成果可为类似工程处理及后续规范编制提供借鉴和参考.

软土中超大直径钢顶管施工顶进及运营温差下的受力特性测试

为了研究钢顶管在施工及运营阶段的内力特征,采用现场测试的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4m的钢顶管在施工荷载和温差作用下的环向、纵向应变进行监测.分析实测结果表明:管道固定截面随顶进距离增加受力状态改变较小,不同截面中靠近机头处受到顶力的影响较小;纵向应力主要受顶力影响,以受压为主,环向应力主要受到管道埋深影响,深覆软土情况下,管道顶部环向可能出现拉应力,左右受压为主;纵向和环向应力之间相互影响,埋深较大时影响较为明显,长距离顶进下顶进偏心对管道应力有较大影响;顶力的施加会使纵向应力产生较大波动,顶力撤除应力恢复平稳;大直径钢材管道在温差6℃时,温度应力达25MPa左右,环向、纵向区别较小,不影响正常运营,但仍需谨防极端温差下可能造成的破坏.

大直径钢顶管管道温度应力特性分析

为了研究钢顶管在运营状态温度作用下的内力特征,采用数值模拟的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4 m钢顶管在运营状态温差作用下进行数值模拟。数值模拟结果表明,当管端约束作用较强时,管端环向应力会出现应力集中的现象;随着远离管端约束边界,环向应力集中快速衰减。纵向应力拉压应力共存,随着远离管端约束边界纵向应力变大,并且变为单一拉应力或者压应力。管道靠近约束端的环向应力和纵向应力随着温度的变化均有明显变化,远离约束端的纵向应力受温度变化影响同样明显,但是环向应力基本没有变化。刚性约束得到释放以后,整个管道的应力下降明显。

大断面类矩形钢顶管结构受力性能现场试验研究——以上海轨道交通14号线静安寺站顶管车站工程为例

为解决城市核心区地铁车站施工难题,上海轨道交通14号线静安寺站采用超大断面的类矩形钢顶管建造地铁车站。由于该新型结构的施工工艺及受力特性的研究目前仍处于初期阶段,设计关键点、受力薄弱点尚不清晰,因此基于该实际工程进行现场试验研究。通过布置水土压力传感器、钢结构应变计,获取顶管施工全过程外荷载及钢结构应变的大小及变化规律,探究顶管结构在各个施工工况下的结构受力性能。结果表明:1)运营工况下,总压力值分布均匀、左右对称,顶部总压力略大于底部,下半环压力大致呈马鞍形分布;2)同步注浆工况下,泥浆套能快速传递注浆压力;3)二次注浆工况下,整环注浆压力约为330 kPa,相较运营工况提高了1.56倍,为最不利受力工况;4)管节环向受力机制接近整环矩形框架结构,结构顶、底部为最不利受力截面;5)管节纵向应力较小,需关注顶管隧道回退量,必要时增大止退反力,做好环缝防水措施。

输水管线大口径钢顶管施工技术措施

输水管线大口径长距离钢顶管施工中,技术措施的正确运用对保证质量安全、降低施工风险具有重大意义。该文从青草沙严桥支线DN3600双线钢顶管施工实践出发,介绍大口径钢顶管施工工艺中的几个问题和采取的对策,以期与同行进行交流和探讨。

大直径钢顶管穿越长江大堤设计与施工问题分析

以南京某大型长江取水工程为例,对其设计及施工阶段的经验、成果进行了分析总结,主要包括采用ABAQUS有限元软件对不同工况下顶管穿越江堤处的受力模式以及顶管穿越江堤时江堤产生的沉降变形做了分析,并与现行规程、相关理论公式以及实测数据进行对比,对工程取水管顶管穿越江堤的施工控制措施进行了介绍。

长距离大口径钢管的顶管施工

结合东莞市第四水厂二期给水管道工程过107国道段的顶管施工,介绍了大口径钢管进行长距离顶进施工时顶管机的选型、减阻措施的选用、中继间的运用、轴线控制等问题,可供以后同类工程参考和借鉴。

大断面顶管侧向开洞口型管片结构及其内力分析

目前大断面顶管管片一般采用整体式钢筋混凝土管片,纵向接头采用"承插式"接头,开大洞口型管片如果采用整体式钢筋混凝土管片,会由于该管片质量大、体积大而给该管片的吊装、运输和场地、纠偏等带来较大的麻烦,为了适应这种大断面顶管侧向开大洞口型管片结构需要,特设计一种侧向开大洞口型管片结构,这种管片结构由外环钢板、内环钢板、环肋板和纵肋板组成,而且这种管片在纵向上可以分成几段,分段和分段之间采用螺栓连接。本文以深圳某连接通道大断面顶管实际工程为例,分析了开大洞口型钢管片的各种工况组合情况,发现把洞口上方纵肋和洞口下方转角处纵肋构件加强后,整体应力都控制在安全合理的范围内。

高水位软弱地层条件下大直径钢顶管稳定性

顶管在顶进过程中发生的失稳破坏已严重威胁工程的安全施工。以中交二公局第四工程有限公司承担的石岩北清污分流钢顶管工程项目为依托,基于薄壁圆柱壳屈曲理论,通过改变长细比、径厚比和埋深等影响因素对大直径钢顶管应力、屈曲模态和屈曲荷载进行分析。分析结果表明:钢顶管稳定性随长细比(顶管长度与管道外径的比值)的增加而减小,长细比<30(短顶管),易发生局部屈曲破坏,长细比>30(长顶管),易发生整体失稳破坏;在均布围压作用下,钢顶管屈曲模态以局部屈曲为主,其稳定性随径厚比的增加而减小;钢顶管实际稳定系数随埋深变化由管周围压和椭圆化变形共同决定。基于以上分析结果,提出了大直径钢顶管稳定性系数经验公式,结合工程实例进行验证,具有良好的指导意义。

超大口径钢顶管关键技术研究

为解决超大口径钢顶管由于管径增大、管壁增厚带来的施工难题,依托上海市黄浦江上游水源地连通管C2标工程,对DN4000mm钢顶管焊接工艺进行了阐述。在此基础上,从超大口径钢顶管施工扰动机理分析出发,分别对掘进开挖技术、泥浆技术与穿越技术进行系统研究。工程实施效果良好,所形成的相关技术可为类似工程提供借鉴。

长距离大口径钢顶管施工风险管理研究

以上海青草沙严桥支线长距离大口径钢顶管工程为背景,对其施工中的风险进行研究。在深入分析了严桥支线工程顶管施工特点及潜在的风险后,从组织机构设置、风险监控体系、风险管理制度和机制建立、施工方案和风险预案等方面研究了工程的风险管理措施。通过研究与实践,不仅有效规避了工程风险,而且也提高了工程质量,确保了工程的顺利实施。