大断面矩形顶管施工对周边环境的影响规律研究

以杭州市某过街设施建设为例,依托工程中全面的监测数据,并利用弹性力学理论对地表沉降进行了计算,分析顶管顶进全过程中周围土体的水平及侧向位移规律,探讨了避免地表隆起及减缓地表沉降的施工方法和措施。主要结论为顶管顶进会引起顶进段周围地表沉降且具有一定的规律,顶进过程会引起深层土体水平位移,合理的注浆及顶进速度可以避免掌子面前方的地表隆起,二次注浆可以减缓施工过程中的隆起又不会引发大幅度沉降等,从而为类似城市过街通道建设提供经验。

浅埋大断面矩形顶管下穿京杭大运河施工关键技术研究

针对超浅埋大断面矩形顶管穿越河流的工程案例研究较少,尤其是较少涉及施工问题方面的研究。结合浅埋大断面矩形顶管下穿京杭大运河工程,对矩形顶管施工方案和顶管机选型进行优化,解决了施工期间始发井洞前加固区外地面沉降、管节对接时止水条损坏及刀盘卡嵌等工程问题,并给出了解决方案,确保了工程的顺利完工。结合现场实测数据,对矩形顶管顶进过程中的施工效率、顶力和摩阻力大小以及刀具磨损等进行研究,得出顶进速率较慢时,顶进摩阻力显著增大,通过减阻泥浆减阻能够有效降低其侧摩阻力。下半部的刀盘相较于上半部刀盘磨损情况更为严重,多数刀盘出现合金块磨损严重、崩开及脱落现象。

矩形顶管技术的应用与发展

矩形顶管技术在地面交通繁忙、地层条件复杂的城市地下空间开发中应用愈来愈广泛。针对工程重点关注的矩形顶管技术选型与背土效应控制、断面发展与应用和地层适用性问题,通过对近年来参与的和其他完工的矩形顶管项目调研分析,总结了矩形顶管技术选型需要考虑的因素,提出了以上覆土层变形来判断临界背土效应的理论框架;通过案例阐述了利用矩形顶管技术穿越砂卵石地层、软土地层和上软下硬地层所存在的问题和施工针对性措施;归纳了矩形顶管使用场合以及断面的发展,并结合兴业快线下穿梅华东路矩形顶管项目论述了顶管机设计制造模块化和可重复利用的基础。

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。

某矩形大断面地下通道超浅埋暗挖工程设计与施工

文章以通过下穿繁忙道路下的2个矩形大断面超浅埋暗挖工程为例,介绍采用锁扣管棚预加固、全断面注浆、型钢拱架支护、分大断面为小断面错位开挖等一系列超浅埋暗挖法设计与施工技术。表明在城市不宜明挖的条件下,采用超浅埋暗挖矩形大断面地下通道有较大的技术优势,并提出:1)采用锁扣管棚是本工程成功的关键,设计时应充分考虑各种工况,设计计算可采用弹性支点法,在入口1H(H为洞高)范围内,管棚内力及支反力变化较大,应仔细考虑,而其后为一般开挖段,内力及支反力均趋于稳定;2)施工前对地下管线进行详细探查尤为重要;3)长距离锁扣管棚施工难度较大,钻进工艺由原来钢管全程双线约束,改为一线一点约束,管棚施工可以顺利进行。

浅覆土大断面小间距矩形顶管施工的环境效应

深圳华强北至华新地铁站区间通道工程采用矩形顶管机施工,具有大断面、小间距、浅覆土、上穿地铁隧道、下穿多条地下管线、多条顶管平行施工等特点。文章通过建立数值模型,对注浆压力和机头作用的模拟方法进行了讨论和改进,分析了顶管施工对周边环境的影响。计算结果表明,矩形顶管施工引起的地表沉降槽同样符合Peck公式,土体损失在地层位移的形成中起主导作用;随着多条顶管先后施工,地表沉降槽从V型分布向W型分布转变,地铁隧道竖向位移不断叠加;管棚的支护作用有效减小了地表变形和地下管线变形。

大截面长距离泥水平衡矩形顶管施工技术研究

由于顶管与既有建(构)筑物的最小净距为0.72m,且采用7.7m×4.5m泥水平衡矩形顶管一次顶进长度226m。因没有类似施工经验,现有顶管工艺无法满足施工要求,需要研制新的泥水平衡顶进工艺。针对大截面长距离泥水平衡矩形顶管施工技术进行了深入研究,解决了施工中遇到的技术难题、保证了工程结构质量和施工安全、有效控制了周边的土体变形及建(构)筑物的沉降、缩短施工工期,节约施工成本。

大断面矩形顶管近距离双线并行施工引发地表沉降分析

以郑州市纬四路—商务西三街下穿中州大道顶管工程为例,采用理论分析、数值计算和现场监测等手段,初步总结了大断面矩形顶管近距离双线并行施工所引发的地表沉降特征,主要结论如下:地表沉降主要发生在切口到达及顶管通过的过程中,当切口距测点23m时,沉降基本稳定,最大沉降量约为17~27mm;地表横向沉降曲线基本符合Peck公式,沉降槽半宽度约为1.5D。

大断面矩形顶管近穿既有地铁隧道数值模拟分析

为探究大断面矩形顶管近距离上穿既有地铁隧道时地表及隧道结构变形影响规律,利用PLAXIS3D有限元软件进行了顶管施工全过程模拟,同时分析了掌子面推进力、地层损失、顶管内配重等施工参数影响。结果表明:在顶管施工过程中,地表经历先隆起后沉降过程,隆起最大值达1.80 mm,沉降最大值始终位于顶管掘进中心线上方,最大沉降量达到11.40mm。既有隧道向接收井一侧隆起变形,左、右线隆起最大值介于2.76~3.97 mm之间,且隧道所受影响主要在顶管通道的投影区域。掌子面推进力增加使得前方地表土体隆起增大,并引起更大的隧道位移;地层损失率从0%提升到0.2%,顶管后方土体沉降从8.58 mm增加至11.10 mm,而隧道的最大位移量变化不超过1mm;增大顶管内配重可使得地表和既有隧道沉降均加大。实际施工过程中应适当减小掌子面推进力和地层损失,顶管内适当配重,以减小前方过大地表隆起和顶管推进后过大工后沉降。

矩形顶管机施工中遇到的障碍及清障技术

矩形顶管主要用于城市繁华街区施工地下通道,覆土深度一般为4～6m。描述了矩形顶管机在某市施工地下通道中遭遇大直径、高强度石块以及中间井设计、基坑围护、开挖、清障、修复顶管机机头等情况。总结的一些施工经验可供同行借鉴。

盾构隧道下穿地下过街通道安全控制案例研究

为解决新建盾构隧道近距离下穿矩形顶管法修建的地下过街通道变形控制的工程难题,以呼和浩特地铁盾构区间隧道下穿“井”字型地下过街通道为依托,通过数值模拟预测地下过街通道变形规律,据此提出安全控制方案,通过现场监测结果验证加固方案的合理性。结果表明:地下过街通道横断面沉降槽呈非对称的“W”形,最大沉降部位出现在左线隧道的正上方,是变形控制的重点区域;地下过街通道错台量最大的部位是先建盾构正上方的管节接缝处,最大错台量为2.7 mm;在盾构下穿期间,通过合理控制掘进参数和及时二次注浆加固的措施能够满足变形控制的要求。

双舱矩形管廊正交地裂缝的数值模拟与分析

在活动地裂缝场地开展综合管廊建设具有较大的风险,很多学者建议在规划综合管廊时,应该尽可能与地裂缝正交。为了研究双仓矩形管廊正交地裂缝时的破坏机理,运用数值模拟的方法分析了双仓矩形管廊的破坏特征,并与类似工况下的地铁隧道进行了对比和验证。结果表明:(1)双仓矩形管廊最大纵向拉应力和压应力主要集中在底板和盖板,纵向应力与离截面几何中心线的距离成正比;(2)最大竖向剪应力主要集中在中隔板和侧壁中心线处,越靠近截面几何中心线竖向剪应力越大;(3)管廊和地铁隧道正交地裂缝时的破坏特征只与连接方式有关(现浇还是拼接),与截面形式无关,建议管廊在穿越地裂缝时的防治措施可参考已有地铁隧道的防治措施。

深基坑开挖对邻近矩形地下通道变形影响研究

以紧邻上海中环线某矩形地下通道的深基坑开挖为例,结合位移控制理论,将二阶段法应用于基坑开挖对邻近矩形地下通道结构变形研究。采用弹性地基梁理论对矩形地下通道的变形和受力机理进行分析,求解基坑开挖对邻近矩形地下通道变形的理论解答,推导出矩形地下通道的弹性地基梁计算方法。并基于有限元数值模拟方法,考虑土体、基坑围护结构与矩形地下通道之间的相互作用,建立深基坑开挖过程以及矩形地下通道弹塑性数值仿真模型,分析施工过程中基坑支护体系结构以及邻近矩形地下通道的变形规律及应力特征,探讨基坑开挖工况、基坑开挖深度等因素对地下通道运营的影响规律。

超大跨度地下矩形隧道结构形式及经济性分析——以乌鲁木齐绕城高速(西线)工程五一隧道工程为例

文章以乌鲁木齐绕城高速(西线)工程五一隧道工程为研究背景,对超大跨度地下隧道的结构形式及经济性进行分析,讨论了矩形框架结构和折板拱形结构的取值方法、经济性计算,给出了拱高的合理值,并分析了超大跨度地下矩形隧道结构案例。结果表明,乌鲁木齐绕城高速(西线)工程五一隧道工程采用轻型的矩形框架结构,将顶板做成空心板,可有效降低结构自重,提高隧道的稳定性,可节约的混凝土量达到30%以上,极大地降低了超大跨度地下矩形隧道的建设成本,提高了建设的经济性。超大跨度地下隧道工程建设中总结出的荷载取值、计算及施工经验,可为以后类似的超大跨度地下矩形隧道建设提供一定的参考,值得在隧道工程建设行业中推广应用。

矩形顶管在城市地下空间开发中的应用及前景

论述了矩形顶管机的一般结构形式,重点对平行中心轴式刀盘矩形顶管机、偏心多轴式刀盘矩形顶管机、行星齿轮式切削矩形顶管机、多联分体组合式矩形顶管机的结构特点和地层适应性进行了论述。详细介绍了矩形顶管在城市过街通道、地下商业空间、地下停车场等领域地下空间开发中的应用成果;同时对矩形顶管在地下综合管廊、地下物流通道、海绵城市建设等其他地下空间中的应用前景进行了探索;最后,对矩形顶管设备进行了展望并对其发展方向提出了一些建议。

矩形波纹钢地下综合管廊结构受力特征分析

针对矩形波纹钢地下综合管廊结构,采用大型有限元软件建立三维精细化数值模型,详细地探究了超载、地质条件与埋深三种关键因素对矩形波纹钢地下综合管廊结构受力变形特征的影响规律,系统地揭示了矩形波纹钢地下综合管廊结构最不利受力位置。研究结果表明超载条件下矩形波纹钢地下综合管廊结构应力峰值比无超载条件下应力峰值增加了45.2%,地质条件对结构变形和受力影响较大,结构应力、横向扩张变形和结构沉降量均随埋深的增大而增大。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形隧道顶管姿态控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点。为有效控制顶管掘进姿态,全方位介绍了顶管姿态控制、纠偏措施,并对铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏、小间距推进控制等关键控制技术进行了详细阐述。实践表明,超大断面矩形顶管在浅覆土、小间距、多次扰动的情况下,采取铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏等技术可有效控制顶管姿态。

综合管廊下穿城市排水箱涵大截面双矩形顶管施工技术

某综合管廊下穿皂河段矩形顶管工程顶进距离为73.5m,皂河箱涵底距矩形管节顶约3m,为减少顶进扰动造成皂河箱涵不均匀沉降,在箱涵底与管节顶间采用MJS工法桩打入水平加固桩,该方法可有效控制箱涵沉降量。顶进过程中穿越姜石结合层,该地层正好位于顶进线路中部位置,影响正常掘进出土及顶进姿态控制,在后续施工过程中经两次加工对螺旋机出土设备进行针对性改进,成功控制了大截面矩形顶管施工姿态,为顶管顺利接收提供了有利技术保障。

大截面矩形隧道掘进机新型后推进系统的设计与应用

为解决大截面矩形隧道掘进机因采用斜向出洞的施工工艺而易发生轴线左右偏差的问题,以上海陆家嘴中心区地下空间开发项目为背景,对掘进机斜向出洞所需采用的新型后推进系统进行控制功能与操作形式等方面的研究,创新设计了系统总体构架、控制系统、操作系统、液压系统和监控系统。主要研究结论如下:1)采用新型后推进系统可解决掘进机斜向出洞产生左右偏差的问题;2)证明了系统的控制有效可靠,便于安装与作业;3)在实践应用过程中取得了良好的实施效果,对类似工程具有推广和借鉴作用。

类矩形盾构隧道开挖引起邻近地下管线变形研究

盾构隧道开挖环境影响的既有成果针对圆形盾构隧道施工效应做了较多研究,但针对类矩形盾构隧道施工效应的研究还较少。基于类矩形盾构隧道开挖面收敛位移变形模式,首先采用镜像法,提出类矩形盾构隧道施工诱发周围土体自由场位移的分析方法;其次,基于Winkler地基模型,将土体自由位移场施加于地下管线结构,提出类矩形盾构隧道施工诱发邻近管线变形的简化计算方法。通过工程实例分析,将土体自由场变形与实测数据进行对比验证;同时,采用有限元数值模拟方法,将管线竖向变形计算结果与本文简化方法进行对比分析。此外,针对隧道矩形长边宽度、隧道和管线埋深、管线直径、管线弹性模量、土体压缩模量、土体损失间隙参数等关键参数进行了影响分析。研究结果表明,采用类矩形盾构开挖面整体下沉收敛模式,镜像法解答得到的土体自由场位移与实测值吻合较好;提出的简化方法计算邻近既有管线变形的理论计算值与数值模拟值吻合较好。通过参数分析,可知隧道矩形长边宽度、管线埋深和管线弹性模量为敏感性参数。随着盾构矩形长边宽度的增大,管线变形曲线槽宽度显著增大;随着管线埋深的增加,管线变形显著增大;随着管线弹性模量的增大,管线变形显著减小。