郑州地铁4号线商都路站1号地下通道矩形顶管施工过程数值模拟与现场监测

为研究顶管施工对既有污水管道的影响,以郑州市轨道交通4号线商都路站1号大尺寸矩形顶管工程为背景,基于剑桥模型,建立矩形顶管工程施工的有限元分析模型,研究顶管顶进过程中顶管施工影响范围内典型纵断面和横断面的地表沉降变化规律。计算结果表明:1)对于浅埋顶管,顶管施工对地表的变形影响整体表现为沉降; 2)顶管机侧摩阻力、顶推力共同作用会造成地表短时间隆起,隆起范围为开挖断面后15～30 m; 3)污水管道主要影响隧道侧边上部范围土体水平应力的分布,对隧道深度范围内侧边土体水平应力的影响可以忽略不计,但是大大减小了污水管与管节之间土体竖向应力,减小幅度达到100 k Pa。     

矩形顶管顶推力对上部地表位移影响规律研究

矩形顶管凭借空间利用率高、覆土浅等特点在市政工程项目中应用得越来越多,但类似的工程案例与研究却有限。以某过街通道项目为研究对象,采用Midas/GTS软件进行三维数值模拟,分析矩形顶管施工过程中对上部地表位移的影响。研究发现顶推力为1.0P(P为开挖面中心处土体竖向压力)时矩形顶管对掘进面前方土体影响范围相对最小,为1.0D(D为管片长边尺寸),开挖断面横向影响范围为±3.5D。同时探讨了顶管上部地表沿顶进方向水平位移的变化机理。     

软土地区长距离大断面矩形顶管平行施工影响机理研究

以上海市陆翔路-祁连山路贯通工程445m长距离大断面矩形顶管平行施工为背景,分析推导了大断面矩形顶管断面尺寸、极限覆土和平行顶管极限净距取值的计算公式。通过对地表变形、超孔隙水压力、顶管顶力及侧摩阻力实测数据的规律及发展分析,探讨了软土地区长距离大断面矩形顶管平行施工影响机理,可为今后类似矩形顶管工程提供借鉴意义。     

多因素下大断面矩形顶管施工对地层竖向变形影响研究

为对大断面矩形顶管施工过程中引起的地表沉降进行准确预测和有效控制，依托苏州市城北路综合管廊矩形顶管项目，基于力学理论、实测数据与数值计算等分析方法对多因素下施工引起的地层竖向变形进行研究。基于弹性力学的 Mindlin解和随机介质理论，探究管周土体变形模式，推导顶管正面附加应力、侧面摩阻力、地层损失、注浆填充等引起的地层竖向变形计算公式，结合现场实测数据发现该计算方法基本符合地表变形规律；进一步利用Matlab数值分析各个因素对地层竖向变形的影响，探究大断面矩形顶管顶进时地层竖向变形的一般性规律。研究结果表明： 理论推导的地层竖向变形解析式基本符合现场实际规律，地层损失对地表土体沉降的影响程度最大，顶管机头与周围土体的摩阻力影响次之，注浆会对地表产生一定抬升效果。     

软土地区浅埋顶管电力隧道对临近高铁桥梁的影响分析

依托珠三角地区某电力隧道密集穿越高铁桩基项目,采用大型三维有限元软件,建立电力隧道与邻近高铁桥梁桩基础的三维有限元模型,通过施工过程模拟分析软土地区浅埋电力隧道的顶管施工对周围土体及高铁桥梁桩基础的影响。获得了隧道开挖过程产生的地面沉降、高铁基桩的沉降、高铁基桩的应力分布。分析表明:中小直径电力隧道在软土地层中采用浅埋、顶管方式施工对高铁桩基的影响较小,并建议在工程中对顶管线路两侧的土体采用旋喷桩加固,能有效减小高铁桩基附近的土体变形。     

武汉首例矩形顶管地铁出入口施工监测及数值模拟分析

为研究矩形顶管施工对周边环境的影响,以武汉地铁2号线王家墩东站Ⅳ号出入口兼过街通道采用的矩形顶管技术试验工程为背景,通过对矩形顶管法地下通道施工过程的现场监测和三维数值模拟,分析矩形顶管施工对周围环境的影响及地层位移的变化规律,得到武汉长江Ι级阶地区地下通道采用偏心多轴多刀盘土压平衡式矩形顶管技术施工的一般规律。实测数据分析结果和数值模拟结果表明： 1）地表的最终沉降值与该处对应断面的开挖时序成正比; 2）顶管机掌子面前方土体产生地表隆起,掌子面后方土体产生地表沉降; 3）地层沉降位移随距离顶管顶进轴线的增大而减小,影响范围约为3倍洞径。     

拉顶管工艺在复杂环境中的应用

城市排水管网的施工主要有两种：明敷施工和非开挖施工。非开挖施工主要包括水平定向钻工艺、顶管工艺和拉顶管工艺。现有规范的顶进阻力计算中未考虑管道自重产生的摩阻力且迎面挤土压力的计算多依靠经验。结合潮州市枫江深坑国考断面达标攻坚工程（潮州段）一期工程实际,介绍拉顶管工艺施工步骤及施工特点,对规范给出的顶进阻力计算公式进行优化,从而得出设备所需最小顶推力及机头回拉力,为合理选择拉顶管设备提供依据。对不同铺管工法进行比较,为类似工程施工提供借鉴。     

顶管近距离上跨运营隧道施工变形实测结果分析

通过对深圳某大断面顶管近距离上跨运营地铁盾构隧道施工过程引起顶管下部盾构隧道不同监测断面竖向变形实测值进行研究分析,同时结合施工过程中采取的变形控制措施进行了分析。对浅覆土大断面顶管顶进过程中地表变形规律及控制措施进行了研究,发现浅埋大断面顶管施工会引起下部盾构隧道产生隆起变形,变形主要集中在顶管施工区域约3倍顶管宽度范围内。顶管外注浆及管内配重对控制隆起变形快速发展有较好的作用。     

超长距离浅覆土大断面矩形顶管设计探讨

随着城市化进程的迅猛发展，城市空间变得越来越拥挤，地下工程建设采用对周边环境影响小的非开挖技术是一种发展趋势和潮流。通过对某管廊矩形顶管工程的实例分析，介绍了富水砂性土层中超长距离浅覆土大断面矩形顶管的设计重难点和解决方案，通过对施工现场附近建筑物沉降的监测，验证方案可靠，给出管道外壁单位面积摩阻力的建议取值，提出类似规模矩形顶管工程的中继间优化布设方式。     

浅覆土特长箱涵顶进结构受力特性数值分析

为了探明顶进施工中浅覆土特长箱涵顶进结构的受力特性,结合广东地区某工程实例,通过三维有限元模拟分析了不同顶进长度、覆土厚度及摩阻系数等工况条件下浅覆土特长箱涵顶进结构的应力应变变化规律及顶进施工扰动影响范围,结果表明:相同工况条件下,随着顶进长度增加浅覆土特长箱涵顶板和底板的应力与应变呈现靠椅状变化趋势,而其腹板的应力与应变则呈现倒梯形截面变化趋势;涵顶覆土厚度及其性状对浅覆土特长箱涵顶进结构的应力与应变影响较大,涵顶覆土厚度越厚土体越密实,箱涵结构所受应力与应变越大;受顶进施工影响,涵顶上覆路面的沉降量为7.0~17.1 mm,沿顶进方向路基路面受扰动影响范围为23~30 m,与采用泥浆减阻措施相比采用石蜡+机油措施的减阻效果更为有效。     

武汉地铁下穿通道首次应用顶管施工获成功

<正>日前,武汉地铁二号线王家墩东站号出入口矩形顶管顺利到达端口,这标志着武汉地铁下穿通道首次应用顶管施工获得成功。此次顶管施工的武汉地铁二号线王家墩东站号出入口全长62.4 m,净空为5 m×3 m,覆土厚度约为5.9m,坡度+3‰推进,采用6 m×4 m偏心多轴土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工。设计共有管节41节,其     

浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律，探索地表变形的的控制技术，最大限度地保证顶管施工过程的安全，依托某总部地下停车场项目，针对国内首例采用结构分割转换工法（CC工法）实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析，主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明： 1）通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施，有效地控制了地表变形； 2）在顶推过程的各个阶段，地表变形呈现不同的特点，当出现变形过大时，通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施，使地表变形逐渐趋于稳定变化状态； 3）通过对施工过程地表变形监测数据整理分析，进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。     

地铁盾构施工对上覆平行雨污管道影响的试验和数值分析

为研究隧道盾构施工条件下上覆大直径雨污管线的变形和内力特征,以北京市某典型地铁隧道盾构工程为例,采用模型试验方法和数值模拟计算方法对管隧平行条件下盾构施工引发上覆雨污管线变形与内力过程进行研究与验证,同时对管隧竖向净距l和管隧横向间距d的变化进行研究。研究表明： 1）盾构隧道施工引起的上覆雨污管线沉降基本呈现平缓分布,需在施工时对管节接口处加密布设监测点,提高监测频率。2）管线顶部与底部均出现受拉状态,需对各管节采取抗拉防护措施。3）隧道和管线都处于类似地层并采用盾构施工时,l在6D范围内（D为隧道直径）、d在4D范围内为管线变形敏感区,管线应力随l和d的增加而减小。     

砂卵石地层矩形盾构顶掘减摩关键技术研究

以成都市四川大学地下停车场下穿人民南路为研究背景,工程采用矩形盾构顶掘法施工,穿越的砂卵石地层具有卵石粒径大、含量高、土层摩阻力大等特点。为了有效地减小顶进过程中的摩阻力,对施工中减摩触变泥浆的成分和性能进行了详细分析,并对浆液与管节,以及周围土体之间的相互作用和注浆对土体移动的影响进行了研究,分析了适用于砂卵石地层矩形盾构顶掘减摩触变泥浆的制作和注浆控制等工艺,探讨了在砂卵石地层中注入减摩触变泥浆需要注意的问题。其成果可为以后类似工程提供技术参考和理论支撑。     

拱北隧道曲线管幕钢管节长度优化研究

管节长度是拱北隧道曲线管幕设计和施工的关键参数,为了优化计算曲线管幕管节长度,通过分析顶进力和土体反力作用下的管节静力平衡条件,得出传统式和预调式2种曲线顶管土体反力分布模型。选取管幕顶部、中部、底部以及淤泥质层的顶管作为研究对象,分析不同管节长度和土体参数对管节土体反力的影响规律。结果表明:传统式曲线顶管土体反力在首节管处最大,且随管节长度增加而减小;相反,预调式曲线顶管土体反力在首节管处最小,且随管节长度增加而增大。初步分析确定管节长度为4~5 m,为减少超挖量、便于纠偏以及考虑到工作井尺寸等问题,工程最终采用管节长度为4 m的传统式曲线顶管法顺利完成。     

矩形顶管隧道群施工对后背土体扰动规律的初步研究

为更准确地计算矩形顶管隧道施工所需顶推力，揭示小间距顶管隧道群施工中后背土体在顶推力多次叠加作用扰动后的变化情况。首先，基于现有顶管顶推力相关计算公式推导出适用于矩形顶管的顶推力计算公式。然后，整理分析某顶管隧道群工程施工中后背土体水平位移、土压力实测数据，论证矩形顶管顶推力计算公式的正确性与合理性，得到后背土体受顶推力作用产生的水平位移是以隧道中心处为最大值的弓形分布、土体在顶推力二次作用下会产生更为显著的变化且存在残余应力现象等结论。最后，采用统计方法对顶推压力与后背土体水平位移、土压力之间的数据进行处理，取得后背土在顶推压力作用下产生水平位移与土压力的经验公式。     

大断面矩形顶管近距离上穿地铁隧道变形控制探讨

针对大断面矩形顶管上穿地铁隧道卸土量大,隧道变形难以控制等技术难点,通过数值计算等手段进行方案比选,最终确定采用盖板加堆载措施降低地铁隧道的结构变形。施工过程中运用信息化监测手段优化顶进速度、顶进压力等施工技术参数,确保穿越过程中地铁隧道的结构和运营安全。     

大断面矩形顶管隧道管节结构优化设计

矩形顶管隧道在城市地下空间的开发和利用中优势明显，但其断面越大，顶管管节设计难度越大，施工风险越高。为解决大矩形断面管节设计的难题，依托郑州市红专路下穿中州大道机动车顶管隧道工程，采用数值模拟、理论分析等方法，对设计中覆土厚度、结构尺寸等关键内容的确定方法进行研究，并介绍管节设计方案、接头和纵向连接设计等要点。研究结果表明： 1）当覆土厚度不小于4 m时，沉降变形基本趋于稳定，最大沉降值为28 mm，沉降值大小安全可控。2）初步拟定断面形式后，需通过结构计算来拟定结构的尺寸，并通过施工阶段和使用阶段的计算验证其合理性。由分析可知，结构厚度初步拟定为600 mm是合理可行的，且无优化空间。3）在确保工程安全的同时，亦需充分考虑工程施工的便捷性和可操作性，需对管节预制方案、管节接头和纵向连接等做出针对性设计。     

大直径承插式钢顶管的施工受力变形测试分析——以厦门高集海堤原水管道迁改工程为例

承插式钢顶管可以实现大曲率顶进,但管节间的相对转动对接头和管身的影响机制却未得到系统研究。为研究大直径承插式钢顶管在顶进轴线调整过程中的受力变形特性,本文通过现场测试,详细记录了海底大直径钢顶管在顶进过程中承插式接头的测缝、径向变形和纵环向应力。结果表明,承插式接头可以适应大直径钢顶管的轴线偏转要求,管节间最大相对偏转角较规范允许的焊接式钢顶管最大偏转角增大了近19倍。在曲线顶进时,承插式钢顶管自身径向变形的调整可有效降低接头处的应力水平,且管节间由偏转产生的附加应力有限。     

超大断面矩形顶管减阻技术在郑州市下穿中州大道隧道工程中的应用

郑州市下穿中州大道隧道工程采用矩形顶管法进行施工,顶管段具有断面超大、覆土浅、间距小、推进距离长、未采用中继间等特点,顶管推进推力大。为有效控制顶管推力,研究了注浆孔布置、触变泥浆配制、注浆管路优化设计和管节表面涂蜡等顶管减阻技术。结果表明,本工程采用的减阻技术效果良好。