拱北隧道超大管幕顶进横向地面沉降及管间作用分析

为研究小间距圆周群管顶进时的地面沉降规律及顶管间的相互作用,结合港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕工程,对群管顶进引起的地面沉降进行分析,确定小间距圆周群管顶进时地层损失率的取值,提出沉降槽宽度系数的经验公式,并通过数值模拟分析先顶管群对后顶管引起地层损失及最大沉降的影响。研究结果表明： 拱北隧道管幕工程群管顶进引起的地表沉降满足控制标准要求。随着顶管埋深的增加,单根顶管引起的沉降槽宽度系数随之增大,地表最大沉降量随之减小,顶管顶进时的初始地层损失率为1.5%。由于顶管顶进技术熟练程度的提高以及先顶管群对土体的加固作用,地表沉降得到有效控制,管幕所有37根顶管顶进结束后的平均地层损失率减小至0.8%。     

拱北隧道曲线管幕工程关键施工技术分析

拱北隧道管幕工程所处地层地质条件复杂,周边环境敏感,管幕由缓和曲线与圆曲线组成,要求精准顶进,形成管幕,施工难度大。经过分析,采用泥水平衡顶管施工、顶管轨迹控制及纠偏等关键技术用于拱北隧道曲线管幕工程的顶管施工,取得了良好的效果。     

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。     

拱北隧道曲线管幕顶管顶力参数取值研究

港珠澳大桥拱北隧道采用36根直径1.62 m、长255 m的曲线管幕作为超前支护穿越拱北口岸。为解决顶管顶力计算值与实测值之间的巨大差距，依托港珠澳大桥拱北隧道管幕工程，采用《规范》、Shimada、JMTA 3种公式对顶管顶力进行理论计算，同时对公式计算参数按来源分为管节参数、土层参数及经验参数3类。以《规范》公式为例，从经验参数选取是否合理的角度对顶力的计算进行了研究，并通过经验参数调整前后顶力计算值与实测值的对比，认为经验参数的调整是可行的，提出了经验参数取值优化的建议。     

拱北隧道暗挖段曲线管幕顶管施工精度控制技术

针对曲线顶管相对直线顶管精度控制难度更大,管幕形成难的问题,以拱北隧道暗挖段曲线管幕顶管施工为例,从顶管轨迹控制测量、顶管始发、顶管顶进、顶管接收等方面进行了研究,分析了在敏感的周边环境、复杂的地质条件下、长距离、曲线管幕顶管施工的精度及沉降控制技术。经分析,采用UNS导向系统并在合理的顶进参数及有效的控制措施条件下,通过纠偏手段和精度控制,可以有效降低后行管对先行管影响,确保管幕形成。     

考虑桩侧及桩后土拱联合作用的抗滑桩桩间距研究

为探究抗滑桩合理桩间距的计算方法,首先,考虑桩侧土拱及桩后土拱的联合作用,建立出相应的双土拱简化计算模型。其次,基于Mohr-Coulomb破坏准则及极限平衡理论,依次分析桩侧土拱、拱间土体及桩后土拱的受力特性。然后,以静力平衡与拱脚处截面强度为控制条件,分别获得桩侧土拱及桩后土拱的极限承载力,进而联立求解出联合作用时的极限承载力,并在此基础上,推导出抗滑桩合理桩间距计算公式。最后,通过某工程实例对此计算公式进行了验证,结果表明:理论计算与工程实例结果吻合较好,该公式用于抗滑桩工程中计算合理桩间距是可行的;并对比分析了其他现有理论计算结果与实际值存在偏差的原因,进一步验证了双土拱模型的优越性。此外,为探究合理桩间距的影响因素,依次分析了土体抗剪强度指标(内摩擦角及黏聚力)、抗滑桩截面尺寸(正面宽度及侧面宽度)、均布滑坡推力及滑坡推力分布形式(沿桩长方向)等参数对合理桩间距的影响,并综合考虑各参数拟合出合理桩间距的简化计算公式。结果表明:合理桩间距随土体黏聚力、抗滑桩侧面宽度及抗滑桩正面宽度增大近似呈线性增大,随土体内摩擦角增大呈非线性增长且增长速率逐渐增大,而随着滑坡推力的增大,合理桩间距呈现出非线性减小且趋势逐渐减缓。     

基于土拱效应的肋板式挡墙合理布设间距探讨

针对肋板式挡墙中肋板间距的布设问题,结合土体中土拱效应作用机理,以摩擦拱脚的土拱及合理拱轴线为基础,探讨肋板式挡墙肋间土体的土拱特性,提出基于土拱效应的肋板间距计算式。结果表明,肋板作为土拱的拱脚支撑基础,肋间土体间存在不均匀位移,肋板式挡墙中土拱效应显著;随着肋板间距从小到大变化,肋板式挡墙由整体土墙型稳定模式转变为摩擦锚拉型,对应以摩擦拱脚为主的拱效应逐渐减弱。     

考虑土拱效应的抗滑桩合理桩间距分析

桩间距是抗滑桩设计的一个重要指标,现行的工程设计计算中尚未考虑土拱效应的影响.在分析了土拱效应形成机理的基础上,引入了拱轴线成抛物线的假定,依据抗滑桩被动受力的特点,假设拱轴线起点切线的倾角β=π/4+φ/2,综合考虑土拱静力平衡条件和强度条件,建立出合理的桩间距计算方法,得出了一个符合工程实际的半经验公式,使设计计算更为合理.     

考虑土拱效应的抗滑桩合理桩间距分析

桩间距是抗滑桩设计的一个重要指标，现行的工程设计计算中尚未考虑土拱效应的影响。在分析了土拱效应形成机理的基础上，引入了拱轴线成抛物线的假定，依据抗滑桩被动受力的特点，假设拱轴线起点切线的倾角β=π／4＋φ／2，综合考虑土拱静力平衡条件和强度条件，建立出合理的桩间距计算方法，得出了一个符合工程实际的半经验公式，使设计计算更为合理。     

滨海软弱地层大断面隧道施工中的数值模拟研究

基于港珠澳北岸工程珠海连接线中特大断面隧道——拱北隧道,对临海软弱地层隧道施工措施进行研究。针对上下双层隧道、管幕支护和特殊的工程地质条件等特点,采用数值计算软件FLAC3D,建立管幕支护条件下隧道施工动态有限元模拟分析模型和程序,模拟双层隧道采用五台阶开挖的施工过程,从施工工序和施工力学的角度,通过分析管幕变形、地表沉降、围岩应力和稳定性等方面,验证其结构的可靠性及安全性。     

基于土拱效应的桩间距计算方法研究

基于桩间土的土拱效应,利用合理拱轴线几何特征及摩尔-库仑强度准则,通过力学概念分析,根据桩间静力平衡条件、土拱跨中及拱脚处的强度等基本控制条件,建立桩间距的计算模型。以工程实例对推导的桩间距计算公式进行验证,并与其他计算方法进行了比较,计算结果表明:实际设计值与计算结果基本一致。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道攻克世界难题

<正>随着顶管机缓缓移出,由36根钢管组成的管幕,以曲线形式成功下穿我国第一大陆路口岸——珠海拱北口岸,这标志着港珠澳大桥珠海连接线突破重要节点,同时也宣告了世界最大断面的公路隧道管幕工程全面完工。拱北隧道采用曲线管幕施工技术,沿隧道的开挖轮廓线,在336 m2的断面上,布置36根直径1.62 m、长255 m的钢管,组成环形支护体系,防止周围土层坍塌、地表沉降。这是目前世界上施工难度最大、顶进长度最长、精度要求最高的曲线管幕工程。     

考虑自重应力的悬臂式抗滑桩三维土拱效应及合理间距研究

为了探讨路堑边坡悬臂式抗滑桩的合理间距问题,考虑到自重应力的存在及桩间土的受力特点,根据桩间滑体自身的强度条件及土拱的轴向应力与拱跨的关系,建立了三维计算模型;推导出悬臂式抗滑桩的临界高度与最大桩间净距的计算公式,并结合计算公式研究了桩间距对相关参数的敏感度,模拟了桩间土拱效应沿高度分布的空间形态,分析了桩后土拱效应的影响范围;通过工程实例对推导的合理桩间距计算方法进行了验证.结果表明:实际设计值与计算结果基本一致,在对悬臂式桩土拱效应进行研究时应建立三维模型.     

考虑土拱效应的抗滑桩桩间距计算方法研究

抗滑桩桩间距是抗滑桩支挡工程中的重要设计参数。基于边坡工程中抗滑桩桩间土拱效应的研究,建立桩后土拱的计算模型,对土拱进行受力分析,在满足两侧土拱摩擦力与下滑推力静力平衡的条件下,以土拱受力最大截面的稳定性以及拱脚和跨中截面的强度要求来确定桩间距,並将桩间距计算式应用于具体的工程实例并优化,定性地说明桩间距在不同参数影响下的变化情况。     

复合地层条件下超大断面浅埋暗挖隧道曲线顶管施工参数研究

为研究复合地层条件下超大断面浅埋暗挖隧道曲线顶管施工参数分布规律,以港珠澳大桥珠海连接线关键控制性工程——拱北隧道为依托,基于拱北隧道暗挖段管幕工程施工现场实测数据,采用统计分析、线性拟合等方法,总结了现场曲线管幕工程主要施工参数分布规律,建立了不同计算方法的线性拟合函数,在此基础上,提出了适用于估算珠海地区海陆相富水复杂地层顶管施工迎面阻力计算公式。     

富水软土地层超大断面浅埋暗挖隧道开挖施工技术

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段在管幕+冻结超前预支护体系下采用5台阶14部工法分台阶分部开挖。隧道开挖施工工序复杂,包括掌子面注浆、初期支护、临时支撑体系、二次衬砌、临时支撑拆除及三次衬砌等多道工序交叉作业。通过对该支护体系下开挖方法的介绍,结合施工监测数据,表明:顶管管幕+冻结止水帷幕的超前支护下5台阶14部开挖工法合理可行;支护体系随开挖随支撑,有利于隧道开挖安全有序推进;冻结对开挖的影响主要体现在冻土开挖困难与冻胀的影响,需在保证隧道封水安全的条件下合理调控。     

桩板墙挡土板土压力计算研究

基于挡土板后土的土拱效应及板后土体的破坏范围，运用有限土体土压力理论，合理拱轴线几何特征及摩尔-库仑强度准则，根据板后土体静力平衡，建立挡土板后土压力的计算模型。以工程实例对推导的土压力计算公式进行验证，并与其他计算方法进行比较，结果表明:此计算方法得出的土压力在上部小于零，下部介于其他计算方法中间，更为符合实际情况。     

拱北隧道管幕冷冻施工中的冻胀控制技术研究

以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道为工程实例,研究管幕冷冻法工艺中地层的冻胀控制原理和技术。基于热力耦合原理,采用有限元预测人工冷冻过程中的土体温度变化及地表冻胀位移,比较和分析管幕周围土体预注浆和采用限位管模式对地表冻胀的控制效果。结果表明： 管幕周围土体的预注浆降低了土体的渗透系数及冻胀率,抑制了土中水分迁移,是冻胀控制技术的主体;限位管有效地降低了冻土的发展速率,加强了冻胀控制效果,是冻胀控制技术的有效补充。通过对现场地表冻胀实测数据与有限元模拟结果的比较分析,从地层温度和地表位移分布规律说明了冻胀控制技术的工作原理。研究结果为拱北隧道的顺利实施提供了技术保障,提高了我国复杂条件下超大断面隧道建造的总体技术,还可为类似人工冷冻法隧道施工提供技术参考。     

拱北隧道管幕-暗挖法工作井设计关键技术

港珠澳大桥拱北隧道需下穿拱北口岸,由于工程建设不能影响口岸正常通关,隧道口岸段采用了管幕-暗挖法,冻结管幕间土体进行止水的方案实施。隧道施工最大影响宽度22.24 m,高度23.84 m,与工法配套的类似规模工作井未有先例。从如何设计合适的工作井着手,研究工作井设计的关键技术问题。通过综合分析工程建设条件、隧道施工工艺、运营管理需求等,找出工作井设计的关键点。采用多因素交叉耦合法选址、改进群管工作井限界计算公式、明挖顶管工作井实施方案、全寿命周期结构设计等方法对问题逐一解决。工作井在投入使用后达到了预期效果,工程实践证明,此类工作井设计的关键点是工程选址、限界拟定、实施方案选择、结构设计。     

拱北隧道工程中曲线顶管顶进力实测分析

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段采用曲线顶管管幕支护的施工方法,在复杂地层条件下计算曲线顶管顶进力是顶管施工的重点与难点。工程共计使用了37根外径为1 620 mm、平均长度约为255 m的钢顶管。结合现场施工记录,采用2种不同的计算方式对顶进力进行了估算并与实际顶进力进行对比验证。结果表明： 经验公式中的摩阻力计算在埋深较大时比较符合实际情况,在浅层的淤泥质地层中则偏大;直接采用被动土压力计算迎面阻力是偏保守的;顶进力的大小与泥浆润滑关系密切,初始阶段泥浆的润滑作用并不显著,在形成稳定的泥浆套过程当中摩阻力会逐渐下降,甚至小于1 kN/m2。