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。     

圆砾地层顶管上跨既有运营地铁施工安全风险分析及控制研究

随着城市地下排水管线改造项目的不断增多,越来越多的排水管道将不可避免地上跨既有运营地铁线,如何合理评价在运营线上开挖卸载施工对既有运营线的影响,确保既有线的安全运营十分重要。该文以长沙湘府路快速化改造工程排水管顶管上跨既有轨道交通一号线为研究背景,基于数值仿真明确了轨道交通一号线两条隧道、地铁施工临时加固区、顶管工作井等相对位置关系,并采用三维数值分析对典型工况下顶管施工对既有线的影响进行了安全评估。结果表明:典型工况下管片位移量均小于5mm的位移限值,安全系数均大于规范要求;管片最大位移量为3.19mm,地层最大位移量为0.15mm,抗压安全系数最小值为18.39,抗弯安全系数最小值为4.86。但综合考虑顶管推进区域在地铁施工临时加固区且施工隧道埋深相对较浅,施工过程和现场地层条件的诸多不确定性,建议采用钻机等影响范围较小的机械方式对地铁施工临时加固区混凝土障碍物进行清除,且需合理控制顶进速度。     

浅覆土矩形顶管施工对邻近基桩的影响规律研究

为研究因顶管施工的挤土效应对邻近高架桥基桩水平变形的影响，以无锡地铁青石路段1号地铁出入口为例，采用MIDAS GTS软件模拟浅覆土条件下矩形顶管顶进施工，计算在不同的顶管顶进距离、基桩与隧道间净距，以及不同的顶管开挖面顶进压力、管节与土体间摩阻力条件下的基桩水平变形。结果表明： 1）矩形顶管顶进施工时会造成邻近基桩发生沿顶进方向和垂直顶进方向的水平变形，且以沿顶进方向的水平变形为主； 2）不同于其他矩形顶管工程，浅覆土条件下基桩受顶管施工的影响范围约为隧道外4D（D为矩形顶管长边尺寸），基桩的水平变形随着净距的减小而增大，且当净距小于2D时，其水平变形呈非线性快速增加； 3）相对于开挖面顶进压力，管节与土体之间的摩阻力对基桩的影响更大，其水平位移变化可分为线性增长和非线性增长2个阶段。     

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。     

大直径浅埋顶管隧道邻近桥桩施工安全控制技术研究

以某顶管隧道工程为背景,基于Abaqus软件建立三维有限元计算模型,研究大直径浅埋顶管隧道邻近桥桩施工对道路路面及桥梁桩基变形受力的影响,并研究袖阀管地表注浆加固与桥桩加固措施对路面沉降及桥梁变形的控制效果,结合现场实测数据分析加固措施的有效性。研究结果表明,顶管隧道施工对桥梁桩基变形及受力影响较大,施工引起桩基向隧道发生侧移,且桩身上部位移要大于下部位移,靠近隧道的桩基易产生较大的侧移与桩身拉应力;未采取辅助措施下隧道施工引起的路面沉降、桥梁桩基变形及应力远超过规范允许值,危及道路及桥梁结构的安全,需采取有效的施工安全控制措施。研究成果可为类似工程施工安全控制提供一定的理论借鉴。     

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。     

大断面矩形顶管隧道管节角部新型连接施工技术

为解决现有管节连接方式的弊端,有效提高管节连接施工速度,降低施工过程中的安全风险及环境污染,依托新加坡汤申线Havelock站T221地下通道矩形顶管隧道项目工程实例,介绍大断面矩形顶管隧道管节内角部高强钢筋张拉施工技术。结果表明： 1）高强钢筋张拉技术适用于大断面矩形顶管隧道管节连接; 2）在张拉施工过程中使用到了新型注浆水泥和注浆设备,对传统张拉技术有一定的改进和优化; 3）本管节连接施工技术有效地增强隧道局部区域的整体性,操作简单,施工安全风险小,有效地避免了施工过程中的空气污染、噪声污染及光污染。     

非开挖顶管工艺在公路污水管线下穿工程中应用分析

以苏州某污水总管扩建工程项目为对研究对象,对非开挖顶管工艺在公路污水管线下穿工程中应用进行了分析。工程采用TLM泥水平衡机械顶管掘进机顶进技术,在设计时预留有法兰,工作井洞口止水装置在法兰上进行安装;预先在顶管进出洞口采用分层双液注浆进行地基加固,加固范围为154. 29 m3。采用对称形坡口形式进行管节接口的焊接,非开挖顶管工艺在高速公路污水管线下穿施工符合地基承载力要求,管道回拖力计算、扩孔、回拖敷管均满足本工程实际条件。在管道穿越公路五个月后,各测点累计实测沉降均小于1. 95mm,符号变形控制需求等。在整个扩建工程施工完成的至少三年之后,该污水总管的钢管总管作业十分平定安稳,满足工程要求。     

大直径顶管施工管土相互作用实测分析——以佛山市电力隧道顶管工程为例

为研究大直径顶管在深埋高水压工况下的管节荷载变化,结合佛山市电力隧道顶管工程,对顶管施工过程中管节荷载、孔隙水压力进行实测分析,并比较现行各规范理论计算结果和实测管节荷载的区别,推导在注浆状态下管节荷载的计算方法。监测数据及计算结果表明:1)管节荷载在管壁四周分布较均匀,管节顶部荷载的变化受注浆压力影响较小,管节底部荷载与注浆压力变化基本一致,且管节底部荷载变化大于注浆压力的变化; 2)管土接触状态在注浆顶进过程中符合隧洞稳定假设,顶进结束停止注浆后更符合管土全接触假设; 3)在注浆状态下,各规范计算的管节荷载相比实测值较小,采用太沙基被动土拱理论推导的管节荷载计算模型更加合理。     

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。     

大断面矩形土压平衡式顶管上跨施工对运营地铁隧道变形的影响分析

以川大停车场下穿人民南路地下人行通道矩形顶管隧道工程为依托,采用数值模拟方法对大断面矩形土压平衡式顶管隧道上跨地铁运营区间隧道所引起的地铁隧道变形进行全过程分析研究,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证模型的合理性。主要结论如下： 1）顶管法隧道上跨施工引发的既有地铁隧道竖向变形受前期掌子面支护压力影响较大,随着开挖面的推进,开挖卸载效应逐渐占据主导地位; 2）地铁隧道横向位移受顶管隧道掌子面支护压力和开挖卸载效应的共同影响,且地铁隧道管片衬砌上半断面的横向位移对掌子面支护压力极为敏感。     

拱北隧道曲线钢顶管接头橡胶圈结构数值模拟研究

曲线钢顶管技术是给水工程和隧道支护工程中新的非开挖施工技术,其管节结构与传统混凝土顶管管节结构差别较大,但目前设计和施工缺乏理论依据和参考规范。为优化拱北隧道曲线钢顶管施工中采用的接头橡胶圈结构,采用ABAQUS有限元软件,建立接头安装模型,研究优化前后橡胶圈应力、接触压力和接头安装力的变化规律。结果表明： 优化后的橡胶圈应力和接头安装力明显减小,且接触压力大于0.3 MPa,满足现场施工密封的要求,证明优化后的接头更加合理可靠。     

大断面矩形顶管下穿电力隧道的数值模拟及现场监测

以宁波市某地下人行过道顶管上穿电力隧道的监测保护工作为依托,采用MIDAS/GTS软件建立工程结构顶管施工全过程的数值模拟,在此基础之上制定合理的监测方案,着重对电力隧道的竖向位移、水平位移进行监测,并将实测数据与模拟结果进行对比验证了模型的合理性。研究结果表明,矩形顶管施工对下穿电力随的影响主要以竖向隆起为主,水平位移可以忽略;电力隧道结构变形随着顶管进程的增加而增大,并在顶管掌子面接近隧道上方前后达到最大值,但未超过规范的控制值。     

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。     

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。     

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。     

沉管隧道管节结构选型

通过分析近年来国内外沉管隧道工程的发展现状,以在建的港珠澳大桥海底沉管隧道为研究对象,对整体式管节与节段式管节开展了管节结构内力、管节及节段接头的受力与变形特性的计算分析,结果表明相比于整体式管节,节段式管节的结构内力降低显著,且管节接头的张开量有所减小,而管节接头的竖向剪力键受力基本相当,局部荷载段的节段接头剪力则较大。综合分析后,认为港珠澳大桥沉管隧道采用180m长的节段式管节结构形式是可接受的,研究结论可为其他同类工程提供参考。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

污水管下穿既有互通式公路立交变形影响分析

非开挖顶管施工技术被广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设、更换和修复,以减小对环境的影响。将针对具体工程案例,采用有限元分析软件ABAQUS对污水管顶管施工对既有互通式立交变形影响进行三维数值模拟、计算及分析,力求掌握在顶管工程施工过程中,桥梁桩基础的沉降和变形,并通过计算分析指导施工,确保临近公路的结构安全和运营安全。     

基坑开挖引起盾构隧道位移的控制措施研究

为了研究软土区深基坑施工对邻近既有盾构隧道变形影响及保护措施,以杭绍甬高速公路明挖隧道与杭州地铁1号线盾构隧道交叉节点工程为依托,采用有限元数值模拟方法,依次分析了采取不同工程措施后,盾构隧道主体结构的变形情况,并将计算最终位移变形量与实际监测位移结果进行了对比。结果表明:上方基坑开挖对下方盾构隧道的影响显著,在无任何辅助加固措施情况下,盾构隧道最大竖向变形量远超允许变形量;采用地基加固、抽条开挖、“门式框架”、及时反压等工程措施后,对盾构隧道竖向位移的控制作用显著;现场位移监测结果与数值模拟位移结果相吻合,表明本文提出的工程措施合理可行。