大直径“F”型顶管接口变形安全限值研究

为确定既有顶管隧道受到邻近施工的扰动后管节接口的变形安全限值,以顶管工程施工中最常用的大直径"F"型承插式顶管隧道为研究对象,根据多个工程案例,提出顶管接口止水失效类型,建立相应的管节接口张角与细部尺寸的几何关系式,结合现有规范确定位移控制指标;对典型顶管隧道工程实例进行计算,得到顶管接口止水失效所对应的允许张角和相对位移(管节两端相对竖向位移),进而获得使用阶段的大直径"F"型承插式顶管隧道变形安全限值。研究结果表明:随着管径增大,顶管隧道接口允许张角整体呈减小趋势,最小值为0.84°;相同管长下的相对位移减小趋势不明显,最小值为15mm。     

矩形顶管隧道接头橡胶圈防水安全限值研究

为研究矩形顶管隧道接头橡胶圈的受力特性和密封性，利用接头细部尺寸关系表达式，计算接头在发生防水失效时的临界状态值，通过有限元软件建立接头安装模型，定量改变接头安装间隙和管节偏转角，将模拟结果与理论计算结果进行对比验证。结果表明： 1）橡胶圈安装力随安装距离的增加表现为先增大到峰值，后减小到定值，且安装间隙的大小对安装力影响显著； 2）橡胶圈压缩高度在8~14 mm时接头防水效果良好，当橡胶圈压缩高度小于8 mm或大于14 mm时，橡胶圈分别因接触压力不足0.3 MPa或过度压缩而不满足规范要求； 3）管节发生偏转时，最大允许的偏转角为0.02 rad，当偏转角进一步增大，依次发生因接触压力不足引起的渗漏水破坏、钢套环与插口管节接触破坏、钢套环与橡胶圈的脱离破坏以及橡胶圈过度压缩导致的破坏。     

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。     

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。     

大直径竖曲线钢顶管施工关键技术研究

轨钢管受其特性制约不宜曲线顶管,但受条件限制工程中经常碰到曲线钢顶管。结合工程实例,介绍了钢管曲线顶管管道接头的型式、顶进参数的取值、特殊管节的设置、穿越管线时的沉降控制,以及在施工过程中采用的针对性技术措施等,克服了各个技术难点,保证了工程的安全施工。     

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。     

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。     

大直径水平平行顶管穿堤施工及控制

以某穿越海堤水平平行顶管工程为例,在施工方案优化分析的基础上,详细地介绍复杂地质条件下长距离大直径水平平行顶管施工技术,并对顶管施工引起的地层变形进行现场监测与分析,提出顶管顶进施工过程中土体扰动特性的变化规律。保证了施工安全与顺利进行,并提出相应的变形控制措施。     

维义大桥连续钢桁拱架设的合龙技术研究

广西柳州市维义大桥是一座主跨288m的连续钢桁拱桥,采用半悬臂拼装方法施工,在中跨跨中合龙时,合龙口的多个合龙点在高程、里程、轴线以及转角等方向存在不同位移差,且临时结构规模大、钢桁拱吨位重.为确定有效的位移调整方案来实现钢桁拱的精确合龙,对合龙位移调整措施进行了研究.结果表明:拱桁合龙口的里程位移差可通过钢桁拱的纵向预偏或纵移进行消除,其高程和转角的位移差通过临时支墩顶落梁调整最为有效;桥面刚性系杆合龙口的高程和里程的位移差可通过临时支墩顶落梁进行消除;各合龙点的轴线位移差可通过横向对拉调整.     

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。     

基于原位监测的装配式地铁车站结构拱顶接头力学性能分析

为研究对装配式结构承载起到关键作用的拱顶接头力学性能，基于长春地铁装配式车站长期原位监控量测，对承受弯矩较大的拱顶接头进行整个施工期的力学行为分析，讨论拱顶接头应力、相对变形量以及相对转角随施工进程的变化趋势，分析拱顶接头在不同施工阶段的性能表现，并与数值计算结果进行比较。研究表明： 1）顶部构件落拱拼装成环刚开始，结构有一段时间的自适应期，接头应力和变形较大； 2）覆土回填以及水位恢复之后，接头所受轴力增大，应力和变形减小，对接头承载起到正向作用； 3）接头应力整体变化幅度不大，施工期间双榫接头的2个榫头依靠彼此的咬合作用承担外力，并表现出一拉一压2种不同的性质，施工结束之后最终都稳定在压应力状态； 4)拱顶接头整体变形较小，安全余量较大。     

超大直径混凝土顶管长距离顶进施工控制措施

依托上海污水治理白龙港片区南干线完善工程,迎宾7#~迎宾8#顶程长度1 125 m,为DN4000超大口径长距离混凝土顶管。以项目实施过程中的施工参数和控制措施为基础,针对其中关键性问题和节点进行了系统性研究。提出了工程中关于超大直径混凝土顶管长距离顶进施工的一系列施工措施,包括泥水平衡顶管中泥水系统改进、中继间布置与防渗漏措施,减阻泥浆措施、顶管内供电与通风措施以及长距离轴线控制措施。可供软土地层条件下类似工程参考。     

拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力计算方法

为准确且简便地计算拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力,以某特大跨度拱桥为背景进行研究。针对该桥拱肋E₂₀-E₂₁节间下弦杆的钢-混结合部接头(设前承压板),基于钢材与混凝土之间相对滑移的微分方程,考虑合适的边界条件,推导轴力从钢结构段传递给钢-混结合段时剪力钉剪力的理论求解方法,并进行数值模拟加以验证。结果表明：钢-混结合部接头中多排多列剪力钉的受力规律表现较大差异性,侧面剪力钉传递总剪力的70%;当不设承压板时,理论公式与有限元计算结果吻合较好,最大剪力分别为244 kN和234 kN;当设承压板时,剪力钉最大剪力出现位置远离承压板,有限元计算的最大剪力为51 kN,满足规范要求。     

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。     

曲线顶管施工引起的地表变形预测研究

为了研究曲线顶管施工引起的地表变形,通过分析拱北隧道管幕工程曲线顶管现场实测数据,得出曲线顶管地表沉降槽的偏移曲线;在现有Peck和Loganathan地表变形计算公式的基础上,考虑曲线顶管与隧洞的相对位置对沉降槽偏移量的影响,得出经过沉降槽偏移修正的Peck和Loganathan地表变形预测公式。结果表明:1)曲线顶管施工引起的地表沉降槽曲线表现为非对称,最大沉降点可能出现在轨迹弯曲内侧,也可能偏向外侧;2)曲线顶管与隧洞相对位置引起的土体损失变化是造成沉降槽偏移的主要原因,相对位置与顶管穿越地层性质、顶进力、注浆压力和轨迹曲率半径等因素有关;3)修正的Peck公式可以较好地反映砂层和淤泥质土层中曲线顶管施工地面沉降槽偏移效应和最大沉降量。     

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。     

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。     

盾构隧道纵向接头抗拉性能试验

盾构隧道纵向在受到如地震、纵向地层变形等因素影响时,可能发生环缝张开,使得纵向接头在受拉时更容易破坏。为研究大断面盾构隧道纵向斜螺栓接头在拉拔过程中的受力变形特征及破坏过程,采用自主研制的接头螺栓拉拔装置,开展了1：1接头足尺抗拉性能试验,分析了管片纵向接头在不同加载方式及荷载工况下,管片混凝土应力分布、螺栓应力分布及传递、结构声发射信息和接头最终破坏模式等特征。研究结果表明：斜螺栓纵向接头在拉拔过程中会对管片纵向接缝面及外表面的应力分布产生影响,对管片内表面的应力分布影响较小;纵向斜螺栓在顺向拉拔过程中,未能充分发挥其承载能力,而在垂直接缝面的拉拔过程中,螺栓与套筒、管片内部混凝土的破坏基本保持同步,可充分发挥其承载能力,与混凝土强度配合较好;螺栓拧进套筒的程度影响纵向接头的抗拉拔能力,拧进程度越大,螺栓与套筒的联结能力越强,越能发挥纵向接头的抗拉拔能力;结构最终破坏模式是螺栓、套筒及混凝土间的联结失效,破坏具有突发性,顺拔工况下,纵向接缝面会在孔口周围发生近外表面的锥体破坏,垂直拔工况下,套筒内部螺纹被挤压破坏,因此,可采取提高套筒强度、加强套筒周围配筋等措施以进一步改善纵向接头的整体性能。     

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。