富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内,隧道底部隆起控制在5 mm以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。     

顶管上穿施工对既有地铁隧道的影响

以杭州市某污水管道顶管施工上穿既有地铁隧道为背景,利用FLAC3D模拟顶管施工过程,将模拟结果与实测数据进行对比,验证了模型的合理性.通过改变顶管管径、管材及地铁隧道周围土体的特性,分析了不同工况下顶管上穿施工对既有地铁隧道的位移影响.研究结果表明,顶管上穿施工对既有地铁隧道所产生的最大位量均位移于顶管轴线下方的地铁截面处,离顶管轴线越远,变形越小;地铁盾构隧道的变形随顶管的管径的增大而增大,而且对竖直方向位移的影响远大于对水平方向位移的影响;管材的弹性模量越小,地铁隧道的变形越大;地铁隧道周围土体弹性模量越小,顶管施工对隧道位移的影响越大.     

钻孔灌注桩施工对临近电力顶管隧道的影响研究

电力顶管隧道保护是岩土环境土工问题中的重要研究内容;而钻孔灌注桩为非挤土桩,一般对周边环境影响较小。根据施工实例表明在距离电力隧道3 m附近施工3枚钻孔灌注桩;导致电力隧道变形达6.97 mm。为了确保电力隧道的安全,降低钻孔灌注桩对电力隧道的影响。借助有限元分析以及常规监测手段对钻孔灌注桩施工导致电力隧道变形影响的机理展开分析。研究表明,刚灌入的混凝土所产生的附加应力对周围土体有挤压作用,这种挤压作用进而造成电力隧道结构变形、位移。当钻孔桩与电力隧道净间距控制超过5 m,可有效降低对电力隧道的影响。     

基于云模型的地铁隧道顶管法施工风险评价

采用顶管法进行地铁隧道施工,可以有效减轻施工对城市环境、交通及设施的影响,降低噪音.顶管法施工导致地层土体应力状态改变及土体损失,可能引起隧道断面坍塌和地表沉降,施工风险较高.为预判地铁隧道顶管法施工风险,将施工风险划分为4个等级,建立考虑工程地质和施工因素的风险评价指标体系,运用正向云发生器和指标参数标准化,构建了地铁车站通道顶管施工风险评价模型.将该模型应用于长沙市轨道交通5号线火炬村站地下通道工程.结果表明：该工程综合评价云图中,云滴1/2位于中风险区,1/4位于高风险区,说明在施工过程中有着较高的地表沉降风险.地表沉降风险预警结果与施工现场实际情况基本一致,验证了该风险评价模型的有效性.     

顶管隧道上穿既有地铁隧道影响机制

为了研究顶管隧道上穿既有地铁隧道施工对既有隧道及周围土体的影响,以电缆隧道上跨西安地铁5号线为研究背景,基于自主设计室内顶管顶进试验装置,采用模型试验和有限元数值模拟相结合的方法研究顶管隧道上跨既有地铁隧道影响机制。试验主要对地表位移、既有隧道应变和既有隧道上方的土压力进行分析,并通过数值模拟对模型试验进行补充研究和对比验证。研究结果表明：地表位移与顶管隧道的埋置深度成反比,当新建隧道埋深小于1.5D(D为隧道直径)时,埋深对地表位移影响较大;顶管轴线两侧土体变化趋势基本对称,与顶管轴线距离越大,土体变形量越小;顶管隧道施工对既有隧道引起位移变化的影响主要集中在顶管正交于既有隧道的位置,既有隧道随着顶管隧道的顶进,逐渐呈隆起状态,并且隧道的拱腰位置隆起要早于拱顶;隧道拱顶纵向最大附加应变均发生在隧道中部即对称面位置,且离顶管隧道轴线越近,附加应变变化也越大;附加应变的变化与夹土层厚度成反比;因试验中有多种客观因素的影响,数值模拟和模型试验的结果虽在数值上有一定差异,但变化规律存在着一致性,由此进一步验证了模型试验结论的可靠性。     

风化地层圆形顶管下穿既有高速公路掘进隆沉变形控制

风化岩层圆形浅埋隧道在掘进过程中岩层表现出隆沉变形状态,而顶进力作为其重要影响因素,分析二者之间的联系对岩层变形控制有重要的意义.以青岛地铁8号线电力线路浅埋隧道采用顶管施工为工程背景,运用理论分析与FLAC^3D数值模拟研究在风化岩层圆形隧道开挖施工过程,分析在不同顶进力作用下岩体与管节变形情况.研究结果表明：顶进力作为施工过程中重要参数,对岩土变形有着重要影响;顶管处岩土沉降量均大于地表沉降量,但由于顶进力的存在可能会导致岩土先产生隆起之后再产生沉降,且随着顶进力的增大,隆起量也明显增大,但隆起量敏感度高于沉降量;同时顶进力会引起开挖面附近岩土应力变化,但影响范围有限,开挖面左右5～10 m,后方0～10 m为顶进力重要影响区.     

南水北调中线磁县段污水管下穿公路顶管施工地表变形规律

顶管施工对地层变形的扰动成为影响周围建筑物安全和环境变化的重要因素之一.以南水北调中线磁县段砂砾石地层中污水管网顶管下穿和谐大道施工为例,对顶管施工扰动下地表沉降变形进行理论预测和现场试验研究,并基于现场实测结果对理论预测模型参数进行了优化修正研究结果表明:当地层体积损失率控制在6.9％以内时,磁县和谐大道附近地表沉降量满足相关规范安全要求;南水北调磁县段污水管网施工范围内地表最大沉降量位于2.5～4 nun,未突破安全阈值;针对类似工况条件提出了地层损失率和沉降槽宽度系数指数建议取值,分别为2.81％和0.425.相关研究成果为类似工况条件下地表变形预测研究提供借鉴.     

顶管施工中的地面沉降及其估算

分析了软土地层中顶管开挖引起的地面沉降及沉降槽形状预测方法,对沉降曲线的推导和分析显示,沉降曲线取决于顶管隧道轴线处上部的地面沉降和曲线的拐点到顶管轴线的水平距离。所推导的理论得到顶管工程实例的验证。     

双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律研究

采用数值分析方法,研究了双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律。研究表明:顶管隧道施工引起的地层移动主要是由于地层损失引起的。地层移动主要是垂向位移,其水平位移很小,可忽略不计。在垂直顶管走向上,地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线形状,其最大值发生在顶管正上方。在顶管施工过程中,先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时,总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时,上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小,下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大,下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。     

桩基施工对邻近顶管隧道的扰动影响

预制桩静压施工会对桩周土体产生一定的扰动,进而对邻近既有顶管电缆隧道产生影响.顶管电缆隧道对管节的偏转和变形要求十分严格,一旦变形过大就会产生严重影响.为了确保顶管电缆隧道的正常使用,通过数值方法计算了预制桩静压施工对邻近顶管电缆隧道的影响,通过K0固结不排水剪切试验确定了软土小应变范围的参数取值,分析了桩长、桩-隧间距以及桩基挤土量对于隧道变形的影响.参考相关规范,以5 mm和15 mm变形扰动值为依据分别划分了预制桩静压施工对隧道变形强、弱影响区,为既有顶管电缆隧道周围的桩基施工提供相应的参考.     

考虑流固耦合效应的浅埋矩形顶管隧道开挖稳定性分析

为进一步研究流固耦合效应下浅埋矩形顶管隧道开挖面稳定性,结合南通世纪大道站矩形顶管过街通道工程,通过现场监控、数值模拟和理论分析等手段,分析了饱和砂层中流固耦合效应对开挖面极限支护力、破坏模式及孔隙水压力的影响。结果表明：支护应力比的减小将导致开挖面位移呈现3个阶段发展形式,致使开挖面前方孔隙水压力减小,最终导致其整体失稳破坏;相较于无渗流力计算,考虑流固耦合效应时开挖面前方土体土拱效应发挥程度较大,其极限支护应力比远小于1;深径比对浅埋矩形顶管隧道开挖面前方的破坏模式影响较小,但在浅埋情况下与极限支护力呈线性关系。研究结果可为饱和地层浅埋矩形顶管隧道施工提供一定的参考。     

顶管施工在江边泵房引水管道施工中的应用

某电厂（2×600MW）江边水泵房的引水管道线路长、管径大,且周围有车渡码头、住房及地下设施等．为确保施工对湘江大堤、车渡码头及地表土壤植被等自然环境影响降到最低,其引水管道采用顶管施工法．     

矩形顶管管-土接触面状态及顶推力预估

天津地区采用较大直径的矩形顶管施工地铁车站出入口可借鉴的工程经验较为匮乏.考虑施工停顿、管体悬浮和减阻剂体积等因素的影响,提出了耦合有限差分法和顶力-顶程控制方法的顶推力计算模型,并应用于矩形顶管顶推力的预估.针对天津地层情况,采用该模型预估地铁车站出入口顶管施工中的顶力.现场试验与监测数据证明顶力预估模型的正确性,有助于顶管工作井后背墙的设计优化及长距离大直径顶管施工中继间的布置.     

顶管电缆隧道施工对邻近建筑物和地下管线的扰动影响

采用离心机物理模型试验和有限元数值计算方法探究了软土地区顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响,并提出修正Peck公式评估顶管施工对邻近浅基础建筑物的扰动影响.首先,通过离心机物理模型试验,定性分析了顶管电缆隧道施工过程中地层损失率变化对邻近浅基础建筑物和地下管线的影响;其次,将有限元数值计算结果与离心机试验数据进行对比分析,验证有限元计算的有效性;最后,通过有限元模拟结果提出用于评估顶管施工对邻近浅基础建筑物扰动影响的修正Peck公式,并与现场监测数据进行对比分析.研究结果表明:顶管电缆隧道施工对邻近浅基础建筑物和地下管线的扰动影响随着地层损失率的增大而增大,地下管线刚度的增加可以有效减小邻近顶管隧道施工的影响;有限元数值方法可以较好地评估不同地层损失率下顶管隧道的施工工况;修正Peck公式能较好地反映在软黏土区域内顶管电缆隧道开挖对周围地层产生的扰动影响.研究结果可为软黏土地区顶管电缆隧道的施工提供一定参考价值.     

沈阳地区大直径顶管顶力预估与减阻效果的数值模拟

沈阳地区以砂卵(砾)石土层为主,顶进大直径顶管可借鉴的工程经验不多,因此首先从数值模拟的角度,提出了根据初始顶力预估顶进过程中所需顶力的方法,并与实际监测结果进行了对比,然后对沈阳地区顶管顶进中使用的触变泥浆配合比进行了分析,比较了7种浆体的顶力曲线.研究结果表明:采用数值模拟方法预估顶管顶进过程中的顶力,并为中继间的合理布置提供参考是可行的;在沈阳地区顶管施工中优化的触变泥浆膨润土与水的质量配比为1∶9,并且触变泥浆中的用水量对于减阻效果有明显影响.     

长钢顶管稳定特性的有限元分析

随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大,复杂受力条件下的钢顶管屈曲破坏成为了施工过程中的工程隐患.通过简化长径比超过100的钢顶管受力模型,探讨了长钢顶管稳定特性有限元分析方法.首先进行钢顶管管道的特征值屈曲计算,得到管道的一阶屈曲模态.再将一阶模态作为初始缺陷引入到钢管,进行弹塑性屈曲极限分析.通过算例分析了钢顶管在各种基本荷载及不同组合荷载下的屈曲模态,并探讨了其弹塑性稳定极限荷载的变化规律.分析结果反映了钢顶管屈曲工程案例现象,并建议通过控制注浆效果和顶进措施来提高管道的稳定安全性,对于高围压下的钢顶管尤其需要注重顶力控制.     

顶管施工引起的土体变形分析

详细分析了在顶管施工过程中引起地面变形的原因,建立了应用明德林解计算顶管施工中顶推力以及摩擦力引起的地面变形的计算模型,并探讨了模型中相关参数取值的确定方法.运用建立的模型对一个具体的顶管施工问题进行了应用研究,结果表明,所得结论符合工程实际.     

大直径砼顶管的管道受力特性分析

为优化现有的顶管管道受力模式及其设计方法,结合上海市污水治理南线工程,采用数值模拟方法,对内径4 m的大直径钢筋混凝土顶管管道的受力特性进行了分析,研究了施工过程中管土接触压力的变化及顶管覆土厚度对管道外土压力的影响,比较了管道受力分布与《给水排水工程顶管技术规程》的区别,并分析了管道内力的差异.计算结果表明：土拱效应随覆土厚度的增加逐渐增强,管土接触压力分布比较平均,侧向土压力采用主动土压力计算偏于保守,地基反力也可适当均匀化,并且在此基础上的管道弯矩减小,轴力相应增大.因此,管道设计可以进一步优化,使工程更加经济.