砂土层大直径顶管施工顶力控制与施工稳定性研究

摘要

在顶管施工中，为了在土中顺利顶进管道，千斤顶的顶力需要克服各种阻力及外界因素的影响（纠偏、后背位移）;为了减小顶进时管节外壁的摩擦阻力，在管节与土体间注有减摩用的触变泥浆;因此，施工中的顶力控制与施工稳定性的研究将对实施顶管工程具有较大的工程价值。
　　论文以沈阳地区砂土层大直径顶管工程为工程背景，采用数值模拟结合现场监测的手段进行研究。沈阳地区以砂砾（卵）石土层为主，顶进大直径顶管可借鉴的工程经验并不多，因此首先从数值模拟的角度，提出了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。并对注浆施工、纠偏施工过程中的稳定性情况进行了分析，最后基于强度折减法的计算原理得到了顶管工程施工开挖面的安全系数。
　　研究结果表明，采用数值模拟方法进行顶管顶进过程中的顶力预估，并为中继间的合理布置提供参考是可行的;沈阳地区顶管施工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;在顶管纠偏施工过程中管体的最大压应力随着纠偏压力的增大而增大，因此在进行纠偏施工时需要对纠偏压力进行合理的控制。为了确保沈阳地区顶管工程开挖面的安全稳定，开挖面的支撑压力20kPa以上来施加是偏于安全的。此时该工程的开挖面安全系数为1.39，开挖面偏于稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 顶管工程施工注浆减阻与顶力控制的研究现状

1．2．1 顶力计算公式研究现状

1．2．2 顶力控制数值模拟研究现状

1．3 顶管工程施工稳定性研究现状

1．3．1 管土相互作用研究现状

1．3．2 管道受力的研究现状与发展

1．3．3 强度折减法极限分析的研究现状与发展

1．4 主要研究内容

第2章 顶进机的优选与顶力计算

2．1 工程概况

2．1．1 工程背景

2．1．2 工程水文地质

2．2 模糊层次分析法(FAHP)主要步骤

2．3 顶管施工掘进机优选

2．4 顶管顶力计算方法

2．4．1 现有顶力计算公式分析

2．4．2 整理后的顶力计算公式

2．4．3 对现有顶力计算公式对比分析

2．5 本章小结

第3章 沈阳地区顶管施工顶推力数值模拟预估

3．1 顶力的影响因素分析

3．2 模拟中采用的软件和基本假设

3．3 数值模型的材料参数及本构关系

3．4 数值模拟模型的建立

3．4．1 数值模型的计算范围

3．4．2 模型的网格划分

3．5 顶进过程中顶力的数值模拟预估

3．5．1 顶力预估的数值模拟实现过程

3．5．2 第一节管节在顶进2．5m的顶力情况分析

3．5．3 现场实测顶力与模拟顶力的比较

3．5．4 触变泥浆减阻效果数值模拟研究

3．6 本章小结

第4章 顶管顶进过程中施工稳定性分析

4．1 顶进过程中管体受力最不利阶段的预测

4．2 顶进过程中管体受力分析

4．2．1 起顶阶段管体受力分析

4．2．2 受力最不利阶段的管体主应力情况分析

4．2．3 工后管体内力分析

4．3 顶管在注浆施工中的稳定性分析

4．3．1 注浆施工对顶管结构与围岩变形的影响

4．3．2 注浆施工对地表和拱顶围岩变形的影响

4．4 顶管在纠偏施工中的稳定性分析

4．4．1 纠偏施互中管体的内力分析

4．4．2 纠偏施工中土体变形分析

4．5 本章小结

第5章 基于强度折减法的开挖面安全性分析

5．1 强度折减法确定顶管施工开挖面的安全系数

5．1．1 FISH编程实现强度折减法的流程

5．1．2 工程算例的概述与数值模型的建立

5．1．3 开挖面安全系数的确定及其稳定性分析

5．2 开挖面最小支撑压力与安全系数的理论计算

5．2．1 楔形体计算模型与梯形楔体计算模型的概述

5．2．2 梯形楔体公式在实际工程中适用性的验证

5．2．3 梯形楔体公式在实际工程中的应用

5．2．4 梯形楔形体极限平衡确定开挖面安全系数

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

作者简介