顶管工程土与结构性状的理论研究

岩石力学与工程学报 Vol.25 No.7

Journal of Rock Mechanics and Engineering July2006 2006年7月 Chinese

顶管工程土与结构性状的理论研究

魏 纲

(浙江大学城市学院

浙江 杭州 310015)

博士学位论文摘要随着社会城市化进程的推进地下空间的开发和利用越来越受到人们的重视顶管法作为一种暗挖施工技术可以在不开挖地表土的情况下将管道铺设完毕具有无可比拟的优点因而得到越来越广泛的应用但是顶管法施工不可避免地会引起地面和地下土体的移动在土中产生附加应力当土体位移过大时将对周围建(构)筑物和邻近地下管线构成危害对顶管施工中管土相互作用土体变形及工作井土体反力计算方法进行研究主要工作和研究成果如下(1) 假定开挖面失稳时滑动块的形状为一个梯形楔体滑动块上部为一梯形棱柱采用太沙基松动土压力理论根据滑动块的整体受力平衡推导出砂性土中考虑成层土的开挖面最小支护压力计算公式算例分析表明该方法的计算结果小于楔形体模型的计算结果更接近离心模型试验结果(2) 对顶进过程中管道纵向与环向钢筋应力及管土接触压力进行现场测试结果表明轴力和管土接触压力都随顶进距离增大而增大顶进到一定距离后基本稳定管道顶部和底部的内侧钢筋受拉外侧钢筋受压管道左右两侧的内侧钢筋受压外侧钢筋受拉环向钢筋受力很小但变动较大注浆对管顶接触压力影响较大注浆后压力明显减小对左右两侧接触压力影响较小(3) 对长距离直线顶管施工中管土相互作用进行分析后认为管道在承受对角荷载时产生转动力矩当管道端部的最大土体反力超过土体承载力时土体产生破坏造成管道失稳分析传统曲线顶管施工中管土之间的相互作用采用考虑位移的土压力计算方法计算环向土压力得出首节管道和后续管道的最大土体反力计算公式提出长距离直线和曲线顶管施工中防止管道失稳的控制措施(4) 考虑土的内摩擦角ϕ 对土体移动的影响认为垂直土体变形区域边界线的水平倾角应等于45+ϕ /2而不是45提出修正的Loganathan公式及剪切扰动区范围的计算公式考虑土体初始应力场假定土体是均匀线弹性材料通过向掘进机周围土体施加向外侧的椭圆形径向位移来模拟顶管挤土过程在小应变情况下推导出半无限空间中土体位移场的近似解析解考虑空间效应给出修正的计算公式该方法也适用于盾构法施工(5) 假定土体不排水利用弹性力学的Mindlin解推导正面附加推力掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力引起的土体变形计算公式结合土体损失引起的土体变形计算公式得到顶管施工引起的总的土体变形计算公式该方法适用于施工阶段当不考虑后续管道摩擦力时该方法也适用于盾构法施工(6) 对某欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法考虑先建顶管的影响提出一种新的后建顶管地面沉降计算方法利用Mindlin解推导出正面附加推力掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加荷载计算公式探讨管道净间距直径埋深以及土体泊松比对附加荷载分布的影响(7) 假定矩形沉井工作井后座墙在顶进力反力作用下变形为抛物线形采用考虑位移的土压力计算方法来计算土体反力分析矩形沉井工作井的受力性状假定后背竖向土体反力呈梯形分布考虑井底摩阻力井侧壁摩阻力和前壁主动土压力的作用根据沉井的整体受力平衡求得横向中心顶位和横向偏心顶位最大土体反力和允许顶力的计算公式(8) 假定圆形沉井产生整体位移采用考虑位移的土压力计算方法计算后座井壁环向土体反力竖向土体反力按朗肯被动土压力理论计算考虑井底摩阻力井侧壁摩阻力和前壁主动土压力的作用根据圆形沉井的整体受力平衡得出其最大土体反力和允许顶力的计算公式(9) 分析圆形SMW工法工作井在顶进力反力作用下的受力机制提出承载半圆后背土体的竖向和环向反力分布呈正态分布求得后背土体所能承受的最大土体反力计算公式与有限元计算结果比较表明正态分布曲线与有限元计算得到的土体反力分布曲线较吻合假定矩形SMW工法工作井后背竖向土体反力呈正态分布水平向呈均匀分布前壁土体达到主动状态得到其最大土体反力和允许顶力的计算公式 关键词

隧道工程

顶管

盾构隧道

支护压力

管道失稳

土体变形

工作井

土体反力

中图分类号中图分类号

U 45 文献标识码

A 文章编号

1000–6915(2006)07–1512–01

THEORETICAL STUDY ON BEHAVIORS OF SOIL AND STRUCTURE

DURING PIPE JACKING CONSTRUCTION

WEI Gang

(Zhejiang University City CollegeHangzhou

收稿日期作

2005–04–04

作者简介魏 纲(1977–)男2000年毕业于宁波大学建筑工程专业导师为徐日庆教授主要从事顶管盾构施工对周边环境影响方面的研究工

E-mailweig@zucc.edu.cn

Zhejiang 310015China)

万方数据顶管工程土与结构性状的理论研究

刊名：英文刊名：年，卷(期)：

岩石力学与工程学报

CHINESE JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND ENGINEERING2006,25(7)

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