软土中大直径顶管的施工扰动机理与控制研究

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顶管技术以其成本低、施工周期短以及环境影响小的优势,越来越多的应用到地下管线铺设工程中,并逐渐向大直径、长距离的趋势发展。考虑到岩土工程中的尺寸效应,大直径顶管施工引起周围土体的扰动相对于小直径顶管会有自己的特点。随着现代施工环境的越来越复杂,对于环境影响控制也提出了更高要求。本文对上海软土地区,内径为4m的大直径混凝土顶管施工引起的土体扰动因素进行研究。通过采用数值模拟,研究了顶管施工开挖面以及泥浆套对土体扰动的影响,提出了控制方法,并在实际工程中成功应用。本文主要工作内容与研究成果如下:(1)通过三维有限元模拟,对大直径顶管施工开挖面扰动机理进行研究。分析了不同支护比情况下,大直径顶管施工引起的土体扰动规律。细化了开挖面引起土体扰动的类型,提出了在上海实际工程中,开挖面支护压力设定建议公式。(2)采用有限元方法,研究了泥浆套控制与土体扰动的规律。通过分析不同注浆压力作用下土体位移、孔隙水压力变化率以及塑性区开展状况,探讨了注浆压力在控制顶管施工过程中土体扰动的作用。研究表明,过大与过小的注浆压力均会引起土体较大扰动,使地表变形增大。建议在实际施工过程中注浆压力控制在1.1倍上覆土重,此时,注浆压力对于土体的扰动作用最小。与此同时,通过对比不同摩阻力作用下土体的扰动情况,提出了减少顶管施工剪切扰动的控制措施。(3)在实际工程中应用了上述研究成果,成功预测了顶管施工带来的环境影响,证明了研究成果的准确性。通过整理分析现场监测数据,研究了顶管下穿越问题带来的环境影响,并讨论其影响因素。探讨了顶管下穿越施工带来的土体扰动机理,为环境影响施工控制提供指导。
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