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软土中超大直径钢顶管施工顶进及运营温差下的受力特性测试

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上海交通大学学报 2018年第11期52卷 1444-1451页

作者：马合龙廖晨聪王建华李耀良上海交通大学土木工程系上海200240 上海市基础工程集团有限公司上海200002

为了研究钢顶管在施工及运营阶段的内力特征,采用现场测试的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4m的钢顶管在施工荷载和温差作用下的环向、纵向应变进行监测.分析实测结果表明:管道固定截面随顶进距离增... 详细信息

为了研究钢顶管在施工及运营阶段的内力特征,采用现场测试的方法,依托黄浦江上游水源地连通工程,对深覆软土、长距离顶进、内径4m的钢顶管在施工荷载和温差作用下的环向、纵向应变进行监测.分析实测结果表明:管道固定截面随顶进距离增加受力状态改变较小,不同截面中靠近机头处受到顶力的影响较小;纵向应力主要受顶力影响,以受压为主,环向应力主要受到管道埋深影响,深覆软土情况下,管道顶部环向可能出现拉应力,左右受压为主;纵向和环向应力之间相互影响,埋深较大时影响较为明显,长距离顶进下顶进偏心对管道应力有较大影响;顶力的施加会使纵向应力产生较大波动,顶力撤除应力恢复平稳;大直径钢材管道在温差6℃时,温度应力达25MPa左右,环向、纵向区别较小,不影响正常运营,但仍需谨防极端温差下可能造成的破坏.

关键词：大直径钢顶管受力特性现场监测施工应力温度应力

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大直径钢顶管施工运营的受力变形特性分析

大直径钢顶管施工运营的受力变形特性分析

作者：马合龙上海交通大学

学位级别：硕士

钢顶管由于其良好的封闭性和材料特性,越来越受到地下管道工程的青睐,钢顶管工程朝着大直径、长距离、深覆土的方向发展,由于管道荷载情况的越发复杂,管道的受力情况存在很多不确定性。因此钢顶管工程的发展不仅对施工技术提出更高的挑... 详细信息

钢顶管由于其良好的封闭性和材料特性,越来越受到地下管道工程的青睐,钢顶管工程朝着大直径、长距离、深覆土的方向发展,由于管道荷载情况的越发复杂,管道的受力情况存在很多不确定性。因此钢顶管工程的发展不仅对施工技术提出更高的挑战,也对管道的受力分析提出更高的要求。针对管道受力研究不足的现状,本文依托黄浦江上游水源地连通管工程,采用数值模拟和现场监测的方法对顶管管道在施工过程中以及温度荷载下的受力变形进行研究。主要工作和研究成果如下:(1)通过二维、三维数值模拟,对大直径钢管在顶进过程中的受力特性进行研究。分析不同覆土厚度、不同施工工况下,大直径钢顶管的管土相互作用和管道本身受力。结果表明:接触面上纵向摩擦力在管道顶部和底部较大、两侧较小。环向摩擦力在管顶和管底的位置接近零,管道两侧的摩擦力较大。管节支护作用到土体以后,土压力分布变得均匀,埋深较浅时管道顶底土压力差异较大,埋深达到3倍管径时,顶底土压力差异不大。随着截面位置远离机头,纵向应力越来越大,环向应力变化不大。(2)采用现场监测的方法,分析了不同施工工况下顶力的变化情况,管线线型偏离设计轴线对管道受力的影响,以及千斤顶加载卸载下的受力状况变化。分析表明:实际状态下顶力与顶进距离有很强的线性相关性,监测得到的平均摩擦力较小,规范设计值偏于保守。轴线偏差导致管道偏心受力,导致管道一侧纵向应力增大,另一侧压应力减小,轴线偏差对环向应力影响不大,远离机头处的纵向应力较大,与数值分析结果相吻合。(3)采用有限元方法建立考虑管土相互作用的数值模型,配合现场监测数据,分析管道环向应力和纵向应力随温度的变化。结果表明:约束条件对管道应力有显著影响,约束释放有效降低温度应力70%以上,建议实际工程中采用伸缩节。温差6.5℃下,靠近管端约束处的环向和纵向应力改变量达25MPa左右,建议在管端采取保温措施。

关键词：大直径钢顶管受力特性现场监测施工应力温度应力

大直径钢顶管施工屈曲的数值分析与解析解研究

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大直径钢顶管施工屈曲的数值分析与解析解研究

作者：郑鲁纬北京交通大学

学位级别：硕士

顶管法是一种不开槽地下施工方法,与开槽施工相比,可大大减少土工作业工程量,节约施工用地,对地面交通也影响较小。近年来,顶管直径随着工程需求不断增大,顶管施工技术取得长足发展,但施工对地层的扰动不可避免,仍将导致顶管周围土体产... 详细信息

顶管法是一种不开槽地下施工方法,与开槽施工相比,可大大减少土工作业工程量,节约施工用地,对地面交通也影响较小。近年来,顶管直径随着工程需求不断增大,顶管施工技术取得长足发展,但施工对地层的扰动不可避免,仍将导致顶管周围土体产生竖向变形。此外,在顶管顶进过程中,受管周土体以及竖向荷载等影响,顶管极易产生屈曲,从而对施工安全造成威胁。因此,开展大直径钢顶管施工屈曲研究,对保障施工安全具有重要意义。论文以滇中引水龙川江倒虹吸大直径钢顶管施工工程为依托,采用理论分析、有限元数值模拟和解析分析相结合的方法,开展了基于UMAT二次开发的大直径钢顶管施工诱发土体竖向变形数值模拟、大直径钢顶管施工屈曲数值分析及解析解研究,主要研究内容和成果包括:(1)通过ABAQUS提供的用户材料子程序接口UMAT,利用带误差控制的改进Euler算法,对边界面模型进行了二次开发。利用开发的边界面模型,对龙川江倒虹吸工程顶管施工过程进行了有限元数值模拟,分析了顶管施工诱发地表土体和开挖面土体的竖向位移。(2)依托滇中引水龙川江倒虹吸工程,建立了大直径钢顶管施工屈曲三维有限元模型,通过开展有限元计算揭示了轴向压力作用下钢顶管屈曲特性,分析了土体和顶管参数对顶管临界屈曲压力、径向变形的影响,为顶管结构优化提供了依据。通过对允许顶力的有限元计算值与规范规定值的比较,对允许顶力的规范公式进行了修正,并推导建立了优化的顶管稳定系数表达式。(3)建立了土中钢顶管轴向顶进屈曲的计算模型,利用能量法推导了临界顶力的解析解,通过解析解计算值与实际工程监测值的对比,验证了所推导解析解的正确性。基于解析解,计算了滇中引水龙川江倒虹吸工程钢顶管失稳顶力,并分析了顶管长度和直径对临界屈曲压力的影响。

关键词：大直径钢顶管有限元模拟屈曲分析 UMAT二次开发解析解

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高水位软弱地层条件下大直径钢顶管稳定性

科学技术与工程 2022年第27期22卷 12131-12138页

作者：荆哲房鹏帅张耀阳李文杰梁斌中交二公局第四工程有限公司洛阳471013 河南科技大学土木工程学院洛阳471000

顶管在顶进过程中发生的失稳破坏已严重威胁工程的安全施工。以中交二公局第四工程有限公司承担的石岩北清污分流钢顶管工程项目为依托,基于薄壁圆柱壳屈曲理论,通过改变长细比、径厚比和埋深等影响因素对大直径钢顶管应力、屈曲模态和... 详细信息

顶管在顶进过程中发生的失稳破坏已严重威胁工程的安全施工。以中交二公局第四工程有限公司承担的石岩北清污分流钢顶管工程项目为依托,基于薄壁圆柱壳屈曲理论,通过改变长细比、径厚比和埋深等影响因素对大直径钢顶管应力、屈曲模态和屈曲荷载进行分析。分析结果表明:钢顶管稳定性随长细比(顶管长度与管道外径的比值)的增加而减小,长细比顶管),易发生局部屈曲破坏,长细比>30(长顶管),易发生整体失稳破坏;在均布围压作用下,钢顶管屈曲模态以局部屈曲为主,其稳定性随径厚比的增加而减小;钢顶管实际稳定系数随埋深变化由管周围压和椭圆化变形共同决定。基于以上分析结果,提出了大直径钢顶管稳定性系数经验公式,结合工程实例进行验证,具有良好的指导意义。

关键词：软弱地层大直径钢顶管椭圆化变形屈曲模态稳定性系数

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大直径钢顶管洞门渗漏水原因分析及处理措施

工程建设 2019年第7期51卷 61-64页

作者：王志刚上海城建市政工程(集团)有限公司

依托上海市黄浦江上游水源地连通管工程,对大直径钢顶管工程中的洞门渗漏水原因进行分析,通过在洞门止水钢环上加设一道橡胶板并临时压注聚氨酯,顺利解决洞门渗漏水问题,控制了工程风险.

关键词：大直径钢顶管洞门渗漏水处理措施

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复合地层大直径钢顶管受力特性分析

特种结构 2022年第4期39卷 54-61页

作者：王谭安关峰刘添俊广州市市政集团有限公司广州市市政集团有限公司市政工程设计研究院

针对复合地层中大直径钢顶管的受力及其影响因素,借助有限元软件建立二维平面应变模型,分析大直径钢顶管的受力特点,探讨复合地层硬岩占比、管顶覆土、砂层内摩擦角和钢管壁厚对钢顶管的影响。结果表明:复合地层中钢顶管呈现竖向压缩水... 详细信息

针对复合地层中大直径钢顶管的受力及其影响因素,借助有限元软件建立二维平面应变模型,分析大直径钢顶管的受力特点,探讨复合地层硬岩占比、管顶覆土、砂层内摩擦角和钢管壁厚对钢顶管的影响。结果表明:复合地层中钢顶管呈现竖向压缩水平拉伸的椭圆形,水平方向最大拉伸量出现在管道中心偏上位置,径向变形量与管道直径之比约在1.55‰;随着顶管穿越硬岩比例的增加,管道水平拉伸和竖向压缩量变小,管道顶部和底部土压力几乎没有变化,侧向土压力增大,管道水平拉伸和竖向压缩增量在顶管全断面穿越砂层过渡至管底位于硬岩顶面时最大,分别为30.67%、38.3%;钢管变形量随着上覆土层厚度的增加呈现线性增加的趋势,管道侧向土压力也逐渐增大;管道底部的隆起量受穿越硬岩比例、上部砂层内摩擦角以及壁厚的影响极小;钢顶管变形及土压力分布受上部软土(砂层)内摩擦角、钢管壁厚的影响不大。

关键词：复合地层大直径钢顶管平面应变模型变形量

海泰国际大厦地下车行通道大直径钢顶管工程进出洞施工技术

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建筑施工 2009年第3期31卷 213-216页

作者：朱骏金中林夏凉风上海市机械施工有限公司上海200072

以上海海泰国际大厦地下车行通道的大直径钢顶管工程为背景,介绍了受既有建筑环境制约、且在大夹角斜向出(进)洞的特殊环境下,采取安装穿墙套管和非开挖的顶进与液氮水平冷冻开挖铺设相结合等措施,有效地防止了流砂等现象的发生,提高了... 详细信息

以上海海泰国际大厦地下车行通道的大直径钢顶管工程为背景,介绍了受既有建筑环境制约、且在大夹角斜向出(进)洞的特殊环境下,采取安装穿墙套管和非开挖的顶进与液氮水平冷冻开挖铺设相结合等措施,有效地防止了流砂等现象的发生,提高了施工精度。

关键词：地下车行通道大直径钢顶管大夹角进出洞穿墙套管液氮水平冷冻

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复杂地质条件下大直径钢顶管顶进入海技术

城市道桥与防洪 2020年第7期 192-195,M0018页

作者：何海群王文进保利长大工程有限公司广东广州511442 广东省公路学会广东广州510100

结合宝钢广东湛江钢铁基地项目自备电厂2×350 MW机组工程实例,介绍了在复杂地质条件下,特别是在第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层中穿越,采用两阶段的网格式水冲法进行顶管施工。分析了网格式工具头的内外双层钢板设计、前端网格... 详细信息

结合宝钢广东湛江钢铁基地项目自备电厂2×350 MW机组工程实例,介绍了在复杂地质条件下,特别是在第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层中穿越,采用两阶段的网格式水冲法进行顶管施工。分析了网格式工具头的内外双层钢板设计、前端网格优化配置、双层冲水闸门设计等方面的改进。提出了入海压载、工具头水下内外分层切割等系列施工工艺与措施。改进后的工具头自重轻、操作方便、安全经济。

关键词：复杂地质条件大直径钢顶管网格式水冲法

电机变频调速驱动技术在大直径长距离钢顶管中的应用研究

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非开挖技术 2010年第3期 48-51页

作者：施悦枫沙广杰蒋隽睿上海水务建设工程有限公司上海200072

本文以上海青草沙水源地原水工程严桥支线C9标顶管工程为背景，对电机变频调速技术在大直径钢顶管中的应用进行了深入研究。工程实践证明，电机变频调速技术在控制地表沉降以及节能方面具有显著的优势。

关键词：电机变频调速驱动技术大直径钢顶管节能地表沉降