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管幕预筑法中顶管间距对土拱效应的影响机理研究

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太原理工大学学报 2021年第2期52卷 204-210页

作者：耿炎王梅韩仲慧杨松松太原理工大学矿业工程学院太原030024 中铁十四局有限公司山东泰安271000

为了研究顶管间距和土拱效应的影响机理,以太原火车站管幕预筑法大直径顶管施工为背景,根据土拱效应理论,建立了不等高的两顶管管间土拱的受力分析模型,推导出拱顶和拱脚的强度控制式及适用条件,得出顶管间距的计算方程组。同时以太原... 详细信息

为了研究顶管间距和土拱效应的影响机理,以太原火车站管幕预筑法大直径顶管施工为背景,根据土拱效应理论,建立了不等高的两顶管管间土拱的受力分析模型,推导出拱顶和拱脚的强度控制式及适用条件,得出顶管间距的计算方程组。同时以太原市火车站工程为例,验证得出顶管间距的合理性,分析了顶管及土体各个参数对土拱效应的影响,得出随着相邻顶管所成角度的增大,拱跨先不断减小到达最低点,再不断增大的结论,为今后管幕预筑法的理论研究提供参考。

关键词：管幕预筑法密排顶管群顶管间距管间土拱土拱效应

管幕预筑法施工引起的地表沉降:顶管群施工顺序的影响

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 576-588页

作者：杨松松章定文汪淼徐敬民沈晨张超哲 School of Transportation Southeast UniversityNanjing 211189China China Road and Bridge Corporation Beijing 100010China

以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征。首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征。数值模拟结果表明采用从上向下的顶管... 详细信息

以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征。首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征。数值模拟结果表明采用从上向下的顶管施工顺序引起的地表沉降量最小,为12 mm;采用从下向上的顶管施工顺序引起的地表沉降量最大,为25 mm。通过大尺寸模型试验对数值模拟结果进行了验证,模型试验结果与数值模拟结果一致,从上向下的顶管施工引起的地表沉降最小,从下向上顶管施工顺序引起的地表沉降最大。基于数值模拟与模型试验结果,确定了太原火车站北隧道的顶管群施工顺序,现场监测结果表明选择的施工方案满足沉降要求。研究结果表明,在顶管施工阶段相邻顶管之间会形成微土拱,隧道上方相邻管道之间的微土拱将组合成大的管土拱结构,可以减少隧道下方和两侧顶管阶段引起的地表沉降。因此,考虑隧道上方管土拱结构的顶管施工顺序可以减小下方顶管施工引起的地表沉降。

关键词：管幕预筑法顶管施工顺序管间土拱结构地表沉降

管幕预筑法竖井开挖与顶管施工过程数值模拟分析

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中国有色金属学报 2012年第3期22卷 985-990页

作者：张可能彭环云许庆伟黎永索杨仙中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 安徽省电力设计院合肥230601

管幕预筑法竖井设计在国内尚无相应规范,施工过程中其支护结构与周围土体的变形受力特性与安全性尚需进行研究。以某管幕预筑法地铁车站工程为例,利用有限差分软件FLAC3D对其竖井施工过程进行数值模拟,并结合施工监测数据进行对比分析,... 详细信息

管幕预筑法竖井设计在国内尚无相应规范,施工过程中其支护结构与周围土体的变形受力特性与安全性尚需进行研究。以某管幕预筑法地铁车站工程为例,利用有限差分软件FLAC3D对其竖井施工过程进行数值模拟,并结合施工监测数据进行对比分析,得到竖井支护结构及周边土体的位移与支撑轴力随施工过程的变化规律和特征。研究结果表明:管幕预筑法竖井施工过程对周边土体的变形影响较小,反映竖井新型支护结构的变形控制效果很好;顶管对各部分支护结构及周边土体的影响规律各不相同,主要体现在顶进过程中具有明显的时间性。

关键词：管幕预筑法竖井顶管数值模拟

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管幕预筑法中钢管顶进对地面沉降的影响

沈阳工业大学学报 2012年第4期34卷 469-473页

作者：杨仙张可能李钟邓美龙肖尊群中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中建市政建设有限公司技术部北京100061 中南大学土木建筑学院长沙410083

为了研究管幕预筑法中密集大直径钢管群顶进对地表沉降的影响,把平行顶管的顶管间距分为3类:大间距、中间距和小间距.明确指出了3类间距范围,总结分析了各种顶管间距情况下已建顶管对新建顶管地表沉降的影响.分析表明,大间距时已建顶管... 详细信息

为了研究管幕预筑法中密集大直径钢管群顶进对地表沉降的影响,把平行顶管的顶管间距分为3类:大间距、中间距和小间距.明确指出了3类间距范围,总结分析了各种顶管间距情况下已建顶管对新建顶管地表沉降的影响.分析表明,大间距时已建顶管对地层的扰动影响可以忽略,中间距时主要是土体扰动的影响,小间距时既有土体扰动的影响,又有先建顶管管结构的支挡影响.分析Peck公式并对其进行修正,使之可用于预测各种间距下的地面沉降.结合沈阳地铁新乐遗址站施工监测结果,比较了地表沉降监测结果与Peck公式预测值,发现两条曲线吻合情况较好.

关键词：管幕预筑法钢管顶进顶管间距土体扰动地表沉降土体变形地表沉降槽沉降预测

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管幕预筑法大直径长距离钢管顶进施工技术

施工技术 2013年第7期42卷 63-67,70页

作者：郭宏智任红涛郭瑞琪王永义中建交通建设集团有限公司北京100161 北京住总市政工程有限责任公司北京100026 长安大学工程机械学院陕西西安710021

因后期需在钢管内进行结构施工,管幕预筑法中顶进的钢管均为大直径钢管。由此带来的顶进方向控制难度大、顶进阻力大、地面沉降不可控等问题,制约了管幕预筑法的应用。某地铁车站在国内首次采用管幕预筑法施工,通过采用激光导向、先导... 详细信息

因后期需在钢管内进行结构施工,管幕预筑法中顶进的钢管均为大直径钢管。由此带来的顶进方向控制难度大、顶进阻力大、地面沉降不可控等问题,制约了管幕预筑法的应用。某地铁车站在国内首次采用管幕预筑法施工,通过采用激光导向、先导管导向板纠偏以及注浆减阻等技术措施,顶管施工精度、顶进速度、总体地面沉降均满足要求,取得了良好的效果。

关键词：地铁车站管幕预筑法顶管注浆沉降施工技术

基于地表沉降控制的管幕预筑法顶管布置方案优化研究

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基于地表沉降控制的管幕预筑法顶管布置方案优化研究

作者：耿炎太原理工大学

学位级别：硕士

管幕预筑法是在修建地下通道中下穿已有建筑中的一种新型非开挖施工方法,在不影响原有建(构)筑物使用的基础上进行下穿修建地下通道工程,并且能够穿越公路、铁路、江河湖泊、以及各种重要建筑物。通过预先顶入的顶管管幕建造永久支护结... 详细信息

管幕预筑法是在修建地下通道中下穿已有建筑中的一种新型非开挖施工方法,在不影响原有建(构)筑物使用的基础上进行下穿修建地下通道工程,并且能够穿越公路、铁路、江河湖泊、以及各种重要建筑物。通过预先顶入的顶管管幕建造永久支护结构,可以保障土方开挖时土体的稳定性。目前管幕预筑法尚未有详尽的理论指导施工,国内现有案例较少,太原火车站下穿通道工程采用管幕预筑法进行施工,同时下穿正在使用的火车站在国内是首次应用,其设计理念没有相关规范等技术文件,只能参考国外相关工程,并且其施工工序较多。且管幕密排顶管群施工时顶力变化以及地表沉降变化趋势和单一顶管并不一样。本文在前人的经验总结的基础上,通过理论分析、数值模拟、现场实测数据以及模型试验进行顶管顶管顶进过程中顶力及地表沉降的变化研究、顶管合理的排布方案的相关研究。通过理论分析得出顶管顶进过程中的顶力公式,根据现场实测数据和模型试验对顶管顶进过程中的顶力变化及地表沉降进行研究,并通过数值模拟对比不同管幕布置方案,从中选择较为合理的管幕布置方案。主要研究成果如下:(1)通过理论分析得出顶管上覆土压力,并改进顶力公式,可以较好预测实际工程中的深埋和浅埋状态下顶管的顶力。并根据现场数据对顶管顶力的影响因素进行研究,得到顶管所在地质条件对顶管顶力影响较大。根据现场数据,对管幕预筑法中的顶管的深埋浅埋状态进行划分。同时发现在顶管顶进过程中,随管土接触面积的增加,顶力也在不断增加,管土摩阻力在顶力中的占比逐渐增高。(2)通过理论研究密排大直径顶管土体变形影响因素,得出地表沉降的影响因素。修正了土体竖直方向与水平方向地表沉降计算公式,使结果更符合实际情况。在顶管布置时,两根相邻顶管的角度不宜过大,过大的角度会导致顶管受力不均匀,造成地表沉降增加。三根顶管最佳的顶进顺序为先施工两侧顶管,最后施工中间顶管,造成的地表沉降最小。(3)管幕断面类型主要可以分为类圆形和类矩形断面,通过模拟分析,发现对于浅埋隧道,类矩形断面引起的地表沉降小于类圆形断面,但整体管幕的受力要大于类圆形断面,施工过程中顶管顶力也大于类圆形断面。而类圆形断面由于上下排顶管弧度较大,应用于浅埋隧道时会使地表沉降略微增加,但整体管幕的受力更为合理。(4)通过模拟分析,减少下排顶管数量的同时增加下排顶管间距,发现采用19根顶管仅比实际工程的地表沉降多了4mm,但对于整个工程来说,可以降低整体施工成本与施工周期,采用19根顶管更为合理。

关键词：管幕预筑法密排顶管施工顶力推导数值模拟地表沉降

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浅埋管幕预筑法钢管顶进与连通关键技术研究

浅埋管幕预筑法钢管顶进与连通关键技术研究

作者：马文青东南大学

学位级别：硕士

随着地下空间的不断发展,实际工程中施工限制因素逐渐增多,施工工况愈发复杂,以往的施工方法并不能适应现在地下空间的发展。管幕预筑法作为一种新型施工方法,较其他施工方法而言具有地层适用性广、可建造的空间跨度大等优点,能适应限... 详细信息

随着地下空间的不断发展,实际工程中施工限制因素逐渐增多,施工工况愈发复杂,以往的施工方法并不能适应现在地下空间的发展。管幕预筑法作为一种新型施工方法,较其他施工方法而言具有地层适用性广、可建造的空间跨度大等优点,能适应限制条件较多的复杂工况。然而目前管幕预筑法的研究主要停留在工程应用阶段,数值模拟及地表变形计算方法尚未成熟。本文以大校场机场站南侧机场跑道下方地下空间开发项目为背景,根据本工程结构覆土浅、地表跑道为保护文物禁止开挖、地表变形控制条件严苛等工程特点选择管幕预筑法进行施工,结合工程实际,通过数值模拟及理论分析等手段对上覆机场跑道超浅埋工况下管幕预筑法中几个关键工序:单根钢管顶进、密排大直径钢管平行顶进、管间切割及连通以及管幕内顶板混凝土浇筑作业进行研究,分析上述工序引起的地表变形及结构内力的变化规律,主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1)建立简化的单根钢管顶进有限元模型,对上覆机场跑道超浅埋工况下单管顶进过程进行研究。结果表明:单根钢管顶进引起顶进段轴线上方地表发生沉降变形,地表沉降横向影响范围为10D,纵向影响范围为8D,影响范围较其他工况更大;随顶进距离的增加,地表沉降最大值增大,钢管竖向收敛变形和钢管弯矩极值先增大后稳定。(2)利用有限元软件分析了单根钢管顶进时注浆参数、埋置深度等参数对地表变形的影响。结果表明:钢管顶进时同步注浆可以有效控制地表沉降,对比分析结果显示,注浆材料弹性模量取0.5MPa时地表沉降控制效果最好;地表沉降最大值随土体损失率和埋置深度的增大而逐渐增大。(3)基于土拱效应理论,得到合理拱轴线模型,考虑拱脚和拱顶强度控制条件,提出大直径平行顶管管间最优间距的计算公式,并结合工程实际情况对工程中顶管间距进行优化设计。结果表明:本工况利用土拱效应优化管间间距时,顶管埋深需大于4m。(4)通过有限元软件对上覆机场跑道超浅埋工况下大直径密排平行顶管顶进过程进行研究,分析了钢管间距和顶进顺序对地表变形的影响。结果表明:大直径密排平行顶管顶进完成时地表变形分布规律与顶进顺序有关,间隔顶进为最优工况;顶管完成时地表沉降随管间间距增大而增大。(5)基于温克勒地基梁模型与peck沉降理论,将土体上方混凝土跑道层简化为搁置在土体上的弹性地基梁,将不考虑跑道时的板底土体沉降等效为作用在地基梁上的分布荷载,提出该工况下钢管顶进引起的地表变形计算公式;对超浅埋工况下管间间距进行分类,并提出不同间距下平行顶管引起的地表变形的计算公式,并将公式计算结果与有限元模拟计算结果进行比对。结果表明,提出的公式可较好地计算该工况下单根顶管、平行顶管引起的地表变形。(6)建立两根钢管之间切割及连通模型,以纵向切割顺序、支撑纵向间距以及单次切割长度为参数,研究上述参数对结构受力及地表变形的影响规律。结果表明:管间切割及连通作业对地表变形及钢管竖向收敛变形影响较小,实际施工时管间单次循环切割长度不宜过大。建立简化后的钢管群间切割连通模型,分析管间切割顺序对地表变形的影响。结果表明:间隔切割引起的地表变形最稳定。(7)通过有限元软件建立管幕内顶板混凝土浇筑模型,分析顶板混凝土浇筑作业引起的地表变形;提出通过注浆的方式加固土体来控制地表变形,并分析加固深度对地表变形控制效果的影响。结果表明:顶板混凝土浇筑作业会引起较大的地表沉降;注浆加固后土体与注浆体形成复合受力体系,地表变形最大值随着加固深度增大先减小后稳定。本文通过数值模拟及理论分析等手段对上覆机场跑道超浅埋工况下的管幕预筑法中单根钢管顶进、密排大直径平行顶管、管间切割及连通以及管幕内顶板混凝土浇筑作业进行研究,弥补了现有研究的不足,为管幕预筑法的实际工程应用提供了参考和建议,为类似工程的推广应用奠定了基础。

关键词：管幕预筑法超浅埋顶管密排平行顶管地表变形钢管切割

地下工程支护-结构一体管幕预筑法技术及发展

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隧道建设（中英文） 2018年第3期38卷 456-460页

作者：李积栋油新华肖龙鸽中国建筑股份有限公司

地下工程支护-结构一体管幕预筑法:,是一种全新的暗挖施工方法,其核心思想不同于传统地下工程暗挖法,即首先施作地铁车站永久结构,然后在永久结构保护下进行全断面土方开挖。支护-结构一体管幕预注法的施工关键技术包括大直径钢管长距... 详细信息

地下工程支护-结构一体管幕预筑法:,是一种全新的暗挖施工方法,其核心思想不同于传统地下工程暗挖法,即首先施作地铁车站永久结构,然后在永久结构保护下进行全断面土方开挖。支护-结构一体管幕预注法的施工关键技术包括大直径钢管长距离顶进施工技术、管幕空间切割焊接成形技术及狭小空间钢筋混凝土结构施工技术。通过实践证明,该技术将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成形,可大大减少开挖支护步序,降低临时支撑用量:,有效控制地层变形,保证地下良好的作业环境。

关键词：地下工程管幕预筑法钢管支护

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管幕预筑隧道地表沉降分析

岩土力学 2011年第12期32卷 3701-3707页

作者：黎永索张可能黄常波李钟邓美龙中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 湖南城市学院土木工程学院湖南益阳413000 中建市政建设有限公司北京100163

沈阳地铁2号线某暗挖车站是国内首个采用管幕预筑法施工的地下工程,对该工法施工引起的地面沉降进行了监测,并建立了修正的Peck模型对沉降进行预测,结果表明:(1)管幕预筑隧道施工引起的地表沉降预测值与实测值基本吻合;(2)管幕预筑浅埋... 详细信息

沈阳地铁2号线某暗挖车站是国内首个采用管幕预筑法施工的地下工程,对该工法施工引起的地面沉降进行了监测,并建立了修正的Peck模型对沉降进行预测,结果表明:(1)管幕预筑隧道施工引起的地表沉降预测值与实测值基本吻合;(2)管幕预筑浅埋大断面隧道施工地表沉降表现为整体下沉特点,沉降值与地下结构基础的沉降值基本相等,控制管幕预筑隧道结构的墙脚下沉可以有效控制地表的沉降;(3)管幕预筑法隧道施工预先施作的地下永久结构对隧道围岩的约束作用明显,砂土地层中地层损失率为0.000 5%～0.002 0%,沉降槽宽度系数为0.5;(4)管幕预筑法建造地下空间,引起的地表沉降较常规施工方法小得多,环境效益和社会效益明显,该施工方法适用于修筑中心城区软土地层中地下交通枢纽工程及下穿交通干线的隧道工程,值得进一步研究和推广。

关键词：管幕预筑法地面沉降隧道 Peck法新管幕法管幕法顶管