地下顶管施工引起沉降的分析与控制

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1、第!"卷第!期#$%&!"’$&!建筑施工!"#$%&’()*’+,-"),&*’$特种工程地下顶管施工引起沉降的分析与控制AnalysisandControlofSettlementCausedbyUndergroundJackingConstruction#邓前锋%上海市基础工程公司上海-****-&!摘要"分析了顶管施工中由于地层受到扰动引起的地表变形的一般规律#并结合两港截污工程B-7标兰州路中!1500mm顶管工程的施工实例#根据土体变形的三阶段介绍了在顶管施工过程中沉降的控制措施$!关键词"顶管地表沉降有限元土仓压力!中图分类号""#!$

2、%&!’文献识别码(!文章编号")**+,)**)%-**$&*!,**+),*%0前言受到压力仓的支护作用#土体受到挤压#有向上向前的移动#导致地表有微量的隆起$如果超挖而导致支护力随着城市建设的飞速发展#地下管线日益增多#顶不足#前方土体会向后向下移动#则地表表现为沉降$管技术亦得到大量的应用#尤其在以上海为代表的软土地区#顶管技术正向着大直径(长距离的方向发展$众所周知#在覆土层较浅的松软饱和含水的淤泥质粘土层中施工顶管#控制土层扰动引起的地表沉降是保证工程顺利进行的关键技术之一#从而最大程度上减小对周围环境的影响#尤其是对邻近建筑和管线的影响

3、$图1地表变形的一般规律因此如何选取合理的顶管施工参数#使土体扰动最小#以及有效的控制地表变形#是施工面临的重要问题$开挖面前部的沉降和隆起是最初影响范围至开挖面对顶管施工引起的沉降变形的研究主要集中在经验正下方之间所产生的沉降或隆起#该阶段的土层运动可预估和数值模拟方面#如Peck沉降槽理论(同济大学认为是在不排水的情况下进行的$第二阶段是由于第一地面沉降预估专家系统等$但预估需要一定的经验#而阶段产生的超孔隙水压力消散而引起及管外周与土体之三维有限元计算需要大量的时间#对指导施工缺乏使用间的空隙的填充#从而产生与时间有关的主固结沉降$性$本文试图

4、根据顶管顶进的前部变形#通过有限元反第三阶段是在超孔隙水压力消散及管外周空隙填充后#算土仓压力#从而控制总的沉降量#使之成为指导施工土层颗粒骨架继续有少量的变形而产生的次固结沉降$的一种简便的方法$实践表明#对土压平衡式顶管机施工应严格控制土舱内土体正面的支护力#使其不宜过大以免引起过度的1地面沉降的过程分析土体扰动#同时更应避免正面支护力出现负值#使前方土体产生向管道内的移动#使地表出现先期沉降$顶管施工过程中#沿纵向轴线所产生的地表变形一般规律如图1所示$其变形分为三个阶段#即前部先期2地面沉降因素分析变形(施工沉降和土体固结沉降$通常顶管前方的

5、土体2.1开挖地层的应力状态的改变对地面沉降的影响!!!!!!!作者简介"邓前锋%).!$,&#男#大学本科#工程师#联系地址’上海市民星路-%)号%*%室%-**+%%&#电话’%*-)&/$-!*!.)$顶管法施工引起周围地层变形的原因是土体初始应!收稿日期"!()$**/*-%力状态受到扰动$原状土体经历挤压(剪切(扭曲等复杂"!!!!!"!!!2005年7月出版!41!!"!!!!!"第7期邓前锋)地下顶管施工引起沉降的分析与控制!"#$!!%的应力路径#平衡状态受到破坏#如图2#当开挖工作面表1各层土的物理力学性能指标逐步接近顶管轴线上某点

6、时#主应力!增加速度大于层号重度/(kN)m3)孔隙比e饱和度液限W塑限W塑性指数I液性指数I3LPpL*116.8"1$#3的不断增加使得顶管机头前方的土体积聚#并+117.11.32598.646.0%23.3%22.71.07引起地面隆起$当前方土体没有及时施加支承#土体应,217.244.8%24.2%24.60.82力释放并向顶管机头内临空面滑移#引起地面沉降$-17.8根据以上顶管施工中地基变形机理#主要对此2段顶管施工中控制沉降的措施进行分析总结#并对在周围环境较复杂的2段施工中措施应用效果进行总结$3.2.1施工中第一阶段变形的控制土

7、舱内的支护力会对开挖面施加土压力荷载并形成图2机头正面土体受力破坏与顶管机头土体的摩擦力#地基隆起就是周围(前方)土体在被动受力的条件下产生的#因此由于力的作用方向2.2地层损失对地面沉降的影响不同#在二维平面分析中#直接输入开挖面的土压力荷顶管施工过程中#实际开挖的土层体积并不仅仅是载%机头周围的摩擦力是不可以的$此时分析模型如图管道外周的实际体积#还包括管道外周与土体之间的空3所示#即将支护力所产生的土压力荷载的横向分力作隙%超欠开挖%地层流失$产生地层损失的原因是多方为假想应力#并使之作用于土体开挖面$根据经验#此面的#主要有出土量与顶进的速度

8、不协调%机头泥浆槽时将松弛范围内土的弹性系数减半$由此模型计算得到的宽度%顶进过程中轴线的偏差等$的假象应力