大直径顶管施工的土质适用性研究.pdf

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1、98低温建筑技术2012年第lO期(总第172期)大直径顶管施工的土质适用性研究王新，陈豹(1．上海城市建设设计研究总院．上海2OOl25；2．中国建筑第八工程局青岛公司．山东青岛266061)【摘要】不同顶管机适用于不同的土质。借助数值软件分析不同土质参数对顶管施工造成地表沉降的变化规律，得出以下结论：泥水式顶管机主要适用于除砂卵石之外的任何地层；土压顶管机主要适用于软粘土地层；顶管在粘性土中施工，地表最大沉降随模量增大而呈线性减小，而在一定范围内随粘聚力内增加而增加；顶管在砂性土中施工，地表最大沉降分别随土体模量和摩擦角增大而减小但逐渐变化稳定。【关键词】顶管施

2、工；数值模拟；土性；适用性【中图分类号】TU941【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)10—0098—030引言该标段采用DN2800套管顶管后内敷设DN2400钢管近年来，顶管作为一种非开挖技术在城市市政、的施工方案。水利建设中得到了广泛应用。如上海北京西路～华I，．j_夏西路电力电缆隧道工程、上海污水治理1、2期工程等。随着顶管技术的进步，隧道外径发展到4．2m，单次顶进长度1328m⋯。顶管隧道直径增大、～距离加长，施工克服管节与土体的摩阻力就加大，对土质的要求也相应提高。不同土质条件下，大直径长距离顶管的地表沉降控制容易程度差别较大，有

3、必要对不同土质条件下顶管施工做适用性研究。目前，国内学者对顶管施工土质适用性做了一部图1工程地质平面图分研究。孙建飞等从施工经验的角度介绍了顶管2顶管机适用土质施工中常见的几种土质及相应采用的顶管机械和措施，但没有对顶管施工土质适用性做进一步地理论探目前国内较常用的顶管机为土压和泥水平衡顶管机。以下对不同顶管机所适用的土质进行介绍。讨。郭洪林等钱塘江沿岸特大型顶管施工关键技2．1土压平衡式顶管机术进行了介绍，但并没有针对穿越的土质差异进行施常用土压平衡式顶管机分为多刀盘和单刀盘土工适用性分析。余显钟等对顶管在砂卵石地层施工进行了沉降分析，分析成果仅限于人工顶管技术，

4、压顶管机。多刀盘土压平衡式顶管机具有4个独立的切削搅对于较常用的机械顶管技术并不适用。邴风举等拌刀盘，主要适用于在淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土借助数值软件对不同土质下顶管施工造成地表沉降规律进行了探讨。层中顶进施工。如在泥土仓中注入适量粘土，其也能国内对顶管施工土质适用性尚没有形成系统研用于在标准贯人度较小的砂层中顶进施工。单刀盘土压平衡顶管机适用于在强度较高的粉究。本文基于广州西江引水隧道工程，通过数值模拟分析了不同土质参数对顶管施工造成地表沉降的变质粘土、粘性土和标准贯入度较大的砂性土(包含砂化规律，进而揭示土质对大直径顶管的施工影响及适卵层)中顶进施工。2．2泥

5、水平衡式顶管机用性。常用的泥水平衡式顶管机又可分为可伸缩式泥1工程背景广州市西江引水工程17标段顶管段管线位于华水式和偏心破碎泥水式顶管机。南快速高架桥南侧(如图1所示)，向东至与南北向的可伸缩式泥水平衡顶管机的刀盘是一个比顶管机场高速公路交接处，沿机场高速公路西侧往北约机壳体直径略小且具有一定刚度的圆盘。圆盘内嵌4．9kin处，再向西转折进入江村水厂，沿线整体地形平有且削刀和刀架。刀盘和刀架可以同时伸缩也可单独伸缩。无论刀盘停留在哪一位置，切削刀都能够及坦开阔。本标段共包括顶管井5座，井编号为J3一J7，均采用沉井方式施工。本文取J6～J7标段进行研究，时把刀盘的

6、进泥口关闭。因此可伸缩式泥水式顶管王新等：大直径顶管施工的土质适用性研究机主要适用于除强风化岩、砂卵层以外的任何土质。弹性模型且E=0．2MPa。偏心破碎泥水式顶管机主要适用于在强度较高3．2计算工况分析的粘性土、砂性土和强风化岩地层中顶进施工。为对不同土质参数进行分析，共分四种工况进行3数值模拟分析数值模拟计算。其中：工况一只改变粘性土压缩模为对顶管施工土质适用性作进一步探讨，笔者借量，工况二只改变粘性土粘聚力，工况三只改变砂性助有限差分程序对某顶管施工建立三维模型。通过土压缩模量，工况四只改变砂性土摩擦角。以下就不对地表最大沉降与土质参数之间的关系进行分析，得同

7、工况下地表最大沉降与土质参数关系进行分析。出顶管在不同土质参数与地表最大沉降量的相互关系。3．1模型建立运用有限差分软件建立三维数值模型，网格划分见图2所示。垂直顶进方向为轴(一25～25m)，平行顶进方向为Y轴(0—90m)，土体深度方向为轴(一40～0m)。顶管隧道外径2．8m，结构厚度压缩模量删PⅡ0．028m，中心埋深为7．9m。在不排水条件下模拟顶图3量关系曲线管施工，且地下水位取为一1．0m。唧／剖器工况一：图3为粘性土中地表最大沉降与压缩模量之间的关系曲线。从图中可知，当压缩模量为5MPa时，最大沉降为一12．5mm。当压缩模量为10MPa时，最大