隧道圍巖管幕凍結(jié)組合預(yù)加固中的管幕施工技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)道路交通的不斷發(fā)展，為隧道施工技術(shù)的提升提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，發(fā)展至今隧道施工方法已經(jīng)多樣化，管幕預(yù)加固技術(shù)作為軟巖大斷面隧道開挖重要的輔助工法之一，在越來(lái)越多的隧道施工中采用，該方法的最大特點(diǎn)在于施工安全、地層適應(yīng)性好以及對(duì)周圍環(huán)境影響小等。港珠澳大橋拱北暗挖隧道所在位置地質(zhì)條件復(fù)雜、地理位置重要，采用該工法能很好的解決此類問(wèn)題。由于管幕預(yù)加固施工是頂進(jìn)多根頂管，對(duì)地層會(huì)多次擾動(dòng)，從而使得管幕周圍土體、建筑物和地下管線發(fā)生變形

2、，過(guò)大的變形對(duì)周圍建筑物和管線將是破壞性的，因此能有效預(yù)測(cè)管幕施工對(duì)地表沉降的影響，不僅可以了解管幕施工對(duì)地表變形產(chǎn)生的變化規(guī)律，而且可以做到提前采取預(yù)防措施，有效的預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生。在頂管頂進(jìn)過(guò)程中，為使長(zhǎng)距離頂管順利完工，須要在施工過(guò)程中注入潤(rùn)滑漿液，潤(rùn)滑漿液在頂管施工過(guò)程中主要有兩種作用:一是潤(rùn)滑漿液可以起到潤(rùn)滑作用，改變管道與土體之間摩擦特性，使其由干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小掘進(jìn)阻力;二是潤(rùn)滑漿液還有支撐土體和填補(bǔ)施工間隙的作用。因此

3、，在施工前準(zhǔn)確確定摩擦阻力對(duì)頂管掘進(jìn)機(jī)的選型和管道材料的選擇有很大的幫助。頂管施工時(shí)管節(jié)之間的相互作用也非常復(fù)雜，通過(guò)有效的方式了解到管節(jié)之間的相互作用，對(duì)管幕設(shè)計(jì)和施工也是有很大的幫助。鑒于上述相關(guān)問(wèn)題，本文依托港珠澳大橋拱北暗挖隧道，在前人的理論分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，采用模型試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法對(duì)隧道圍巖管幕凍結(jié)組合預(yù)加固中的管幕施工技術(shù)進(jìn)行研究，主要針對(duì)潤(rùn)滑漿液的減阻效應(yīng)、管節(jié)之間力學(xué)行為以及管幕施工對(duì)地表

4、沉降的影響等進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用簡(jiǎn)易試驗(yàn)裝置對(duì)頂管施工常見的兩種接觸狀態(tài)的摩擦特性進(jìn)行試驗(yàn)研究:管-潤(rùn)滑漿液-土接觸狀態(tài)和管-土接觸狀態(tài)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析法分析，試驗(yàn)反應(yīng)出膨潤(rùn)土對(duì)減阻效果最明顯，且根據(jù)試驗(yàn)反應(yīng)的基本規(guī)律提出在實(shí)際工程中的改進(jìn)方法。⑵采用多體力學(xué)法并借助有限元軟件ABAQUS進(jìn)行多體模型分析，通過(guò)該方法探討頂管頂進(jìn)時(shí)管節(jié)之間的力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn)管節(jié)之間的頂推力呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，進(jìn)

5、而推算出不同頂進(jìn)距離下的油缸總頂力，其頂力值與工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比基本吻合。通過(guò)對(duì)管節(jié)之間繞管軸方向的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角和水平作用力研究發(fā)現(xiàn)，在曲線頂管中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角一般比較小，但水平作用力的影響不可忽約，同時(shí)也伴隨著一定的變化規(guī)律。研究表明單位面積摩擦阻力和管端正面阻力都對(duì)頂力有影響，但摩擦阻力是頂進(jìn)阻力形成的主要因素。⑶結(jié)合港珠澳大橋拱北隧道的工程數(shù)據(jù)，利用ABAQUS有限元軟件對(duì)單根頂管和小間距平行頂管三維有限元模擬，考慮頂進(jìn)時(shí)管土相互作用的接

6、觸面。研究結(jié)果表明：?jiǎn)喂茼斶M(jìn)時(shí)，開挖面的前方土體基本不發(fā)生變形;開挖面的后方，土體發(fā)生沉降，同時(shí)隨著頂程增加，最大沉降值也在變大，且最大沉降值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值相差較??；地表變形以沉降為主，隨著頂程繼續(xù)增加，地表變形繼續(xù)下沉，沉降的最大值在頂管軸線上方并向兩邊擴(kuò)散；多根管道頂進(jìn)，對(duì)地表沉降會(huì)產(chǎn)生疊加的影響，且第二根管在第一管下方時(shí)對(duì)沉降槽的變化趨勢(shì)產(chǎn)生影響，使沉降槽曲線呈現(xiàn)出左邊“寬大”，右邊“度小”的現(xiàn)象，而第三根管道在第一根管道上方時(shí)，對(duì)