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)的提升提供了一個良好的平臺，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，在越來越多的隧道施工中采用，該方法的最大特點在于施工安全、地層適應(yīng)性好以及對周圍環(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題。由于管幕預(yù)加固施工是頂進多根頂管，對地層會多次擾動，從而使得管幕周圍土體、建筑物和地下管線發(fā)生變形

2、，過大的變形對周圍建筑物和管線將是破壞性的，因此能有效預(yù)測管幕施工對地表沉降的影響，不僅可以了解管幕施工對地表變形產(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。在頂管頂進過程中，為使長距離頂管順利完工，須要在施工過程中注入潤滑漿液，潤滑漿液在頂管施工過程中主要有兩種作用:一是潤滑漿液可以起到潤滑作用，改變管道與土體之間摩擦特性，使其由干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小掘進阻力;二是潤滑漿液還有支撐土體和填補施工間隙的作用。因此

3、，在施工前準確確定摩擦阻力對頂管掘進機的選型和管道材料的選擇有很大的幫助。頂管施工時管節(jié)之間的相互作用也非常復(fù)雜，通過有效的方式了解到管節(jié)之間的相互作用，對管幕設(shè)計和施工也是有很大的幫助。鑒于上述相關(guān)問題，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)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，采用模型試驗、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法對隧道圍巖管幕凍結(jié)組合預(yù)加固中的管幕施工技術(shù)進行研究，主要針對潤滑漿液的減阻效應(yīng)、管節(jié)之間力學(xué)行為以及管幕施工對地表

4、沉降的影響等進行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用簡易試驗裝置對頂管施工常見的兩種接觸狀態(tài)的摩擦特性進行試驗研究:管-潤滑漿液-土接觸狀態(tài)和管-土接觸狀態(tài)，通過對試驗結(jié)果進行極差分析法分析，試驗反應(yīng)出膨潤土對減阻效果最明顯，且根據(jù)試驗反應(yīng)的基本規(guī)律提出在實際工程中的改進方法。⑵采用多體力學(xué)法并借助有限元軟件ABAQUS進行多體模型分析，通過該方法探討頂管頂進時管節(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

5、而推算出不同頂進距離下的油缸總頂力，其頂力值與工程監(jiān)測數(shù)據(jù)相比基本吻合。通過對管節(jié)之間繞管軸方向的相對轉(zhuǎn)動角和水平作用力研究發(fā)現(xiàn)，在曲線頂管中相對轉(zhuǎn)動角一般比較小，但水平作用力的影響不可忽約，同時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頂力有影響，但摩擦阻力是頂進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有限元軟件對單根頂管和小間距平行頂管三維有限元模擬，考慮頂進時管土相互作用的接

6、觸面。研究結(jié)果表明：單管頂進時，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)場監(jiān)測值相差較??；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散；多根管道頂進，對地表沉降會產(chǎn)生疊加的影響，且第二根管在第一管下方時對沉降槽的變化趨勢產(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，對