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青海顶管施工引起的地面变形分析

编辑:青海海路机械顶管工程有限公司时间:2019-05-30

青海顶管施工引起的地面变形分析


   近年来,青海顶管施工技术在中国得到迅速发展,并广泛应用于青海给排水管道工程,但青海顶管施工中土体的扰动机理及土体性状的变化有待深入研究与探讨.在前人的基础上,研究了青海顶管施工引起土体扰动的机理,提出了更加准确的土体扰动分区图.对某青海顶管工程进行了现场监测,内容包括地面变形、深层土体移动、孔隙水压力、土压力、地下水位以及青海顶管施工现场记录.测试结果表明土体扰动受土质条件、施工技术和现场控制程度的影响,其中现场控制程度(包括顶力、土压力、管线纠偏和注浆压力)的影响最大.土压力、孔隙水压力、地下水位、地面变形及深层土体移动的变化都跟掘进机与测试断面之间的距离有直接关系.当掘进机离测点还有一段距离(6~7 m)时,土压力、孔隙水压力和地下水位上升达到峰值.地面隆起及深层土体移动则是在掘进机尾部离开测点时达到最大,随后总体上呈下降趋势.现场测试结果很好地验证了土体扰动理论.



 


 青海顶管施工过程中产生地面变形的根本原因是青海顶管施工对周围土体的扰动,地面变形由一下五个部分组成:

 

    (1)掘进机到达前的地面变形

 

    当掘进机离测点较远时,由于刀盘的切削搅拌、振动,会对土体产生扰动。土体颗粒之间存在孔隙(孔隙中含有水和空气),在扰动作用下,孔隙中的水和气体被排出,土体颗粒相对移动,土体产生一定的压缩,地面会出现微小的沉降。

 

    (2)掘进机到达时的地面变形

 

    当掘进机距离很近时,位于掘进机正前方的土体,受到千斤顶推力的挤压、刀盘的切削剪切力以及振动荷载的作用,应力状态十分复杂。

 

    (3)掘进机通过时的地面变形

 

    当掘进机通过时,掘进机外壳与土层间会形成剪切滑动面,剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力,剪切应力引起地面变形。推进速度越快,剪切应力越大,周围土体位移也越大。

 

    (4)掘进机通过后的地面变形

 

    为减小摩擦阻力,后续管节的直径比掘进机的直径要小2-5cm。所以,当掘进机尾部通过后,管道周围的土体要向管壁移动,以填补后续管节外围的间隙,这样就会引起土体移动。为保持土层稳定及减小摩阻力,施工过程中必须在管节外周注浆,并保持适当的注浆压力。因此,这部分土层位移与间隙的大小、注浆压力、注浆方法等因素有关。

 

    (5)受扰动土体再固结引起的地面变形

 

    青海顶管管道周围土体受施工扰动后,将形成超静孔隙水压力区。在掘进机离开该区后,超孔隙水压力下降,孔隙水消散,土体发生固结作用,引起地面沉降。这部分为主固结沉降,随后,土体仍会产生蠕变,发生次固结沉降。


通过对青海顶管工程的现场试验,得到了青海顶管施工对土压力,孔隙水压力,水位以及深层土体位移和地表位移的影响,从中得出了青海顶管施工对土体扰动的大小及其扰动范围的规律,并从理论上分析了原因,为青海顶管工程的应用提供了参考.