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大断面矩形顶管摩阻力计算方法与顶力预测
| 论文题名： | 大断面矩形顶管摩阻力计算方法与顶力预测 |
| 关键词： | 矩形顶管;摩阻力计算;顶力预测;触变泥浆性能;仿真分析;地表沉降 |
| 摘要： | 随着我国城市化进程加快，地铁修建不可避免穿越城市密集区，顶管法因其产生的沉降小、施工工艺简单、施工速度快等优点得到了广泛推广，被用于地下通道、市政工程的开挖作业中。 相同截面面积下矩形顶管相比于圆形顶管因其空间利用率更高，利用更加广泛。 在顶管工程中顶力作为顶管前进的动力，是顶管工程的控制性因素，顶力预估的准确与否直接影响着后背墙、管节的设计强度及千斤顶选型。 顶管工程中顶力主要用于克服管节与土体间的侧摩阻力以及掌子面处的迎面阻力，迎面阻力主要与管节埋深及地层性质有关，可通过公式准确计算出来。侧摩阻力则随顶管顶程的增大不断增大，工程中通过在管节与土体之间注入减阻泥浆来降低侧摩阻力，而减阻泥浆的不同材料、配比及浆液不同分布形态影响着侧摩阻力。基于此，本文以昆明地铁4号线菊华站出入口顶管工程为依托，通过公式推导、试验研究、数值模拟，并结合现场实测数据对黏性地层大断面矩形顶管工程侧摩阻力进行计算并预估顶力。主要研究内容及成果如下： （1）通过现场调研对管-浆-土三者接触状态进行分析，建立管-浆-土不同接触状态模型，基于管-浆-土剪切摩擦机理并考虑顶管埋深影响，分别采用土柱理论及普氏拱理论对顶管深浅埋土压力进行计算并推导出侧摩阻力计算公式，进而形成矩形顶管顶力计算公式。 （2）采用控制变量的方式分别研究了膨润土、纯碱、CMC三种材料不同配比对浆液粘度、析水率、失水量、泥皮厚度以及管-浆（接触面混凝土涂蜡）摩阻特性指标影响，得出了在黏性地层触变泥浆中膨润土最佳含量为12%~16%，纯碱最佳含量为0.2%~0.4%，CMC最佳含量为0.1%~0.2%。 （3）进行了管土全接触（分为混凝土与土接触面无蜡及有蜡）试验，试验表明在与黏土接触面混凝土表面涂蜡能有效降低摩阻力，对比无蜡条件，摩阻力降低46%。 （4）基于位移控制法，采用FLAC3D软件精细模拟矩形顶管顶进过程，通过对比实测顶力数据，发现数值模拟能较好的模拟顶管顶进过程，在管-土之间加入触变泥浆能减小顶力。 （5）通过工程实例对比分析提出的矩形顶管顶力计算公式与现有的顶力计算公 式，结果表明提出的公式计算结果能有效包络工程实际顶力值，能较好预估顶力。 通过对现场监测顶管上方地表沉降数据分析，得到了管节纵向位移沉降规律；通过对管节实测内力数据分析，结果表明：管节外因受摩阻力较大造成管节外侧所受内力较大。 |
| 作者： | 周载延 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 古松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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