顶管法作为一种非开挖施工方法,有很多优点,在各个领域都得到了广泛的应用。但是顶管施工不可避免的会产生地面和地下土体的移动,即沉降和位移。地面沉降是危及周边建筑和设施的主要因素,过大的地面沉降对周边环境和构筑物的破坏往往是致命的。为了使长距离顶管顺利顶进并控制沉降,须要在施工过程中注入膨润土泥浆。注浆可以减少管壁与土体的摩擦,填补土体空隙防止土体坍塌减少土层移动。本文以上海华夏西路电力顶管隧道为工程背景,对膨润土泥浆的性能及作用机理、顶管施工工艺和合理控制地表沉降进行研究。主要研究内容包括:1.膨润土泥浆的性能研究。本文对泥浆的结构特点、泥浆作用效果进行了研究,并结合模型试验提出了注浆参数优化方案。2.通过三维有限元模拟顶管施工过程,为了避免不恰当的注浆参数可能引起的注浆与江水串通导致严重后果,本文对注浆量、注浆压力提供合理的施工参数。通过模拟隧道穿越黄浦江两岸防汛墙,分析了顶管掘进机在穿越防汛墙时,由于墙体的挡土作用导致一定距离范围内的土体位移场、应力场异化。3.大断面顶管管环受力建模及优化分析。偏压及接触挤压会引起应力集中加剧,对管片强度产生不良影响。为缓和应力集中效果,优化垫片参数、合理选择垫片。4.通过分析顶管施工引起的土体扰动机理,结合工程情况对地表位移和建筑物沉降进行监测,分析监测结果、总结沉降分布规律。采取合理的施工参数沿顶管轴向及周边建筑物的沉降值都控制在很小的范围内。