顶管施工技术作为一种非开挖的地下管道施工方法,由于其成本低、对周围环境影响小、施工周期短等优势,近年来被广泛地运用在城市地下空间开发工程中,但目前我国对于滨海地区复杂地质条件下浅覆土超大矩形断面顶管施工经验较少,施工时多以深覆土小断面的矩形顶管施工经验为依据。本文以福州市白马路下穿矩形顶管工程为背景,通过室内试验、数值模拟、现场实测相结合的研究方法对滨海地区复杂地质条件下浅覆土超大矩形断面顶管工程的减摩泥浆配合比和施工参数展开研究。主要研究内容和成果如下:(1)通过设计不同配合比的减摩泥浆进行泥浆性能试验,得到膨润土和聚丙烯酰胺对泥浆性能的影响规律,结合福州市白马路下穿超大矩形断面顶管工程,进行泥浆配合比优化和减摩效果测试模型试验,得到工程场地条件下淤泥地层顶管施工的优质减摩泥浆的配合比是膨润土:水=1:9,砂土地层中的优化减摩泥浆配合比是膨润土:聚丙烯酰胺:水=1:0.00625:11.494和膨润土:聚丙烯酰胺:水=1:0.0125:11.487。(2)总结前人对顶管法施工数值模拟经验的基础上,对有限元模拟顶管施工的方法进行优化,结合无注浆工况下的顶管施工,分析了减摩注浆的作用机理。通过对土体扰动的规律分析得到地表沉降槽曲线呈正态分布,距管径4倍以外可忽略顶管施工的影响。(3)对不同掌子面支护力、不同浆液特性、不同注浆压力条件下的顶管施工过程进行了三维有限元数值模拟,得到以下几点结论:1)掌子面上采用梯度的面力荷载形式可有效地减小顶管施工对土体的扰动,而且当掌子面上支护压力小于侧向静止土压力值时,掌子面前方土体出现沉降,当支护压力大于1倍的静止土压力值时,土体隆起量主要发生在掌子面前方2B(B为矩形顶管高度或宽度的较大者)范围内,最大隆起量均在掌子面前方5m处;2)顶管底部外壁面受到摩阻力最大,顶管上方受到的摩阻力较小,顶管两侧受到的平均摩阻力大于顶管上方受到的摩阻力;3)注浆压力小于上覆土重时,顶管上方土体沉降大,特别是离开挖区域较近的土体,但若注浆压力大于1.1倍上覆土重,则会导致地表出现较大的隆起变形。(4)通过对福州市白马路下穿矩形顶管工程监测数据分析,在路面车辆行车荷载的作用下,顶管施工引起的沉降变形并非完全左右对称;顶管施工中设定的土压力过大会导致前方路面隆起,设定的土压力过小会导致前方路面沉降;顶管施工过程中长时间停工和开槽会导致后续重新顶进时阻力增大、顶进困难且产生较大的土体扰动。通过对数值模拟结果和现场监测数据的对比分析验证了优化有限元数值模拟的可行性和有效性,从而验证了本文提出的优化工程设计和施工参数的正确性。