电力浅埋顶管施工引起的地表变形研究

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顶管施工具有占地面积小,工期短,经济成本低等优势,广泛应用在管道铺设工程中。而管道开挖也不可避免造成路面变形坍塌危害,本文依托佛山顺德地区110千伏碧江输变电顶管工程,对浅埋小直径顶管隧道在饱和粉质粘土地层中施工引起的地表变形规律研究,主要工作内容与研究成果如下:(1)阅读学习顶管工程领域相关文献书籍,分析顶管隧道施工土体原因,总结出地层损失和土体再固结的扰动机理,并得出地表变形扰动分区、横向沉隆范围的空间效应和土体纵向变形时间变化规律。(2)采用ABAQUS有限元软件,建立了顶进距离为18m,管道直径1.84m的三维隧道模型,结果表明,土体横断面竖向位移与Peck沉降槽公式一致,管道轴线处水平位移最大,土体背离管道移动,被侧向挤出,而管道顶部和管道底部处则靠近管道方向移动。在轴向方向,工具管机头附近土体地层损失有负的轴向位移,而机头前方和后续管节在摩擦力和正面推力作用下则有正的轴向位移。土体应力变化曲线呈现“M”字,管侧土体应力增大,而管道上方和下方土体应力减小。对比不同工况对地表沉降的影响,并对注浆压力取值进行探讨,发现当注浆压力取0.9~1.1倍上覆土重时,土层扰动较小。管道上方和下方土体应力释放,产生负的超静孔隙水压力,但管道顶部处土体应力释放比管道底部小,管侧和工具管前方土体受到注浆压力和管身支护作用,产生正的超静孔隙水压力。(3)展开室内触变泥浆配比和直剪试验,结合控制变量法,研究泥浆各组成成分含量对性能的影响,得出最佳配合比为膨润土:CMC:纯碱:水=8%:0.10%:0.05%:91.85%,同时把泥浆与原状土以不同比例混合,与C50混凝土板进行直剪试验,分析触变泥浆的减阻效果,得出1.5:1的浆土混合比例管壁摩擦系数为0.15,比较原状土与管壁摩擦系数减少49.6%左右,减阻效果较好,符合实际工程经验取值。同时通过亚克力玻璃板制作的模型箱试验,对顶管施工的地表变形规律有了定性的认识。
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