【摘 要】
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随着城市地下空间工程的不断发展,地下顶管隧道工程日益增多。顶管的进出洞是顶管施工安全风险最大的阶段,尤其是在富水砂层中大直径顶管隧道和平行顶管施工,如何选取合理的顶管端头土体加固方式来确保顶管进出洞施工的安全成为了一个重要的研究课题。本文以海口市美兰机场二期改扩建场外排水三排顶管工程为依托背景,针对富水砂层顶管（群）进出洞端头地层失稳和施工技术难题,运用理论分析、数值模拟和现场监测的方式,研究了在
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随着城市地下空间工程的不断发展,地下顶管隧道工程日益增多。顶管的进出洞是顶管施工安全风险最大的阶段,尤其是在富水砂层中大直径顶管隧道和平行顶管施工,如何选取合理的顶管端头土体加固方式来确保顶管进出洞施工的安全成为了一个重要的研究课题。本文以海口市美兰机场二期改扩建场外排水三排顶管工程为依托背景,针对富水砂层顶管（群）进出洞端头地层失稳和施工技术难题,运用理论分析、数值模拟和现场监测的方式,研究了在富水含砂软弱地层中顶管进出洞端头土体的加固范围方式并设计了加固施工方案和工艺,探讨了顶管（群）始发段在不同加固范围下对端头土层稳定性影响,总结了顶管（群）始发地表变形和土体应力的一般规律,本文主要工作与成果如下:（1）研究了顶管施工对土体扰动性质的变化和土体变形的机理,简要分析了地层损失的原因和顶管始发端头土体加固,并进一步确定了顶管端头土体加固构造范围,从土体强度、静力平衡和抗滑移三个方面对顶管端头土体加固进行理论分析确定理论加固范围。（2）通过数值模拟分析了顶管始发破洞时改良加固土体的位移场,其土层滑移面位于洞门前上方;在端头土层加固1～5m,可以有效地减小破洞时的地层滑移值和提升土层稳定性,加固5m时的洞门前端土体最大滑移值为13.48mm;当加固长度超过5m时,加固效果减弱。不同的加固长度下始发破洞时的土层拉应力和剪应力变化幅度很小,变化幅度基本保持在0～0.05MPa之间;而压应力变化相对较大,整体范围为0.762～1.013MPa,纵向加固长度的增大对土体压应力改善较为明显。（3）结合三排顶管始发工程,采用数值分析法探究不同加固施工参数对顶管始发过程中的加固效果影响。管群端头土体纵向加固可以有效的减免顶管始发过程对土体的扰动,随着纵向加固长度的增加,其沉降变形槽不断减小,地层稳定改良效果显著,在超过7m时,其加固效果减弱;端头土体横向加固主要是为加固体提供一定的截面面积来提高土体抵抗外部水土压力的能力,对改善顶管始发过程中造成的地层影响较小,横向加固长度取2m即可端面要求;加固土体粘聚力的提升可以有效地降低顶管破洞始发过程对地表土体的扰动,加固体的粘聚力与地表沉降总体上成负相关,在旋喷注浆成桩时要注重施工工艺和材料选型,保证实测土体粘聚力在260～300k Pa之间。（4）通过数值分析各施工加固参数后,最终确定本工程三排顶管始发端土体加固为:纵向7m,横向2m,土体设计粘聚力280k Pa,采用高压旋喷桩+水平注浆的组合加固方式,能够满足富水砂层顶管始发稳定性要求且留有较大的安全冗余度。（5）通过现场实测地表沉降数据分析,论证了顶管施工土体的变形阶段;由数值模拟结果和现场实测对比可得:数值模拟结果与现场实测数据图形曲线基本一致,对监测结果分析起到了一定的参照作用,验证了模拟的适用性。图[57]表[12]参[63]
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