大断面土压平衡矩形顶管管廊隧道施工参数研究

摘要

近年来，多刀盘土压平衡矩形顶管技术开始广泛运用于我国行人过街地下通道、地铁车站出入口过街通道、下穿城市道路的隧道、地下综合管廊、城市地下商业空间开发等工程中，代表着未来城市矩形断面中短隧道修建技术的发展方向。
　　目前，多刀盘土压平衡矩形顶管机施工参数之间的关系尚不清楚，而且土压平衡控制效率低且受人为主观因素影响较大，有待进一步研究。本文结合包头市经三路综合管廊顶管施工地下工程实例，采用理论分析、现场数据分析等方法，深入分析了矩形顶管的施工参数之间的关系以及施工参数受到不同地质条件影响变化规律，推导了土舱压力与螺旋机转速和顶进速度以及顶力与螺旋机转速和顶进速度的方程，提出了土压平衡比，预期研究成果为矩形顶管法在自治区的推广提供了理论基础与工程经验，主要得出以下结论：
　　（1）基于包头市经三路综合管廊工程地层条件分析了矩形顶管机施工中的特点和难点，得出了土压平衡矩形顶管具有更好的适应性。同时，对三种不同地层施工参数的分布特点进行统计分析，在加固区和砂质黏性地层的波动幅度小于砂砾加片石地层，大刀盘的波动幅度大于小刀盘波动幅度，在砂砾加片石地层顶进过程中，地层条件对刀盘扭矩影响较大，通过向掌子面和土舱里及时注浆，降低摩擦系数对刀盘扭矩的影响，从而降低刀盘扭矩波动对顶力和土舱压力的影响。
　　（2）根据经典力学的理论，对矩形顶管施工参数影响因素进行了分析，通过理论计算方法提出了刀盘扭矩的理论设定值，发现小刀盘额定扭矩值安全储备偏高，建议适当降低小刀盘扭矩的额定值。
　　（3）理论上推导出土舱压力与其它施工参数之间的数学关系表达式，矩形顶管机压力F顶与矩形顶管螺旋机转速和掘进速度的比值有一定的线性关系；土舱压力P与矩形顶管螺旋机转速和掘进速度的比值有一定的线性关系。同时，提出了适合砂质黏性地层土压平衡的控制方法，评价了不同施工控制方法优劣，通过现场采集到的实测数据与理论推导公式对比分析，验证了理论公式的合理性、可靠性。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究的背景及其意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 土压平衡顶管施工参数目前研究的不足

1.4 研究的内容

2 矩形顶管工作原理、系统划分

2.1 土压平衡顶管机的施工原理

2.2 土压平衡矩形顶管的系统划分

2.3 土压平衡顶管机技术参数

2.4 本章小结

3 基于实测数据土压平衡矩形顶管施工参数的研究

3.1 工程概述

3.2 矩形顶管机的选型

3.3矩形顶管机吊装下井方案

3.4施工参数随掘进距离的变化

3.5 本章小结

4顶力、刀盘扭矩、土舱压力预测

4.1 顶力、刀盘扭矩、土舱压力计算

4.2 本章小结

5 土压平衡矩形顶管施工参数的数学物理模型分析

5.1 螺旋机排除天然的土量

5.2 矩形顶管在顶进过程中的连续性方程

5.3土压平衡矩形顶管控制方法的对比

5.4 矩形顶管的力学平衡状态分析

5.5 力与变形的物理方程

5.6 力学总平衡方程

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢