软土中4m直径混凝土顶管施工管土受力特性测试与分析

摘要

随着顶管技术的不断发展，顶管工程正逐步向超大直径、深覆土、超长距离顶进的方向发展，新趋势条件下顶管施工管土受力特性将不同于中小直径及浅覆土条件下的顶管工程。已有文献利用数值模拟方法对直径4m的顶管管道受力特性进行了分析，但对4m直径顶管管土受力的实测研究目前尚未见文献报道。
　　本文结合我国最大直径混凝土顶管工程，对4m直径顶管施工管道环向内力、管壁接触压力、管周水土压力等进行现场测试，并对实测结果进行了系统地分析和研究。本文主要研究内容和成果有：
　　（1）采用2D有限元方法对4m直径顶管管土受力特性进行了分析。分析内容包括管道内力、管壁接触压力、管周水土压力等随顶进过程的变化发展规律，以及注浆压力参数对管壁接触压力分布的影响，研究结果为现场测试方案的确定提供了理论指导。
　　（2）基于现场实测结果对4m直径顶管管道受力特性进行分析。分析表明，管道在施工过程中环向受力不大，以压应力为主并随工况呈波动变化；管道在注浆、纠偏等复杂工况下基本处于偏心受压状态；管壁接触压力分布较为均匀，受注浆影响管侧接触压力大于管顶，管底最大。
　　（3）结合已有文献的研究成果，对管壁接触压力分布模式和管道的尺寸效应进行分析。得出结论，我国顶管规程中管道侧向土压力采用主动土压力计算的结果被低估，管底土反力采用120°范围内的克莱茵理论计算结果使反力集中而被高估，均会造成结构内力设计值偏大；除了所处土层条件不同以外，管道尺寸的不同是造成大、小直径顶管受力差异的主要因素。
　　（4）基于现场实测，研究了4m直径顶管顶进施工时管周土体的受力变化规律。结果表明，管周水土压力随着机头接近的变化发展规律可以直接反映周围土体受扰动程度；机头与管道尺寸的差异会造成管周水土压力的剧烈变化；施工对管周土体受力的影响程度与离管道的距离有关，离管道轴线2倍直径距离以外的土体基本不受影响；泥水平衡式顶管施工对管周土体的扰动影响小于土压平衡式顶管施工。
　　本文对超大直径顶管施工管土受力特性做出了新的研判，所采用的现场测试方案、测试分析结果以及得出的结论，对今后类似规模直径的顶管工程研究和超大直径顶管设计具有重要的参考价值。

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上海交通大学硕士学位答辩决议书

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第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状

1.3本文研究内容

第二章 4m直径顶管管土受力特性分析

2.1 引言

2.2 4m直径顶管管道受力特性数值模拟

2.3 有限元数值计算结果分析

2.4 本章小节

第三章 4m直径顶管管道受力特性实测分析

3.1 工程概况

3.2 实测方案

3.3 工程实施情况

3.4 实测结果与分析研究

3.5 管道受力模式对比和尺寸效应的讨论分析

3.6 本章小节

第四章 4m直径顶管管周土体受力特性实测分析

4.1 引言

4.2 工程概况

4.3 工程实测方案

4.4 工程实测结果与分析

4.5 管周土体受力影响区域分析

4.6 本章小节

第五章 总结与展望

5.1主要成果与结论

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文