浅论顶管施工引起的地层移动与变形控制研究

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1、南京工业大学硕士学位论文顶管施工引起的地层移动与变形控制研究姓名：吴修锋申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：韩选江20040525南京工业大学硕士学位论文摘要顶管作为一种现代化敷设管道的施工方法，越来越多地受到工程界的重视。主要原因在于它可避免施工对铁路、交通和人流的影响、大量的土方工程及对轴线附近的建筑设施和风景区的破坏。但是，无论采用何种施工方法，地下管道工程施工都不可避免地产生地层运动，尤其是地面沉降。若这种地层移动与地面沉降过大，将会直接影响地下管网设施与地面建筑物的安全使用。本文以南京30万立方米／R的污

2、水处理顶管系统工程为背景，通过现场测量、力学分析、数值模拟对顶管顶进土体变形机理与变形规律，影响地面变位的因素，减小对周围环境的影响与地面变位的各种施工控制措施进行全面探讨，为以后类似顶管设计与施工提供参考。具体内容如下：1．结合大型污水管网工程的实际施工特点，分析了顶管施工在顶进过程中对土体扰动的力学机理及天然土体所发生应力状态的变化。相应于原始应力状态变化情况可将其分为几个不同的区域。分析了扰动区应力状态的变化、扰动区土体性质的变化、地层移动原因及地表移动规律。2．运用MATLAB6．』程序平台，基于MINDLIN解

3、的基本算法，编制了实用计算程序(PPJKING)，结合南京城北污水收集系统工程W14．W16标段的顶管工程，分析在顶管顶进施工过程中，顶进正面土体在顶进荷载作用下产生的“拱”效应，探讨起“拱”范围与周围土体的应力状态。利用数值拟合与图形的明暗插补方法给出了顶进施工时土体沿任一路径的应力分布曲线与地层移动状态图。3．利用ANSYS软件对顶管施工引起地层移动进行三维有限元分析，将土体假定为理想弹塑性体，模拟分析了在正面推进力、地层损失、管道与土体间的摩擦剪切力作用下及三者共同作用下覆盖层深度范围内土体的三维运动，并将模拟结果

4、与实测结果进行分析比较。4．基于以上工作基础上，深入分析了各因素对周围环境的影响程度与范围，并给出了在顶管施工中为减小作业干扰带来的环境危害应采取的有效施工控制措施。以实现环保型地下项进施工，为同类工程设计与施工提供参考。关键词：顶管_1：程，扰动机理。地层移动，地面沉降，三维有限元，旖工控制摘要ABSTRACTPipejackingconstructionmethodisbeingpaidmoreandmoreattentioninengineeringfieldwhenpipeconstructed，Thedomin

5、atingreasonisthatitCanavoidinterferingwithrailway,trafficandcrowd，italsocandecreaseearthworkandavoiddestroyingstructuresandscenicspots．However,pipejackingconstructioninevitablyresultsinstratummovement，especiallysurfacesubsidence，whichwillmenacethesecurityofunderg

6、roundpipelineandadjacentbuildingsifthesettlementisverylarge．、Thispaperisbasedonthepipe-jackingprojectinthenorthofNanjingcityforsewagedisposalfactorycapacityof300000m3perday．Byin·situmeasure，mechanicsanalysis，FEAnumericalsimulation，asystematicresearchiSmadeonthede

7、formationmechanismandregularityofsoil，theinfluencefactorsofgroundmovement，thedifferentcontrolmeasurestodecreasestratummovementandinfluenceonsurroundingsduringpipe-jackingconstruction，allthesewillofferreferencetodesignandconstructionofothersimilarprojects．Themainc

8、ontentofthethesisisasfollows：1．Combinedwiththepracticalconstructioncharactersoflargepipejackingprojectofsewagecollectingpipenets，themechanicsmechanismandthevar