顶管施工力学效应的数值模拟分析

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1、第22卷第3期岩石力学与工程学报22(3)：400～4062003年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch.，2003*顶管施工力学效应的数值模拟分析黄宏伟胡昕(同济大学地下建筑与工程系上海200092)(俄亥俄州立大学哥伦布美国)摘要近年来，在城市繁华以及跨越河流等地段，各类地下管道(隧道)采用顶管施工已显示出无比的优越性。随着市政建设的需要，顶管施工对周围环境的影响已引起人们足够的重视。为此，就顶管施工过程引起的力学效应进行了讨论。采用3D数值分析方法对机头正面推力、地层损失、注浆

2、以及共同作用等进行模拟，旨在了解顶管施工引起的环境力学效应，为采取措施减小这种影响提供依据。关键词土力学，顶管施工，正面推力，地层损失，注浆，数值分析分类号O319.56文献标识码A文章编号1000-6915(2003)03-0400-073DNUMERICALANALYSISONCONSTRUCTIONMECHANICSEFFECTOFPIPE-JACKING12HuangHongwei，HuXin12(DeptmentofGeotechnicalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092China)

3、(TheOhioStateUniversity，Columbus，USA)AbstractInrecentyears，pipe-jackingmethodisbeingusedtoconstructvariouskindsofundergroundtubesortunnelsmorepopularlyinurbanareaorwhencrossingriver.Duetothedevelopmentofmunicipalengineering，muchmoreattentionshouldbepaidtotheeffectofpipe-jacki

4、ngoncloserenvironment.Theconstructionmechanicseffectsofpipe-jackingwithearthpressurebalanceareanalyzed，forinstance，thebulkheadpressure，stratumloss，andgrouting.Then3DFEMisemployedtocalculateadditionalstressofsurroundingsoilandsurfacedeformationcausedbyexcessivebulkheadpressure

5、，stratumloss，groutingandtheircompositeoperation，respectively.Thestudyillustratestheeffectscopeeitherinlongitudinalorintransversesectioncausedbydifferentelementsofpipe-jacking，whichcanhelpresearcherstounderstandtheenvironmenteffectofconstructioninmoredetail.Andatthesametime，th

6、equantitativeresultsandsomediscussionscanmakeforin-situengineerstomakedecisionsontheirownfortheseeffectsinadvance.Keywordssoilmechanics，pipe-jacking，bulkheadpressure，stratumloss，grouting，numericalanalysis附加应力或变形的影响，国内外已进行了大量的研[3～14]1引言究，这些研究一般主要就单一的影响因素，或建立经验公式，或现场实测进行分析。而顶管施

7、工近年来，随着我国市政建设的发展，各种城市对土体及构筑物是一个复杂的土体扰动过程，分析[1，2]地下管道(隧道)采用顶管法施工正日趋上升。顶各种可能的因素及其共同作用下的力学效应至关重管施工对周围土层及环境构筑物的影响(尤其在市要。另外，考虑到土压平衡式顶管机目前在广泛应区)，愈来愈受关注。针对其施工的力学机理，引起用，本文的研究主要侧重于土压平衡式。地面的沉降或隆起，以及施工对周围邻近构筑物的对土压平衡式顶管机，其在推进中可能对周围2001年6月14日收到初稿，2001年10月1日收到修改稿。*国家自然科学基金(5029032)资助项目。作者黄

8、宏伟简介：男，35岁，博士，1993年毕业于同济大学结构工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程与地下结构工程方面的教学和研究工