顶管施工过程有限元分析研究

• 作 者: 方坤
• 机 构: 中国地质大学(武汉)
• 出 处: 中国地质大学(武汉)
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 顶管施工 非开挖技术 土体变形机理 有限元分析

随着城市的发展，地面空间的使用越来越受到限制，大量管线通过城市上空，地下污水、自来水管道的铺设采用常规的明挖方法严重扰乱了本来就很拥挤的城市生活。非开挖的方法受到越来越多的欢迎。顶管法是非开挖的重要形式之一，尤其是在大口径地下工程中的应用，其优点更加明显，但是顶管法作为大口径非开挖的一种，就不可避免的会对周围的土体产生很大的扰动，处理不好就会影响到路面及其周围的建筑物的安全，尤其是遇到地下有复杂管线分布的时候，由于对地层的扰动，解决不好就会造成重大损失。
本文针对顶管这种新型的非开挖技术在施工中产生的问题，首先总结了到目前为止，国内外常用的顶管工艺，以及世界各国专家对顶管产生的土体变形机理的分析研究。
结合武汉市第一例大口径顶管工程一汉口后襄河污水管道处理工程，对整个施工现场进行了详细的现场监测。收集到了顶管过程中顶管对地表位移的影响、顶管施工过程中土压力的变化以及随着顶管距离的增长其后背油缸的顶进压力变化情况数据，并对收集到的数据进行分析整理，从分析的结果得出有利于以后顶管施工工艺改进的结论。
结合大型通用有限元分析软件ANSYS，用有限元的分析计算方法通过建模，采用二维模型，对施工完成后地表应力应变情况、不同的地基路面对顶管施工的影响进行了模拟，并将模拟得到的结果与监测值进行分析比较得出结论。采用三维模型主要分析了在顶进过程中地层的应力应变情况、机头受到不同的迎面阻力情况下对地表的影响，并对这两种情况进行分析整理得出结论。
最后，通过对现场得到的数据和室内软件模拟得到的数据进行了总结，提出了若干条对顶管施工工艺具有指导意义的理论措施，以及在今后进行顶管工程施工中应该注意的的若干问题。本文得出的改进施工工艺和施工措施，对今后类似的工程具有借鉴和参考作用。