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顶管易胜博官网引起地表变形规律的分析-连载4 实测数据
2018-12-13 10:36:59
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4.4 计算模拟结果与实测数据对比分析


这里选取开挖至z=-6m处的计算结果与实测结果进行分析。



4.4.1 地表竖向位移沿顶进方向的变化规律


为了解在顶进荷载作用下地表土体的位移变化规律,分别在地表(y=6.535m)处分别选取:x=0.0m,1.33m,2.0m,3.99m,6.4m处为研究对象,得到的结果如图13所示。


从图13可以得出地表隆起值沿顶进方向的变化规律:


在靠近推进面一定范围内,地表隆起迅速增加并达到峰值,随后逐渐下降,随着离推进中心线的距离越远,地表隆起值的增加及衰减速率都有所下降。


地面隆起时最大值并不是出现在轴线的正上方,而是在推进面前方2.0m(约1.0D)左右处。


在推进面的后方,由于反对称性,地表产生沉降,其变化规律与推进面前方地表隆起的变化规律相似,但是产生的沉降比推进面前方最大隆起值要大,主要原因是开挖面距离工作井比较近,工作井的土体在工作井易胜博官网时受到很大的扰动,并且由于地层损失,引起顶管顶进时沉降值较大,这与实测结果如图9~图12的变化一致,但实测最大隆起值为7点的值为18mm,计算结果为2mm,主要原因是计算模型假定土体为各向同性弹性体。


图 13 地表竖向位移沿 z 轴的变化规律



4.4.2 地表竖向位移沿水平方向的变化规律


土体在推进力作用下受到挤压作用,该挤压作用使得顶进轴线上方的土体隆起,左右的土体向两侧挤压。


由图14可以得出:

沿垂直于管道轴线方向,地表竖向位移在管道轴线方向上最大,表现为地表隆起,向水平方向(即左右两侧)对称递减,正面附加推进力使推进面土体产生明显的“拱”效应,离推进面越近,起“拱”效应越明显,但地面隆起时最大值并不是出现在轴线的正上方,而是在推进面前方2.0m(约1.0D)左右处。


而在推进面的后方,则出现明显的沉降槽,曲线形状与Peck公式计算地面沉降曲线较吻合,且这里沉降槽在z=-2m处最为明显,主要是由于z=-2m处距离工作井很近。


这里选取了断面3的实测沉降曲线如图15所示,最大沉降值为-18mm,计算模型为-6.3mm,这个差别主要由于计算模型的假定引起起“起拱”效应的影响范围在10m左右以内,相当于2~3倍洞径。

图 14 地表竖向位移沿 x 轴的变化规律



图 15 断面 3 地表沉降图


图15左右两侧沉降不对称是由于顶管向左侧偏斜引起的。



4.4.3 轴线方向竖向位移沿顶进方向的变化规律


竖向位移沿z轴的变化规律见图16。


由图16可以得出:


不同覆土层厚度的竖向位移不同,在接近管壁处(y=0.0m)的位移最大,其变化趋势也最明显,沿着y轴方向,竖向位移减小,其衰减的速度不一样,在距离管道轴线越远,衰减的速度越快。


地表的位移并不是最大的,主要是由于顶管采用手掘式顶管易胜博官网,轴线处和管壁处的土体受到比较大的附加应力而产生大的位移,随着附加应力沿垂直方向在土体中扩散,地表的位移最小。


这个变化规律与易胜博官网现场的监测变化趋势完全吻合(形状为“弓形”)。此处“弓形”形状很明显,主要是由于选取的节点较多而密集。


图 16 竖向位移沿 z 轴的变化规律( x = 0. 0)



4.4.4 地表水平位移沿水平方向的变化规律


顶管易胜博官网引起的土体变形是三维的,不仅有竖向位移,还有沿推进方向的水平位移。土体在推进力作用下受到挤压作用,左右的土体则向两侧挤压。


地表水平位移沿x轴的变化见图17


由图17可以得出:


最大的轴向水平位移并不是发生在工具管上方,而是在工具管左右两侧约4m处,相当于1.5D(D为管道直径)处,这与顶进时轴向附加应力引起的扩散效应是相一致的。


离工具管越远轴向水平位移越小,其衰减速度越慢,影响范围要宽。并且最大横向位移沿着管道轴线方向并不是在开挖面,而是在顶进面后方约1.5倍管道直径处。这与现场实测数据吻合。


图 17 地表水平位移沿 x 轴的变化



4.4.5 不同注浆压力作用下的地表变形规律


不同机头压力下的地表变形(此处机头位置在z=-6m处)见图18。


从图18可以得出:


机头压力对地表变形产生了重要影响。


机头压力越大,地表变形的隆起值越大,其隆起的最高点距机头所在的位置越远。机头压力增大会使机头前方上体的变形增大,影响范围也增大;而对于机头后方的土体,机头压力越大,其沉降也越大,但沉降值小于隆起值。


图 18 不同正面推进力作用下的地表变形



5 结论


本文运用ANSYS有限元软件分析了顶管易胜博官网引起的土体的运动,探讨了顶管易胜博官网引起地表变形的规律,得出地表变形的最主要的影响因素是正面附加推力、工具管和后续管道与土体之间的摩擦力和土体损失。结论如下:


1)顶管易胜博官网引起地表变形主要是上述各因素综合作用的结果,在三者共同作用下引起的地表变形不是三者单独作用下引起的地表位移的简单相加,而是要比三者单独作用之和要小,反映了三者对土体作用的藕合性。


2)地表竖向位移沿顶进方向的变化规律:在推进面前方土体隆起,在推进面后方土体发生沉降,最大隆起位置位于工具管前方约1.0D处,且地表最大沉降值要大于最大隆起值。


3)地表竖向位移沿垂直于隧道轴线方向有明显的“拱”效应,影响范围为约2~3倍洞径。


4)地表横向位移最大不是在工具管上方,而是距轴线约1.5D处,且离工具管越近,水平位移越小。


5)正面推进力越大,引起的地表沉降和隆起值越大。


6)由于有限元数值模拟顶管开挖时做了一些基本假定,计算结果与实测数据有些差距,这也是以后需要进一步探讨的问题。



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