大直径四排平行顶管地表沉降数值模拟研究①

安刚建, 董 聪, 林 键, 曹广勇

(1.中铁四局集团第四工程有限公司,安徽 合肥 230000;2.安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室,安徽 合肥 230601;3.安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601)

0 引 言

随着科技的进步和社会发展的需要,顶管工程向着大直径、近间距、平行多排的趋势发展,在多排平行顶管中先施工顶管会对后施工地表沉降产生扰动,国内外学者为此采用经验公式法[1-2]、模型试验法[3]及实测数据分析法[4-5]、理论计算分析法[6-7]和数值模拟法[8-11]进行了研究。

以海口美兰国际机场二期扩建场外排水工程为背景,采用Abaqus数值模拟软件对四排大直径、近间距的平行顶管先后施工引起的地表沉降进行研究,探讨先后施工顶管引起地表沉降的差异,得到多排平行顶管施工引起的地表沉降规律。

1 工程概况

海口市美兰机场二期扩建场外排水工程顶管段总长为6050m,顶管每节长度2.5m,由C50混凝土制成,管节外径为4700mm,管壁厚34mm,顶管机外径为4740mm,长为5640mm。顶管横向间距仅为3100mm,属于小间距的多排平行顶管,管节分布图如图1所示。

图1 顶管工程横断面图

2 数值模型

2.1 模型建立与假设

土体模型沿开挖方向长度设置为50m,宽度为100m,高度为40m,土层分别为粉质黏土、粗砂、粉质黏土和生物碎屑砂,如图2a所示。距离上表面16m处开挖,顶管顶进长度为50m,为准确研究顶管开挖引起的地表沉降和消除边界条件带来的影响,仅对顶管中间4节管节施工进行模拟。工具管跟后续管节存在着半径为20mm的管径差,在模拟中用泥浆用等代层予以简化代替,图2b所示。……