并行矩形顶管施工管土相互作用及扰动控制机理研究

As a kind of trenchless technology developed from the traditional pipe jacking, rectangular pipe jacking method has a broad prospect of application. It has significant advantages in the construction of city tunnel engineering and utility tunnel engineering. Due to the specificity of rectangular pipe jacking structure, the mechanism of pipe-soil interaction and construction disturbance is quite complicated during construction. And the current design theory of pipe jacking cannot truly reflect the mechanical characteristics of rectangular pipe jacking structure. According to what mentioned above, a technical research is put forward on parallel rectangular pipe jacking engineering. And the research will be carried out basing on the methods of theory analysis, model test and numerical simulation. The pipe-soil interaction mechanism of rectangular pipe jacking is analyzed, and the calculation model and analysis method of rectangular pipe jacking force will be established. Then the transverse and longitudinal deformation of rectangular pipe jacking during construction is studied, and the construction mechanical properties of rectangular pipe jacking is illustrated, which will be verified and improved by the model test method. In addition, the stability control method of ground deformation reflecting the mechanical characteristics of rectangular pipe jacking will be put forward. The research results will certainly rich and improve the design theory of rectangular pipe jacking, and help to provide scientific basis for the design and construction of correlation engineering, and promote the development of trenchless engineering theory.

矩形顶管作为一种从传统顶管基础上发展起来的非开挖技术，其在城市隧道和综合管廊工程建设中已展现出显著的优越性，应用前景广泛。由于矩形顶管结构形式的特殊性，其顶进过程管土相互作用和施工扰动机理复杂，现有顶管设计计算理论未真实反映矩形顶管结构的施工力学性态。本项目以并行矩形顶管为研究对象，综合运用理论分析、模型试验及数值模拟等技术手段，分析矩形顶管施工管土共同作用机理，建立矩形顶管顶推力计算模型和分析方法，探究并行矩形顶管施工变形及相互影响规律，明确矩形顶管施工整体力学性能。在此基础上通过试验进行验证和完善，分析其施工扰动机理，提出能够较为真实反映矩形顶管力学性态的地层变形稳定控制方法。研究成果将丰富和完善矩形顶管设计计算理论，为工程设计施工提供技术支撑，促进非开挖工程学理论的发展。

随着隧道与地下工程技术的快速发展，为适应地下空间的高效利用、优化地下管线埋置等问题，矩形顶管施工技术逐渐被广泛应用，由于特殊的施工环境与工程建设需要，不可避免的采用并行矩形顶管工程方案。并行矩形顶管施工相互影响，对地层扰动复杂，本项目综合运用理论分析、模型试验和数值模拟方法，对并行矩形顶管施工地层扰动规律与力学特性进行了分析探讨。研究了矩形顶管施工管土接触分析模型，基于相关理论给出了矩形顶管管节与土体的摩擦阻力计算公式，提出了矩形顶管在不同理论情况下的顶进力计算方法，并探讨了其在工程中的适用性；基于相似理论，建立了适用于矩形顶管试验的相似准则，设计并制作了矩形顶管相似模型，系统分析了顶管施工过程地层扰动与顶管力学特性，研究了并行矩形顶管顶进施工过程中的地表变形、地层土压力及管节应变规律；结合数值模拟，定量分析了不同顶管尺寸、不同顶进顺序和管间距时，并行矩形顶管管土相互作用特性；设计开展了矩形顶管曲线顶进施工模型试验，研究了不同偏转角度顶进施工时管节结构受力和变形特性，总结分析了应力传递路径和应变规律；针对顶管管节结构，研究了纤维增强混凝土组合构件粘结性能，为大断面矩形顶管管节结构设计和损伤修复提供新的思路与参考；基于整体背土效应理论，研究背土效应规律及其控制方法，分析了注浆体、顶管、土体等材料参数对顶管施工整体背土效应的影响，结合理论公式对背土效应发生进行了预判验证，针对不同因素提出减少地层扰动的相关措施。研究成果可丰富矩形顶管设计与施工理论，为复杂条件下矩形顶管工程项目建设提供理论依据和设计参考，也必将对我国地下工程建设与技术发展起到良好的促进作用。