【華夏獎】復雜環(huán)境超長超大頂管工程成套施工裝備與技術(shù)研發(fā)及應用
2024-03-12
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近日，2022年度華夏建設科學技術(shù)獎獲獎項目名單揭曉，市住房城鄉(xiāng)建設管理委共有10項推薦項目獲獎。我們將陸續(xù)推出“華夏建設科學技術(shù)獎上海獲獎項目”系列報道，帶您領(lǐng)略上海住房和城鄉(xiāng)建設行業(yè)的最新科技成果。
今天，住建君為您介紹一等獎項目
復雜環(huán)境超長超大頂管工程
成套施工裝備與技術(shù)研發(fā)及應用
頂管法是一種地下工程非開挖施工技術(shù)，不同于盾構(gòu)拼裝管節(jié)，頂管是整根管節(jié)逐節(jié)推進，具有結(jié)構(gòu)整體性強的優(yōu)勢。頂管被廣泛應用于原水管道、污水干線、地下交通等工程建設，與人民日常生活中“食”“住”“行”息息相關(guān)。
近年來，隨著城市化快速發(fā)展和人們對高品質(zhì)生活需求的提升，頂管工程呈現(xiàn)出圓形頂管單次頂進距離越來越長、矩形頂管斷面越來越大的發(fā)展趨勢，面臨以下技術(shù)難題：
1
頂管頂力隨推進距離的增加而逐步增加，周圍土體持續(xù)經(jīng)歷反復加載、卸載狀態(tài)，管節(jié)與土體相互作用三維應力狀態(tài)復雜，目前分析理論還不完善、設計計算偏差大；
2
超長穿越距離和超大頂進斷面使得頂管工程中遇到的地質(zhì)條件更為復雜，長距離頂管土層縱向軟硬不均，大斷面頂管土層上下軟硬不均，對掘進設備的地層適應性要求更高；
3
頂管對土體的切削擠壓會造成土層變形，長距離頂進持續(xù)時間長，大斷面頂進的影響范圍廣，頂管施工糾偏也會加劇土體擾動。在城市核心區(qū)，地下管線密布、地面交通復雜、地上建筑林立，這些敏感環(huán)境的變形控制要求高，對頂管施工控制提出了更高要求。
針對以上技術(shù)難題，項目聯(lián)合1家設計院，2家高校和3家施工單位基于10余項國家和省部級科研項目，開展產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，歷時15年，在復雜環(huán)境超長距離、超大斷面頂管工程方面取得了系列創(chuàng)新性成果。
主要完成單位：上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司、上海市城市建設設計研究總院（集團）有限公司、上海交通大學、同濟大學、中鐵隧道局集團有限公司、上海隧道工程有限公司。
系列創(chuàng)新性成果
分析理論與設計方法建立
針對動態(tài)頂力作用下土體三維應力路徑復雜的問題，提出了考慮應力歷史的，顆粒間應變臨界狀態(tài)本構(gòu)模型，建立了基于動態(tài)頂力作用和管土水耦合效應的理論分析方法，揭示了頂管施工全過程的土體應力與孔壓響應演化規(guī)律。
針對長距離圓形頂管設計中未考慮復雜動態(tài)應力的問題，系統(tǒng)開展了105組數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗，提出了適用于長距離圓形頂管的實用計算方法，并納入規(guī)范。應用于國內(nèi)首條4m直徑長距離混凝土頂管，管節(jié)壁厚優(yōu)化減少20%。