【華夏獎】復雜環境超長超大頂管工程成套施工裝備與技術研發及應用
2024-03-12
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編者按
近日，2022年度華夏建設科學技術獎獲獎項目名單揭曉，市住房城鄉建設管理委共有10項推薦項目獲獎。我們將陸續推出“華夏建設科學技術獎上海獲獎項目”系列報道，帶您領略上海住房和城鄉建設行業的最新科技成果。
今天，住建君為您介紹一等獎項目
復雜環境超長超大頂管工程
成套施工裝備與技術研發及應用
頂管法是一種地下工程非開挖施工技術，不同于盾構拼裝管節，頂管是整根管節逐節推進，具有結構整體性強的優勢。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。
近年來，隨著城市化快速發展和人們對高品質生活需求的提升，頂管工程呈現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展趨勢，面臨以下技術難題：
1
頂管頂力隨推進距離的增加而逐步增加，周圍土體持續經歷反復加載、卸載狀態，管節與土體相互作用三維應力狀態復雜，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，地下管線密布、地面交通復雜、地上建筑林立，這些敏感環境的變形控制要求高，對頂管施工控制提出了更高要求。
針對以上技術難題，項目聯合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，開展產學研聯合攻關，歷時15年，在復雜環境超長距離、超大斷面頂管工程方面取得了系列創新性成果。
主要完成單位：上海市基礎工程集團有限公司、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。
系列創新性成果
分析理論與設計方法建立
針對動態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本構模型，建立了基于動態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律。
針對長距離圓形頂管設計中未考慮復雜動態應力的問題，系統開展了105組數值分析和現場試驗，提出了適用于長距離圓形頂管的實用計算方法，并納入規范。應用于國內首條4m直徑長距離混凝土頂管，管節壁厚優化減少20%。