顶管施工不可避免会引起周围地表沉降和土体扰动变化,为确保富水砂层多排顶管安全高效施工,本文依托海口富水砂层三排顶管工程,针对顶管施工产生的施工扰动问题和现有模型试验设备的不足,研发了对管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率能进行精确控制的室内顶管模型试验系统,通过管线预埋的方式研究近间距单顶管顶进对既有管道和地表竖向变形的影响。在对多排顶管施工土体扰动机理剖析的基础上,建立了多排顶管施工优先考虑依次开挖相距较远的两个顶管隧道的原则;以顶管中心处地表最大沉降量为判断指标,确定了多排顶管顶进施工顺序的优选方案。并以此方案进一步建立多排顶管顶进试验,研究多排顶管按最优施工顺序顶进对地表竖向变形的影响以及先顶进管、土体与后顶进管三者之间的相互扰动关系,受扰动后土体应力状态变化等。主要研究结论如下:(1)根据相似理论确定了相似比并选取了相似材料,依据相似比尺寸大小研发了可适用于多排顶管试验的模型设备。试验表明:研发的室内模型试验系统可以精确控制管壁注浆压力、土仓压力和土体损失率,试验系统得到的数据正确可靠;单顶管顶进时会对既有管道产生附加应力,但附加应力远小于土体应力,因此无需考虑附加应力对管片承载的影响;顶进施工需对机头的切削速率和顶进速率进行协同调控,且严格控制出土速率,从而实现对地表竖向变形的有效控制。(2)多排顶管不同顶进顺序模型试验结果表明:在三排顶管连续顶进模型试验中,每个顶管在顶进阶段中土体沉降速度呈现相似规律,地表沉降最大值出现在中间靠近最先顶进侧;最终沉降槽状态由三个顶管独立顶进形成的沉降槽叠加形成,但沉降槽的先顶进侧比后顶进侧要深,呈不完全对称分布;中间顶管最后顶进对土体产生的附加应力较大。(3)根据现场实测数据,分析了依次顶进施工过程中顶力、掌子面压力、平均摩阻力与顶程的关系,总结了现场施工经验。研究结果表明:多排顶管依次顶进顺序宜优先施工相距较远的两个顶管隧道;基于地表沉降经验法,顶管群中心处地表最大沉降量可以作为最优顶进顺序确定的判断指标。在“先两边后中间”的顶进顺序条件下,中间顶管所处土体受先建顶管施工扰动大,其顶进参数应在先建顶管顶进参数的基础上降低顶进速率,并增大刀盘切削速率和注浆压力,以实现顶管连续顶进施工。通过室内模型试验结果与现场监测结果的对比分析,再次验证了室内模型试验的沉降数据及控制参数的正确性与适用性。图[33]表[13]参[47]