基于数值模拟的球墨铸铁顶管顶进过程力学响应研究

摘要

为精准把控供水排水、引调水工程岩层环境下球墨铸铁顶管顶进过程的力学响应特征，规避管体应力集中、接口失效等安全隐患，以550MPa级球墨铸铁顶管为研究对象，联合ANSYS数值模拟与工程实测手段，建立顶管-围岩耦合力学模型，系统探究顶进推力、围岩等级、注浆参数对管体应力分布、位移变形及接口力学特性的影响机制。模拟过程采用Drucker-Prager准则定义岩层本构关系，通过调整顶进速率、注浆压力等变量，获取不同工况下顶管力学响应数据，明确关键参数的优化区间。研究结果表明：在单轴抗压强度30-50MPa的岩层中，将顶进推力控制在2500-3000kN、注浆压力调节至0.3-0.5MPa时，管体最大主应力不超过400MPa，径向变形量≤2mm，接口剪切应力降低22%；数值模拟结果与工程实测值的相对误差≤8%，验证了所建模型的可靠性。该研究成果可为供水排水、引调水工程岩层穿越段顶管施工参数的优化提供可靠技术支撑。