钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:安徽省住房城乡建设科学技术计划项目()作者简介:李赵翰青()男山西大同人硕士研究生主要从事盾构隧道、暗挖隧道、矿山法隧道方面的研究:.引文格式:李赵翰青袁齐虎杨新安 等.钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析.铁道建筑技术():.钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析李赵翰青 袁齐虎 杨新安 李路恒 张兴其(.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 .中铁四局集团第四工程有限公司 安徽合肥 .合肥市市政设计研究总院有限公司 安徽合肥)摘 要:依托合肥市滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段实例工程利用有限差分软件 对不同顶进顺序下钢管幕群顶推施工过程进行模拟 结合模型计算结果和监测数据总结钢管幕群顶进顺序对地表变形影响规律 结果表明:横向管幕顶进宜采用从中间向两端的方案能有效抑制群管效应的影响竖向管幕顶进宜采用由上至下的方案可降低上排钢管施工对土体的扰动先上排、再两侧、最后下排的方案为最优顶进方案将钢管幕群分为 组分组进行顶推施工可有效保护管幕结构的围护土体实现“边顶推、边开挖”大幅提高施工效率关键词:管幕法 顶管顺序 地表变形 数值模型 监测分析中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:()()().“”.:引言随着我国城市化进程迅速发展地面交通结构日趋复杂城市地下空间开发已迫在眉睫各类暗挖施工技术由此应运而生 管幕箱涵工法相较于其他工法而言可用于任意断面形状隧道的穿越工程并适用于淤泥土、粘土、砂土等各类地层尤其在城市内部的浅覆土、大断面下穿工程中具有明显优势因此在国内外诸如东京、新加坡、上海等城市均得到了广泛应用 管幕箱涵工法作为一种新型暗挖技术是在始发井与接受井之间通过在隧道四周顶入钢管以形成封闭的地下空间在此空间内采用箱涵顶进、机械开挖或牵引对拉等方式修建下穿隧道 该工法被广泛应用于穿越道路、铁路、机场等非开挖工程中 本文依托合肥市滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段实例工程结合有限差分模型和现场监测数据分析钢管幕群在不同顶进顺序下对地表变形的影响并总结出更为合理的钢管幕群顶进方案铁道建筑技术 ()李赵翰青 等:钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析 工程概况庐州大道浅埋隧道段位于安徽省合肥市包河区庐州大道与骆岗机场主跑道交界处浅埋隧道段在里程 处下穿机场主跑道 采用管幕箱涵法施工平面交角约.管幕段长度 隧道顶最小覆土深度.最大.结构纵坡.如图 所示图 庐州大道浅埋隧道段平面(单位:)管幕段通过在隧道周围土体内顶进 根钢管组成围护结构如图 所示 顶管均采用单种.钢管钢管长度 其中上下部分别为 根间距 左右部分别为 根间距 图 管幕段横断面及顶进顺序(单位:)钢管幕段主要穿越层粘土上覆土层为杂素填土和层粘土如图 所示 施工场地内各土层物理力学参数如表 所示图 管幕段穿越机场跑道地质情况立面(单位:)表 场地土层物理力学参数层序地层名称重度/(/)粘聚力/内摩擦角/()压缩模量/杂素填土.粘土.粘土.计算模型为了明确钢管幕群在不同顶进顺序下对地表沉降的影响利用有限差分软件 建立钢管幕群顶进模型 如图 所示 模型尺寸设置为(长)(宽)(高)上排管幕中心线埋深.采用壳单元模拟钢管幕本构模型采用弹性本构采用实体单元模拟土层本构模型采用摩尔 库伦本构模型图 钢管幕群顶推施工数值计算模型与分组地层共分为两层从上至下依次为杂填土层(厚度.)和粘土层(厚度.)钢管幕群依据所在位置共划分为 组上排钢管以管幕结构中线为界划分为 组和 组每组 根钢管从左至右按 编号 下排钢管遵循前述分组原则划分为 组和 组管幕结构左侧钢管为 组共 根钢管从上至下依次编号为右侧钢管与左侧钢管对应划分为 组 钢管幕群顶进顺序分析为了明确密集钢管幕群在顶进施工过程中的相互作用首先按照横向钢管与竖向钢管两种情况进行考虑在确定局部顶进顺序的基础上建立管幕整体数值计算模型进一步分析钢管幕群在不同顶进方案下的地表变形特征从而得到更为合理的顶进顺序优化方案.横向管幕顶进顺序模型共设置 根横向钢管从左至右依次编号为铁道建筑技术 ()李赵翰青 等:钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析至 四种顶推方案具体如下:方案:从左至右顺序顶进()方案:从左至右间隔 根钢管顶进()方案:从左至右间隔 根钢管顶进()方案:从中间向两侧依次顶进()四种顶进方案在施工结束时的地表位移曲线如图 所示 可以看出各个方案产生的沉降槽宽度基本相同而顺序顶进施工造成的地表沉降值最大从中间向两侧顶进产生的沉降值最小 从中间向两侧顶进时能够缓解管幕连续施工产生的群管效应限制施工对地表沉降产生的叠加影响还有利于提高顶进施工效率 间隔 根或 根管幕顶进时管幕之间会形成压力拱能够抑制上覆土体的变形沉降从而达到控制地表变形的效果 因此横向管幕的顶进应采用从中间向两侧依次顶进的方案当不具备这种施工条件时可以结合间隔顶进的方案同样能达到较好的沉降控制效果图 横向顶推方案地表位移曲线对比.纵向管幕顶进顺序模型共设置 根竖向钢管从上至下依次编号为至 四种顶推方案具体如下:方案:从上至下依次顶进()方案:从上至下间隔 根钢管顶进()方案:从上至下间隔 根钢管顶进()方案:从下至上依次顶进()四种顶进方案在施工结束时的地表位移曲线如图 所示 对比四种方案可以看出从下至上依次顶进造成的地表沉降值最大从上至下依次顶进产生的沉降值最小并且竖向管幕对于地面沉降的影响要明显大于横向管幕这是由于管幕顶推施工主要影响上覆土体竖向管幕的顶进表现为沉降叠加作用 在方案 施工过程中钢管的顶进会引起地表发生急剧沉降对已顶进钢管造成扰动 当所有竖向钢管顶进完成后沉降槽中部出现较为均匀的区域宽度约为.反映出浅部钢管对地表的控制作用图 纵向顶推方案地表位移曲线对比从地表沉降控制效果考虑方案 造成的地表沉降值最小沉降槽宽度也最小而方案 造成的地表沉降值最大沉降槽宽度相较于方案 也较大因此竖向钢管应选择从上至下依次顶进的方案 但方案 在实际施工过程中存在地表位移迅速增加的情况在顶进底部钢管时需采取相应的控制措施来抑制变形如减缓钢管顶进速度、保持顶管机掌子面水土压力等方式 方案 施工结束后虽然会产生较大的沉降但在施工过程中造成的地表沉降变化更为平缓沉降增长速率不断减小 因此在实际施工过程中还应根据钢管幕群整体施工安排来确定具体的施工方案.整体钢管幕群顶进顺序根据以上章节的分析基于图 管幕顶进施工计算模型模拟钢管幕群围护结构在不同顶进顺序下的地表变形特征 三种顶推方案具体如下:方案:下排(组和 组)两侧(组和 组)上排(组和 组)钢管方案:上排(组和 组)两侧(组和 组)下排(组和 组)钢管方案:按照现场实际采用的顶进顺序基本遵循上排两侧下排钢管顶进顺序其中方案 和 横向管幕均采用从中间向两侧顶推的方案方案 竖向管幕从下至上顶进方案 竖向管幕从上至下顶进 三种钢管幕群顶推方案下的地表竖向位移曲线如图 所示 从图 中可以看出方案 和 顶进施工期间引起的地表沉降槽宽度基本相同但方案 地表沉降相对更大 方案 施工产生的地表沉降区域虽然小于前两种方案但该方案在实际施工过程中下排管幕有 根未顶进按照位移曲线发展规律来看如果下排管幕全部施工地表沉降将会进一步发育且管幕结构外侧的地表位移增长速率也会更大铁道建筑技术 ()李赵翰青 等:钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析图 整体顶推方案地表位移曲线对比对比三种方案可以发现方案 的施工效果最差一方面是因为其会引起更大的地表沉降另一方面是由于竖向钢管从下至上的顶进会造成已施工钢管上方的土体失去稳定性加剧土层位移 同时采取该方案顶进施工时无法做到始发井和接收井“边开挖、边顶推”工作基坑需要一次开挖成型之后才可以顶推下排钢管工作效率低下并且如果围护土体保护不好管幕在顶进时可能造成围护土体坍塌从而产生更为严重的沉降方案 与方案 类似二者均遵循先上排、再两侧、最后下排的施工原则 从地表沉降结果和施工难度判断方案 顶进顺序最为合理一方面可以有效控制地表沉降保证沉降值降至较低水平另一方面也满足多台施工器械同时施工的情况能够大幅提高施工效率始发井和接收井的基坑也可以根据顶推情况跟进开挖围护土体可以得到有效保护工序也得以优化 该方案在实际施工过程中应注意下排管幕施工时对于上排管幕的影响需要通过实时监测来避免下排管幕顶推造成上排管幕沉降的问题.监测数据对比分析结合依托工程地质条件和施工工况根据相关规范和经验 在骆岗机场主跑道上垂直隧道轴线方向布置三个监测断面各监测断面距隧道施工起点的距离依次为.、.、.选择监测断面 和监测断面 的地表位移实测数据与数值模拟计算结果进行对比分析如图 所示图 不同监测断面实测数据与数值模型位移曲线对比由图 可以看出模拟计算结果与现场实测曲线相关性较高相关性系数分别为.和.表明数值计算模型可以较好地反映钢管幕群实际顶进施工情况 在管幕结构 范围之外二者吻合度相对更高变化趋势基本相同数值计算结果整体上略大于实际监测值这是由于在实际施工过程中机场跑道结构由于其刚度大的特点变形存在滞后效应其产生的沉降或者隆起未能随着管幕顶进而及时显现 结论本文结合合肥市滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段实例工程对不同顶进顺序下钢管幕群的顶推施工过程进行模拟 结合有限差分模型计算结果与现场实测数据总结出钢管幕群顶进顺序对于地表变形的影响规律并得出以下结论:()对于横向管幕从中间向两侧顶进为最优施工方案 该方案能够有效降低顶管施工对于地表沉降的影响并满足多台顶管机同时施工的条件大幅提高施工效率 相比之下顺序顶进会产生明显的群管效应引起地表沉降也最大间隔 根或多根钢管顶进会在管间土体部位形成压力拱也可以起到控制地表变形的作用()对于竖向管幕从上至下依次顶进为最优施工方案 该方案相较于其他方案施工结束时引起的地表沉降值更小 采用该方案施工在顶进底部钢管时会造成地表沉降突变需采取减缓顶进速度、控制掌子面水土压力等方式来控制地表变形 相比之下从下至上依次顶进会使得已施工钢管上方的土体失去稳定性加剧土层位移从而引起地表产生更大的沉降()对于整体钢管幕群先上排、再两侧、最后下排钢管的顶进方式为最优施工方案 其中横向管幕从中间向两侧顶进竖向管幕从上至下顶进将钢管幕群划分为 组分别进行顶推 采用该方案施工时能够有效降低上排管幕与下排管幕之间的相互影响弱化群管效应并且由于上排管幕的存在能够有效缓解下排管(下转第 页)铁道建筑技术 ()陈文 等:苏州地铁 号线预制装配式轨道结构设计调及质量检查道床水沟浇筑及养生 防水涂料施工水沟及集水坑盖板安装.自密实混凝土灌注大规模施工前应进行揭板试验轨道板下自密实混凝土应填充饱满无明显气泡 通过揭板试验确定自密实混凝土的配合比后方可施工 施工应符合相关规定自密实混凝土的入模温度宜控制在 灌注时应采取防止轨道板上浮的措施并保证灌注不漏浆、防止污染轨道板 自密实混凝土灌注时应设置排气孔后期的轨道板灌注孔用混凝土封堵封填后保证结构具有良好的整体性能 严格控制自密实混凝土 图 苏州 号线预制 装配式无砟轨道的收缩率灌注后不得出现收缩徐变过大的问题 结束语苏州地铁 号线为苏州轨道交通首条全线采用预制装配式轨道结构的线路(见图)设计方案采用了新型自密实混凝土及隔离层可有效降低造价并提升轨道结构的可维修性从而更好地发挥装配式轨道绿色、环保的优点参考文献 郑强.城市轨道交通地下线预制板式轨道研究及应用.城市轨道交通研究():.林志元杨松.基于速度分级的粤港澳大湾区装配式轨道关键技术研究.铁道勘察():.王占生陈鹏徐寿伟等.装配式轨道成套技术在苏州地铁中的优化应用.都市快轨交通():.张睿.时速 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