顶管隧道施工对高速公路通道桥的影响分析.pdf

文章编号:():./.顶管隧道施工对高速公路通道桥的影响分析尹正风(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市)摘 要:依托辽西北供水盘锦应急支线供水工程顶管穿越京哈高速 通道桥施工工程采用有限元方法建立模型进行全过程模拟分析了顶管施工过程对既有高速公路跨线桥产生的影响 结果表明:采用顶管施工的方法近距离穿越桥梁对桥梁产生的影响理论上可以得到有效控制为施工方案及加固措施的选取提供参考 关键词:顶管施工通道桥数值模拟全过程分析中图分类号:.文献标识码:引言随着我国管网和路网的日益发展与完善新建管线穿越运营期的高速公路的现象非常普遍 如何采取合理的方法在满足管线施工要求的同时确保高速公路不断交保证后期运营安全成为重要课题 顶管施工是一种地下管道施工方法无需开挖面层并且能够穿越公路、铁道、地面建筑物以及地下管线等 目前顶管施工技术已成为一种常规施工方法自来水管、煤气管、动力电缆、通信电缆和发电厂循环系统等许多管道也采用了该技术 控制好顶管施工过程中的地表下沉和周边构筑物沉降是下穿既有构筑物安全施工的关键 目前针对地表沉降常见的分析方法有经验公式法、理论解析法、模型试验法及数值分析法 用数值模拟的方法对地表沉降及地表建构筑物的影响进行预测在现今的交通设计中应用非常广泛 文章针对辽西北供水盘锦应急支线供水工程顶管穿越京哈高速 通道桥施工采用有限元方法建立模型进行全过程模拟对工程方案进行分析 工程概况辽西北供水盘锦应急支线供水工程输水管线穿越京哈高速 位于盘锦市盘山县穿越位置管线起点至终点桩号为 .穿越位置管线中心桩号为 .该段供水管道采用 钢管管线与公路夹角 采用泥水平衡钢筋混凝土顶套管穿越顶套管内径 穿越长度 工程位置平面图见图 图 工程位置平面图京哈高速 通道桥位于 .处为钢筋混凝土薄壁式桥分为旧桥 座、新桥 座旧桥桥桩长 新桥桥桩长 均为 直径钢筋混凝土桩顶管线路位于桥涵单孔跨径中央且平行桥涵走向布置由西侧桥孔(北京方向侧)顶管穿越顶管穿越的输水管道为直径 的钢管对应套管内径为 顶管长度 套管采用钢承口钢筋混凝土顶套管内径 单节长套管顶距地面最低处(鱼塘底)约为.桥涵位置深度.套管外壁距离灌 注 桩 中 心 线 年 第 期 北方交通 工程风险结合现有工程地质及水文地质条件通过该工程施工全过程数值模拟分析并结合相关技术规范及管理规定分析顶进施工对通道桥桥桩及上部结构的影响 地质勘察情况该穿越段地层岩性主要由第四系全新统冲海积()组成从上至下依次描述如下:层耕植土黄褐色以黏性土为主含植物根系层厚.左右主要分布在道路及鱼塘两侧耕地层淤泥质亚黏土黄褐色饱和呈可塑状中等 高压缩性揭露层厚.层细砂灰色饱和松散 稍密 层间夹有 粉土层多层粉土夹层灰色稍湿 湿稍密 揭露层厚.层粉质黏土灰褐色饱和呈可塑状中等压缩性最大揭露层厚.层细砂灰色饱和状稍密场地均有分布最大揭露层厚.地下水位埋深为.相应高程为.地下水类型为第四系孔隙潜水主要接受绕阳河河水及海水的地下侧向补给向西北侧地下径流为主要排泄方式 地下水位变幅在 左右主要含水层为粉砂夹粉土 力学参数见表 表 岩土层力学参数表地层重度/(/)弹性模量内聚力/内摩擦角/()泊松比粉质黏土.粉砂夹粉土.粉质黏土.粉砂.模拟及分析()计算模型文章采用三维数值模拟软件 软件建立地层结构模型对顶管隧道下穿京哈高速公路天桥施工过程进行模拟建立 有限元模型模型尺寸为 模型中各地层及结构材料参数按地勘提供资料选取()计算假定()采用弹塑性计算模型()假定结构及土体之间符合变形协调原则()采用均一地层岩土体的变形是各向同性的()初始地应力的计算只考虑初始自重应力不考虑构造应力()施工遵循设计工序处于正常良好控制的条件下()不考虑地下水渗流影响()不考虑顶进施工过程中摩擦引起的土体损失()模拟说明模型尺寸为 包含顶管隧道、高速公路桥、高速公路路基 各岩土层均采用弹塑性模型 三维实体单元 屈服准则采用 准则结构采用弹性模型供水管钢管采用板单元模拟桥桩采用梁单元模拟桩与土体间附摩擦单元 结构单元节点与土体网格节点耦合 模型侧面边界水平位移受到约束底面边界竖向位移受到约束 模型共计 个单元 计算模型及透视图见图、图 图 计算模型路面荷载以 的均布荷载施加于路面()施工步序按实际经验和工筹考虑施工计算模拟步序如表 所示 计算结果分析为便于呈现计算结果将各桩编号进行布置如图()桩的位移新桥桥桩最大水平位移分别发生在 桩和北方交通 年 第 期图 透视图表 施工步序详表序号施工步序初始地应力平衡 顶管顶进施工水泥浆回填及钢管铺设图 桩编号布置图 桩桩身旧桥桥桩最大水平位移分别发生在 桩和 桩桩身 桩的水平位移云图及最大水平位移曲线图见图、图 从图、图 曲线变化趋势可以看出随着供水管顶管施工桥桩水平位移逐渐增大顶管施工完成后内部回填水泥并铺设钢管时水平位 移 小 幅 度 减 小 桩 最 大 水 平 位 移.累计水平位移 .桩基垂直度.(桩长)桩最大水平位移 累计水平位移.桩基垂直度.(桩长)桩最大水平位移.累计水平位移.桩基垂直度.(桩长)桩最大水平位移.累计水平位移.桩基垂直度.(桩长)受顶管施工影响产生的桩身垂直度变化均未超过 的规范控制值图 桩的水平位移云图施工步序 顶进施工 回填及钢管铺设图 桩最大水平位移曲线图()桩的竖向沉降最大竖向位移发生在 桩从图、图 曲线变化趋势可以看出随着供水管顶管施工桥桩因产生负摩阻力位移逐渐减小顶管施工完成后内部回填水泥并铺设钢管时竖向位移增大 最大竖向位移.累计竖向位移.顶管施工引起的沉降量远小于 的规范控制值()桩的差异沉降 年 第 期 尹正风:顶管隧道施工对高速公路通道桥的影响分析图 桩的竖向位移云图施工步序 顶进施工 回填及钢管铺设图 桩最大竖向位移曲线图如表 所示因顶管施工位于 轴与 轴之间、轴之间最大差异沉降发生在 号桩、号桩所在 区 域 差 异 沉 降 量 为.倾 斜 率 为 轴、轴之间最大差异沉降发生在 号桩、号桩所在区域差异沉降量为.倾斜率为.顶管施工引起的差异沉降量远小于 的规范控制值倾斜率远小于.的规范控制值表 各轴差异沉降单位:序号 差异沉降 差异沉降序号 差异沉降 差异沉降././././././././././././././././././././././././././././.结语()顶管隧道施工工艺整体比较成熟采用顶管施工的方法近距离穿越桥梁对桥梁产生的影响理论上可以得到有效控制()考虑桥梁长期运营安全类似工程施工前应对桥梁上部结构情况进行检测鉴定如有需要应在施工前处置 对混凝土管与桥桩之间的土体进行注浆加固以提高土体强度减小施工扰动对桥桩承载能力的影响()顶管施工期间建议对通道桥桥桩的沉降进行严格监测同步监测桥面的变形、差异沉降及裂缝及时利用监控量测结果指导和优化施工参考文献 商贺嵩.顶管穿越高速公路设计分析.北方交通():.陈杨马保松曾聪.顶管施工的地表沉降数值分析和顶力计算.中国给水排水():.张艳林曾天成甘甜等.真实复杂地层大直径钢顶管三维数值模拟研究.科学技术与工程():.王雅宜.城市浅埋顶管隧道下穿既有铁路桥施工技术.工程技术研究():.刘春波.顶管施工地表沉降数值模拟分析.城市道桥与防洪():.(.).:.北方交通 年 第 期