富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术.pdf
《富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、投稿网址:2023 年 第23 卷 第29 期2023,23(29):12714-07科 学 技 术 与 工 程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T引用格式:潘鹏旭,陈伟,郑京承.富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术J.科学技术与工程,2023,23(29):12714-12720.Pan Pengxu,Chen Wei,Zheng Jingcheng.Construction technology of pipe-jacking tunnel in water-rich intensely weathe
2、red sandstone forma-tion crossing underneath existing railwayJ.Science Technology and Engineering,2023,23(29):12714-12720.富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术潘鹏旭1,陈伟2,郑京承2(1.长沙铁路勘察设计有限公司,长沙 410000;2.中南大学土木工程学院,长沙 410075)摘 要 为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影
3、响。结果表明:当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck 公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的 Peck 公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在
4、6 mm 和 10 mm 之内,隧道底部隆起控制在 5 mm 以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。关键词 富水强风化砂层;顶管隧道;Peck 公式;下穿铁路;列车荷载中图法分类号 U455;文献标志码 A收稿日期:2022-10-24;修订日期:2023-07-06基金项目:国家自然科学基金(51608537);湖南省自然科学基金(2022JJ30715)第一作者:潘鹏旭(1985),男,汉族,广东深圳人,高级工程师。研究方向:隧道工程。E-mail:226398278 。通信作者:陈伟(1985),男,汉族,湖南益阳人,博士,副教授。研究方向:铁道
5、工程。E-mail:chenwei.csu 。Construction Technology of Pipe-jacking Tunnel in Water-rich IntenselyWeathered Sandstone Formation Crossing Underneath Existing RailwayPAN Peng-xu1,CHEN Wei2,ZHENG Jing-cheng2(1.Changsha Railway Survey and Design Co.,Ltd.,Changsha 410000,China;2.School of Civil Engineering,Ce
6、ntral South University,Changsha 410075,China)Abstract To study the influence of the water-rich intensely weathered sandstone formation tunnel underpass construction on the ex-isiting railway,relying on a cable tunnel crossing underneath the Guangzhou-Shenzhen railway project,the related research was
7、 con-ducted through theoretical estimation,numerical simulation and on-site monitoring,and the influence of the specific construction meas-ures on the tunnel deformation control was analyzed.The results show that excavation and jacking force is the main factor affecting thesurface subsidence and tun
8、nel deformation without taking the train load and the water-rich rock formation into consideration.When thetrain load or the water-rich weakening effect of formation are considered alone,the train load causes the increase of surface subsidenceand tunnel vault subsidence of underpass section,while th
9、e deteroration of the water-rich rock formation has a greater influence on thesettlement of tunnel entrance and exit the tunnel upheaval of underpass section.Taking both the train load and the water-rich rock for-mation into account,tunnel vault subsidence and surface subsidence of underpass section
10、 will grow greatly.Comparing the results ofon-site monitoring,Peck formula and numerical simulation,it can be seen that the numerical simulation results are consistent with thePeck formula prediction results without considering the water-rich rock formation,while it is larger than on-site monitoring
11、 results with-out considering the reinforcement water-stop measures.The on-site monitoring and deformation control measures are strictly realized inthe construction of the cable tunnel crossing underneath the Guangzhou-Shenzhen Railway,and the settlement values of ground surfaceand the tunnel vault
12、are controlled below 6 mm and 10 mm respectively,and the upheaval of the tunnel bottom is controlled below 5mm,ensuring the smooth implementation of the project and the safe operation of the train,which provides a certain reference for similarprojects.Keywords water-rich intensely weathered sandston
13、e formation;pipe jacking tunnel;Peck formula;underneath railway;train load 随着中国公共交通事业的蓬勃发展,为了缓解城市地上空间的拥挤,地下建筑物及构筑物越来越常见,比如地铁、地下商场、地下通道和地下管线等。当隧道穿越富水砂岩等较差地层时,极易引起投稿网址:2023,23(29)潘鹏旭,等:富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术12715地面不均匀沉降,甚至导致地表开裂,铁路轨距变化,进而对地面交通造成严重影响。因而,在面对复杂的地质条件时,如何减小隧道下穿施工对地面交通的干扰一直都是国内外专家学者研究的热点1-
14、2。Li 等3采用极限分析的方法求解了非圆隧道开挖面的上限解,并给出了一种以改进的速度场表示的开挖面破坏模式。王敦显4结合现场监测结果,采用数值模拟的方法研究了复杂环境条件下盾构下穿铁路时,隧道施工及列车荷载对地表沉降变形的影响。尹文强等5结合现场试验和理论计算分析了顶管施工扰动对地表沉降的影响,并优化修正了相关理论计算参数。付琪生6考虑电力隧道施工方案和地层加固方案,对开挖过程中铁轨的变形特征进行了研究。马相峰等7针对砂卵石地层盾构下穿铁路路基工程,采用 FLAC3D进行数值模拟,并结合现场监测结果进行验证分析,证明了地层注浆加固对控制路基沉降的有效性。姚洪锡等8建立了车-轨-路涵过渡段三维
15、有限元模型,开展了框架涵下穿既有铁路工程的动力特性分析。仇文革9采用工法比较、数值模拟、现场监测反馈等手段,研究了在敏感区域进行盾构施工时地表沉降规律以及地表沉降的控制措施,并引入全自动实时监测系统来对施工进行实时指导。屈克军10结合现场监测、数值模拟和理论推导分析了饱和砂层中流固耦合效应对顶管隧道稳定性的影响。荆哲等11针对高水位软弱地层中顶管隧道的稳定性开展了研究,得出钢顶管稳定性与长细比负相关,管周围压和椭圆化变形共同决定其实际稳定系数。虽然针对隧道下穿既有铁路线沉降变形控制及稳定性分析的成果较多,但是现有研究成果或只考虑地层富水或只考虑列车荷载,较少考虑地层饱水弱化及列车荷载的综合作用
16、。现以某电缆隧道工程下穿既有铁路段为工程依托,综合考虑强风化砂岩地层富水、列车荷载等工况,对隧道变形,地表沉降等进行分析,并结合现场监测情况以及治水、变形控制措施,给出合理科学的现场施工指导意见,以期为今后类似工程提供可靠参考实例。1 工程概况如图 1 所示,深圳某电缆隧道工程下穿广深铁路段,隧道与既有广深铁路相交里程为 K141+360,下穿铁路 4 股道,电缆隧道与广深交角为 7646。该工程地下水丰富、围岩为饱水强风化砂岩,施工地层条件差,下穿既有线施工安全压力大,施工时图 1 下穿段俯视图Fig.1 Top view of the underpass线路及轨面的沉降控制要求较高。为减少
17、电缆隧道施工对广深铁路运营的影响和保证广深铁路运营安全,工程下穿铁路段采用顶管施工,电缆隧道设计为内径为 3.5 m、外径为 4.2 m 的圆形断面,同时综合采用数值模拟、现场监测与控制措施相结合的施工技术,保障项目的顺利实施。2 理论公式计算及数值模拟分析2.1 Peck 理论公式计算路基沉降Peck 提出了路面沉降计算的 Peck 公式,他认为地层变形由地层损失引起,地表沉降槽体积等于地层损失体积,地表沉降槽符合正态分布曲线,地表沉降计算公式如下。S(x)=Smaxexp-x22i2()(1)Smax=V12iV12.5i(2)i=z2tan 45-2()(3)V1=4Vir2(4)W=2
18、r+ztan 45-2()(5)式中:S(x)为地面沉降量,mm;x 为计算点距隧道中心线的距离,m;V1为单位钻孔长度上的地层损失量,m3/m;Vi为地层损失率;Smax为隧道中心线处最大沉降量,mm;i 为沉降槽宽度系数,m;z 为覆土层厚度,取 z=12 m;为土层/岩层内摩擦角,();W为沉降槽总宽度,m;r 为顶管隧道外半径,m;Vi依据经验取 3.01%12,计算可得,不考虑地层富水时Smax=7.03 mm,考虑地层富水弱化作用时 Smax=10.26 mm。2.2 数值模拟在项目开展前期,通过数值模拟,分析各种工况下既有铁路的沉降情况。具体工况如表 1 所示。投稿网址:1271
19、6科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering2023,23(29)表 1 模型计算工况Table 1 Calculation conditions model工况编号开挖砂岩地层富水列车荷载1/2/3/4 注:表示考虑该条件;/表示不考虑该条件。计算工况 1 时,只施加顶进力和进行隧道的开挖;计算工况 2 时,其他条件与工况 1 一致,但将强风化砂岩地层参数调整为饱水弱化后的参数;计算工况 3 时,其他条件与工况 1 一致,并在道床表面施加列车荷载;计算工况 4 时,则将强风化砂岩地层参数调整为饱水参数的同时,在道床表面施加列车荷载,其他条件
20、与工况 1 一致。2.2.1 荷载计算顶进力计算采用顶管工程施工规程(DG/TJ0820492008)中的公式,即P=D1Lfs+PF(6)式(6)中:P 为计算的总顶力,kN;D1为管道外径,取D1=4.14 m;L 为管道的顶进长度,取 L=100 m;fs为管道外壁与土的平均摩阻力,取 fs=8 kN/m2;Dg为顶管机外径,取 Dg=4.1 m;s为土的重度,取s=25 kN/m3;Hs为覆盖层厚度,取 Hs=12 m;PF为顶管机的迎面阻力,PF=(/4)D2gsHs=(/4)4.1225 12=3 960.7 kN。将式(6)代入数值得 P=D1Lfs+PF=4.14 100 8+
21、3 960.7=14 365.65 kN,则掌子面上的顶进压力为 259 kPa,均布施加在掌子面上。列车动荷载采用换算土柱法转化为静荷载,荷载值根据高速铁路设计规范13取 60 kPa 均匀地分布在铁路路基上。2.2.2 数值模型及参数数值模型如图 2 所示,模型参数如表 2 所示。分析计算时,对模型四周施加 X 和 Y 方向的约束,模型底部对 Z 方向进行约束。图 2 数值模拟模型Fig.2 Model of numerical simulation针对强风化砂岩地层富水的影响,考虑砂岩在饱水状态下力学性能将会发生劣化14,并以饱水30 d 的砂岩力学参数作为弱化参数,工程全风化砂岩和强风
22、化砂岩基本位于地下水位以下,因而需调整此两者力学参数,如表 3 所示。表 2 模型参数Table 2 Parameters of model材料名称弹性模量E/MPa泊松比重度/(kg m-3)黏聚力c/kPa内摩擦角/()人工填土300.301 7501512全风化砂岩1 1000.272 5002530强风化砂岩2 0000.252 5503035路基1000.322 2003221钢轨206 0000.177 850管节36 4000.172 600表 3 饱水弱化砂岩地层参数Table 3 Deterioration parameters of water-rich sandstone
23、岩层E/MPa/(kg m-3)c/kPa/()富水全风化砂岩6 6000.222 6001115富水强风化砂岩12 0000.202 65013182.2.3 数值模拟结果分析不同工况下,铁路基础的沉降位移横向分布如图 3 所示,不考虑列车荷载时,铁路基础在隧道下穿段正上方出现最大峰值沉降,并且由隧道中心线向两侧逐渐减小,此时铁路基础沉降主要由顶进开挖导致,与顶进方向相关,考虑地层富水弱化作用时,铁路基础沉降槽范围略有增大。而当考虑列车荷载时,铁路基础沉降大幅增加,在轨道中心线处有最大沉降,并沿轨道中心线向两侧递减,说明此时列车荷载对路基沉降的影响较大。图 3 铁路路基沉降横向分布图Fig.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 富水强 风化 砂岩 地层 隧道 既有 铁路 施工 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。