钢管幕群顶进顺序对地表沉降的影响分析.pdf
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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(
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