新开挖航道下穿高铁微扰动控制方案正交优化分析.pdf
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1、为了有效控制新开挖航道邻近高铁桥墩的沉降,在实施杭州京杭运河二通道下穿沪昆高铁工程时,需对下穿段桥墩进行加固处理。基于已有控制方案,运用正交化方法研究了围护桩、支撑、地基加固搅拌桩等多个结构参数与围护桩侧移、坑底隆起、地表沉降、桥墩位移等加固效果评价指标的关联机制,并利用极差分析计算了各影响因素对评价指标影响程度的主次关系。结果表明:追加8号试验对结构综合控制的效果最好,但追加2号试验耗材少且对桥墩沉降减小幅值最大,为1 5.7%,其余各项形变仍在规范限值内,最优方案为追加2号试验,即增大围护桩桩径、下调首层支撑位置,同时保持其他加固体为最经济水平是进一步优化设计方案的较好途径。研究探索了正交
2、化方法应用于基坑开挖围护结构设计参数优化的可行性,为新航道开挖时对已有建筑有较高变形控制要求的工程设计优化和安全控制提供了参考。关键词:航道工程;高铁桥墩;扰动控制;正交设计;方案优化中图分类号:U 6 1 2.3 2 文献标识码:A D O I:1 0.7 5 3 5/h b g y k j.2 0 2 3 y x 0 4 0 0 4收稿日期:2 0 2 2-1 1-2 9;修回日期:2 0 2 3-0 3-1 4;责任编辑:尹梓如基金项目:中建七局科技研发课题(C S C E C 7 b-2 0 2 2-Z-6);浙江省交通运输厅科技计划项目(2 0 2 2 2 9);浙江省交通运输厅科技
3、计划项目(2 0 2 0 0 1 4)第一作者简介:张体浪(1 9 8 1),男,江苏盐城人,高级工程师,主要从事地下工程结构及其与周围介质相互作用方面的研究。E-m a i l:1 0 3 4 0 2 7 5 6q q.c o m张体浪,刘付礼,万颖君,等.新开挖航道下穿高铁微扰动控制方案正交优化分析 J.河北工业科技,2 0 2 3,4 0(4):2 6 5-2 7 3.Z HAN G T i l a n g,L I U F u l i,WAN Y i n g j u n,e t a l.O r t h o g o n a l o p t i m i z a t i o n a n a l
4、 y s i s o f m i c r o d i s t u r b a n c e s r e j e c t i o n c o n t r o l f o r n e w l y-b u i l t c h a n n e l u n d e r-p a s s i n g h i g h-s p e e d r a i l w a yJ.H e b e i J o u r n a l o f I n d u s t r i a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2 0 2 3,4 0(4):2 6 5-2 7 3.O r t h o
5、 g o n a l o p t i m i z a t i o n a n a l y s i s o f m i c r o d i s t u r b a n c e s r e j e c t i o n c o n t r o l f o r n e w l y-b u i l t c h a n n e l u n d e r-p a s s i n g h i g h-s p e e d r a i l w a y Z HANG T i l a n g1,L I U F u l i2,WAN Y i n g j u n3,L I Y i w e i4,GU Z h e n x u
6、 e4,S UN Y a n g4(1.T h e S e c o n d C o n s t r u c t i o n C o m p a n y L i m i t e d o f C S C E C 7 t h D i v i s i o n,K u n s h a n,J i a n g s u 2 1 5 3 0 0,C h i n a;2.A n h u i Z h o n g x i n g E n g i n e e r i n g S u p e r v i s i o n C o m p a n y L i m i t e d,H e f e i,A n h u i 2
7、3 0 0 0 0,C h i n a;3.H a n g z h o u T r a f f i c I n v e s t m e n t C o n s t r u c t i o n M a n a g e m e n t G r o u p C o m p a n y L i m i t e d,H a n g z h o u,Z h e j i a n g 3 1 0 0 0 0,C h i n a;4.C o l l e g e o f H a r b o r,C o s t a l a n d O f f-s h o r e E n g i-n e e r i n g,H o
8、h a i U n i v e r s i t y,N a n j i n g,J i a n g s u 2 1 0 0 9 8,C h i n a)河 北 工 业 科 技第4 0卷A b s t r a c t:I n o r d e r t o e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e s e t t l e m e n t o f a d j a c e n t h i g h-s p e e d r a i l w a y b r i d g e p i e r s o f n e w l y-b u i l t c h a n n e l,
9、i t i s n e c e s s a r y t o r e i n f o r c e t h e u n d e r p a s s p i e r s d u r i n g t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e s e c o n d c h a n n e l o f G r e a t C a n a l(H a n g z h o u s e c t i o n)u n d e r-p a s s i n g S h a n g h a i-K u n m i n g h i g h-s p e e d r a i l w
10、a y p r o j e c t.B a s e d o n t h e e x i s t i n g m i c r o-d i s t u r b a n c e r e j e c t i o n c o n t r o l s c h e m e f o r t h e p r o j e c t,t h e o r t h o g o n a l i z a t i o n m e t h o d w a s u s e d f i r s t l y t o e v a l u a t e t h e c o r r e l a t i o n m e c h a n i s
11、m b e t w e e n m u l t i p l e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s s u c h a s e n c l o s u r e p i l e s,i n t e r n a l s u p p o r t s,f o u n d a t i o n r e i n f o r c e m e n t s t i r r i n g p i l e s a n d r e i n f o r c e m e n t e f f e c t e v a l u a t i o n i n d e x e s s u c
12、h a s l a t e r m o v e m e n t o f e n c l o s u r e p i l e s,b r a c e d e x c a v a t i o n s,g r o u n d s e t t l e m e n t a n d t h e d i s p l a c e m e n t o f t h e b r i d g e p i e r s.T h e n t h e r a n g e a n a l y s i s w a s u s e d t o c a l c u l a t e t h e p r i m a r y a n d
13、s e c o n d a r y r e l a t i o n s h i p o f t h e i m p a c t o f e a c h i n f l u e n c i n g f a c t o r o n t h e e v a l u a t i o n i n d e x e s.T h e a n a l y s i s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a d d i t i o n t e s t N o.8 h a s t h e b e s t c o m p r e h e n s i v e c o
14、n t r o l e f f e c t o n t h e s t r u c t u r e,b u t t h e a d d i t i o n t e s t N o.2 h a s f e w e r c o n s u m a b l e s a n d a m a x i m u m r e d u c t i o n i n p i e r s e t t l e m e n t o f 1 5.7%,a n d i t s r e m a i n i n g d e f o r m a t i o n s a r e s t i l l w i t h i n t h e
15、 s p e c i f i c a t i o n l i m i t s a s w e l l.T h e r e f o r e,t h e o p t i m a l s c h e m e i s a d d i t i o n a l t e s t N o.2.I n c o n c l u s i o n,i n c r e a s i n g t h e d i a m e t e r o f t h e p i l e s,l o w e r i n g t h e i n t e r n a l s u p p o r t p o s i t i o n o f t h
16、 e f i r s t l a y e r,a n d m a i n t a i n i n g o t h e r r e i n f o r c e m e n t s a t t h e m o s t e c o n o m i c a l l e v e l s a r e t h e m a i n i d e a s f o r s c h e m e o p t i m i z a t i o n.T h i s s t u d y e x p l o r e s t h e f e a s i b i l i t y o f o r t h o g o n a l i z
17、 a t i o n m e t h o d a p p l i e d t o t h e o p t i m i z a t i o n o f d e s i g n p a r a m e t e r s o f m a i n t e n a n c e s t r u c t u r e s i n f o u n d a t i o n p i t e x c a v a t i o n a n d p r o v i d e s a r e f e r e n c e f o r t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n o p t i m
18、 i z a t i o n a n d s a f e t y c o n t r o l o f e x i s t i n g b u i l d i n g s w i t h h i g h d e f o r m a t i o n c o n t r o l r e q u i r e m e n t s d u r i n g w a t e r w a y e x c a v a t i o n.K e y w o r d s:c h a n n e l c o n s t r u c t i o n;r a i l w a y b r i d g e p i e r;d i
19、 s t u r b a n c e s r e j e c t i o n c o n t r o l;o r t h o g o n a l d e s i g n;p l a n o p t i m i z a t i o n 近年来,中国逐步加大对大运河资源的保护传承利用,京杭运河新航道开发和旧航道改造工程日益增多,尤其在水系发达、高速铁路密布的东部地区,航道下穿高铁成为不可忽视的工程问题。在下穿航道开挖过程中,航道基坑-周围地层-高铁桩基是一个共同变形的复杂三维体系,需要从整体上对下穿段一定范围内进行区域扰动控制1-3。从方案优化角度来看,控制效果受多种影响因素制约,必须厘清各因素之
20、间的相互作用关系并对它们之间的关联机制给出定量评价,才能提出安全可靠又经济合理的控制方案。正交试验法是采用正交表安排多因子的试验设计和分析方法4,其能够减少试验次数而不影响拟考虑因素的性能指标,并且可以得到代表全部试验的数据5。张雪婵6通过搜集杭州地区多个基坑的地质参数,结合正交试验法,通过敏感性分析得到考虑地质参数影响反映基坑变形与破坏的指标。孙树林等7基于正交试验法,针对多层支撑深开挖基坑的主要影响因素,进行了五因素四水平的正交试验数值模拟计算,得出基坑变形对各因素的灵敏度。杨小乐等8利用正交化方法对岩溶地区灌注嵌岩桩侧阻力影响因素进行研究,通过有限元软件结合极差分析方法得到各影响因素对桩
21、侧阻力分担荷载比重的影响程度。基于此,对于变形机理模糊、多因素共同作用的复杂地下问题,正交试验法是有效的研究手段,但已有研究鲜有涉及航道下穿高铁桥梁这种变形控制要求较高的工程问题,其施工方案优化也有待进一步探索。本文基于杭州京杭运河二通道(杭州段)下穿沪昆高铁工程已有控制方案,对支护结构和地基加固的排布方式进行八因素四水平正交试验,提出航道开挖下穿已有建筑物时其变形控制方案的优化提升途径,为类似工程提供参考。1 工程概况本文涉及的杭州京杭运河二通道(杭州段)下穿沪昆高铁工程,航道口宽为6 0 m,受航道开挖影响的桥墩为上跨(4 8 m+8 0 m+4 8 m)连续梁的2个中墩,墩号为2 3 2
22、#和2 3 3#,每个桥墩下设1 6根桩基,桩径1.5 m,桩长6 7 m,下穿工程位置分布见图1。为保证上跨桥梁结构稳定,本工程在受影响桥墩两侧 设 置3排 围 护 桩,桩 径 为1.2 m,桩 间 距 为1.4 m,外围护桩长3 0 m,内围护桩和中间围护桩长2 8 m。在内围护桩和中间围护桩之间设置水泥搅拌桩,桩径为0.8 m,桩间距为0.6 m,有效桩长1 0 m,在桩顶设置1.5 m厚钢筋混凝土板;在内围护桩之间设置直径0.8 m水泥搅拌桩,桩间距为0.6 m,有效桩长5 m,桩顶区域设置横截面积1.0 m1.1 m的钢筋混凝土锚梁,锚梁上铺设厚4 0 c m的河底铺砌。外围护桩和中
23、间围护桩采用截面积1.0 m 1.0 m钢筋混凝土斜撑连接,开挖过程中在围护桩之间设置双层内外钢筋混凝土横撑,横撑截面尺寸为1.0 m1.0 m,斜撑、横撑间距均为6 m。紧贴航道边线设置防撞挡墙,墙底采用钻孔灌注桩基础,桩径为1.0 m,桩长1 5 m。支撑方案如图2所示。模型中地下水位参考工程地勘报告设置在地面以下4 m处,主要土层物理力学参数如表1所示。662第4期张体浪,等:新开挖航道下穿高铁微扰动控制方案正交优化分析 图1 下穿工程示意图F i g.1 O n-s i t e e n g i n e e r i n g d i a g r a m o f u n d e r p a
24、s s s e c t i o n外横撑 内横撑止水帷幕图2 支撑系统示意图F i g.2 S u p p o r t i n g s t r u c t u r e s y s t e m d i a g r a m表1 土层物理力学参数T a b.1 P h y s i c a l a n d m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s o i l s土层名称厚度h/m重度/(k Nm-3)弹性模量E/k P a泊松比黏聚力c/k P a内摩擦角/()杂填土 1.5 01 8.06.0 01 030.4 062 7.0淤泥质黏土1 1.01
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