下穿高速公路斜交地道桥顶进施工分析.pdf
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1、第 卷第 期 年 月土木工程与管理学报 .:./.收稿日期:修回日期:作者简介:谈 军()男甘肃榆中人高级工程师研究方向为公路与桥梁施工技术(:.)下穿高速公路斜交地道桥顶进施工分析谈 军 杨 涛 辛亚兵 姚 威(.甘肃省交通科学研究院集团有限公司 甘肃 兰州.湖南建工交通建设有限公司 湖南 长沙)摘 要:为保证浅覆土、大交角地道桥在下穿高速公路施工中的安全以湖南平益高速公路平江南互通.地道桥为工程背景采用有限元分析方法将既有高速公路沉降数值分析结果与监测结果进行对比在此基础上计算了地道桥在不同覆土厚度、不同顶进阶段结构受力和变形 研究结果表明路面沉降数值模拟结果与路面沉降实际监测值基本吻合从
2、而验证了数值模拟的正确性 随着地道桥顶进长度的增加地道桥的最大应力值随之增大 既有高速公路路面沉降位移受覆土厚度的影响较大随覆土厚度的增加路面沉降呈现增大趋势隆起呈变小趋势关键词:地道桥 大交角 数值分析 最大顶进力中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:随着我国高速公路建设的推进新建高速公路与已运营高速公路相交施工越来越多 如湖南省常德市善卷路地道桥下穿已运营的常张高速公路全长.顶部覆土厚度.净跨径 分孔独立式净高.由于地道桥顶进施工不中断已运营高速公路通行施工周期较短因此在具有较大交通流量的高速工程下穿施工时选择地道桥顶进施工具有较大的优越性已有学者开展了地道桥顶进施工相关分析
3、研究 李勇以某下穿中江高速地道桥为工程背景该地道桥覆土厚度为 利用 数值分析软件建立了采用管幕 箱涵法的顶进施工模 土木工程与管理学报 年型根据数值计算结果提出了不同施工阶段的路面沉降控制措施 郝子棋以符夹线扩能工程为工程背景.地道桥长 与已有线路夹角为 对大角度箱涵顶进过程中施工技术上的难点进行了说明针对相应的难点提出了便梁加固措施、防坍塌控制措施和高程控制措施叶元春以河北省滨海公路下穿东港铁路地道桥为工程背景 地道桥与既有铁路夹角为.分析和总结了预应力钢筋混凝土的箱涵顶进施工技术提出了确保箱涵顺利顶进就位的防控措施 王鑫等对箱涵中继间法顶镐设置的部位、数量以及分布情况以及中继间的布置情况和
4、顶进时的控制调整进行了介绍阐述了施工存在的难点以及相应的管理方法和控制手段以上研究均偏重于施工沉降和监测分析没有详细分析地道桥顶进过程中的受力和变形 周予启等以成都青白江智慧大道与川化铁路专用线立体交叉为工程背景通过数值模拟对拟加固施工措施进行安全分析实测结果验证了数值模拟的准确性但是没有分析施工过程应力和变形王全锋等以南水北调配套管棚下穿大广与濮鹤高速建设为研究背景采用管棚 箱涵顶进法并通过有限元软件 建立了管棚 箱涵法顶进模型分析了地道桥施工过程中受力和高速公路路面沉降变形情况但是未将路面沉降数值分析结果与监测结果进行对比分析 综上所述目前对于地道桥施工技术的研究大多针对普通箱型、正交、一
5、般覆土厚度的施工技术针对大交角浅覆土斜交地道桥顶进施工的研究内容相对较少本文以平益高速公路平江南互通.地道桥(最大交角 最小覆土厚度.)为工程背景采用基于钢盾构的施工方法进行地道桥施工采用 软件建立地道桥有限元模型将地道桥顶面覆土沉降数值分析结果与监测结果进行对比并分析了地道桥在不同覆土厚度不同顶进阶段地道桥结构受力和变形 研究将为浅覆土、大交角地道桥顶进施工提供借鉴和参考 工程概况湖南平益高速平江南互通.地道桥与已通车运营的平汝高速公路相交相交角度长度 建筑宽度.高度.顶板厚.侧壁厚度.底板厚度.地道桥内净宽.净空.覆土厚度.图 为平江南互通.地道桥钢盾构顶进施工装置照片 主要包括子盾构、主
6、梁、墩柱、盾构外壳及液压推进系统 钢盾构在顶进前安装在地道桥第一节箱体前端作为地道桥顶进时的切土装置与临时支护体系图 .地道桥钢盾构顶进施工装置 地道桥有限元模型.有限元分析参数地道桥结构所有材料本构模型采用弹性本构进行分析 土体本构模型采用摩尔 库伦模型进行结构分析地道桥顶部覆土自上而下依次为杂填土、粉质黏土、泥质粉砂岩土体主要物理力学参数如表 所示表 地道桥计算参数覆土分类土层厚度/弹性模量/泊松比密度/粘聚力/内摩擦角/()杂填土.粉质黏土.泥质粉砂岩.本文拟对.种不同覆土厚度的地道桥顶推过程进行模拟分析建立了基于 最大顶进力计算值计算程序不同覆土厚度的最大顶进力值如表 所示表 不同覆土
7、厚度对应的最大顶进力值覆土厚度/.顶力设计值/.有限元计算工况为了方便进行分析将每顶进 节地道桥(每节地道桥长度为.)划分为一个顶入阶段并选取涵身顶进/阶段以及未顶入阶段和涵身就位阶段共 个阶段分别设立为 个工况具体工况划分如表 所示 第 期谈 军等:下穿高速公路斜交地道桥顶进施工分析表 地道桥顶进过程模型工况覆土厚度/顶入阶段对应工况未顶入阶段涵身顶入/阶段涵身顶入/阶段涵身顶入/阶段涵身顶入/阶段涵身顶入/阶段涵身就位阶段.工况 工况 工况 工况 工况 工况 工况.工况 工况 工况 工况 工况 工况 工况.工况 工况 工况 工况 工况 工况 工况.工况 工况 工况 工况 工况 工况 工况.
8、有限元模型图 为.地道桥有限元模型 其中土体部分模型采用实体单元建立从上至下共划分 层土体 由 直接将参照图纸信息建立的几何模型拓展生成不同的 实体网格组 坐标系设置为 方向为土体宽度方向 方向为土体长度方向 方向为垂直于土体表面的竖直方向xyzxyz(a)?(b)?图 .地道桥有限元模型 顶部覆土沉降位移分析为了方便对地道桥顶面覆土位移理论分析结果与监测结果进行对比在参考监测测点布置情况的基础上在土体表面上沿最上层土体边界顺顶进方向每隔 布置一排间距为 的 个测点分 别 命 名 为 共 个检测点 图 为地道桥顶路面沉降监测点布置xy?F1E1D1C1B1A1A5B5C5D5E5F5F9E9D
9、9C9B9A9?图 模型路面沉降监测点为研究不同覆土厚度对顶部覆土位移特性的影响选取厚度为.个不同覆土厚度在顶进就位阶段 排测点的沉降数据进行对比分析如图 所示 由图 可知当覆土厚度为.时最大沉降值为.最大隆起值为.当覆土厚度为.时最大沉降值为 最大隆起值为.当覆土厚度为.时最大沉降值为.最大隆起值为.当覆土厚度为.时最大沉降值为.最大隆起值为 因此地道桥顶进施工中顶面覆土的位移受到覆土厚度的影响较大随覆土厚度的增加沉降呈现增大趋势隆起呈现变小趋势10505101520-?/mm-24-18-12-606121824?/m?1.2 m?2.0 m2.5 m3.0 m图 不同覆土厚度下顶进就位阶
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