胡 军 : 地铁盾构隧道施工对下穿人行涵洞的影响分析 ~7 00m( 高程 0 81~6 35m), 层厚 1 50~ 7 00m, 平均 3 97m <3>-1 冲积 洪积砂层 (Q 4al+pl 3 ): 淤泥质粉细砂及粉细砂, 呈浅灰 灰白 深灰等, 以粉细砂为主, 饱和, 松

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1 路 基 工 程 4 年第 期 总第 9 期 Subg r een g ne e r n g DOI 7 9 j s s n 4 地铁盾构隧道施工对下穿人行涵洞的影响分析 胡 军 中铁第四勘察设计院广州分院 广州 摘 要 以广州市地铁 号线北延段同德围 上步区间下穿北环高速西槎人行涵洞为研究对 象 运用 M sgtsnx建立数值模型 通过对比人行涵洞有无进行加固措施的情况下 盾构掘进 施工过程中对人行涵洞的沉降产生的影响进行了数值模拟分析 为盾构施工的超前控制提出了有效 的依据 关键词 盾构隧道 下穿涵洞 M sgtsnx 数值模拟 加固措施 沉降 中图分类号 U4 4 文献标志码 A 引言 文章编号 4 7m 距同德围站北端头约 南向北展布 单线长约 6 在城市地铁修建过程中 穿越既有地下建 构 m区间隧道下穿广州北环高速西槎人行涵洞 区 筑物进行施工的工程大量涌现 交叉施工情况日益 间隧道与北环高速平面约呈 7 交叉 西槎人行涵洞 普遍 给设计和施工带来很大困难 受地质环境条 m跨空心板梁简支结构桥梁 为北环高速上一座 件和施 工 工 艺 限 制 盾 构 在 推 进 过 程 中 对 既 有 建 两侧桥台为悬臂式钢筋混凝土挡墙 桥台基础采用 构 筑物产生扰动 由此引发一系列环境病害 如 mm灌注桩 桩基进入粗砂层约 m 桩长约 4 7 m 承台厚度为 m 平面布置示意 见图 开裂 倒坍 及邻近管线断裂破损等 在穿越既有 建筑物时 如何对地下建筑物的施工影响减少到最 低限度 是目前在地铁施工过程中的核心问题 在盾构法施工过程中 如何预估盾构下穿既有 建筑物的影响并进行超前控制 是盾构施工所面临 的一大技术难题 为了确保新建隧道自身结构的 安全稳定 使施工期间对既有建筑物的影响减少到 最低限度 本文以广州市地铁 号线北延段 4标为 项目背景 运用 M sgtsnx建立数值模型 通过 图 平面布置示意 对比人行涵洞有无进行加固措施的情况下 盾构掘 进施工过程中对人行涵洞的沉降产生的影响进行数 值模拟分析 4 工程地质和水文地质条件 地形 地貌 该项目沿线主要为珠江三角洲冲洪积平原地貌 工程实例 地形较为平坦 地面高程约 7 9 m 工程简介 场地地层 起始于文 化 公 园 站 止 于 白 云 湖 站 线 路 全 长 约 ml 人工填土层 Q4 勘察范围内人工填土 层主要为素填土 杂填土 素填土呈灰黄色 灰黑 k m 均为地下线 其中同德围站 上步站盾构 色 主要由粉质黏土回填而成 含少量碎石 砖块 区间位于全线中段 区间线路沿西槎路高架东侧由 稍压实 一般有 m混凝土路面 广州市地铁 号线北延段 文化公园 白云湖 杂填土呈杂色 主要成分为中粗砂及砖块 碎 收稿日期 7 9 作者简介 胡 军 97 男 湖南攸县人 高级工程师 硕 士 主要从事城市地铁方面的设计科研工作 E m l 4 7 7 q q c o m 石 混凝土块等建筑垃圾 松散 欠压实 局部有 m混凝土路面 本层沿线广泛分布 共有 个 钻孔揭露本层 层顶高程 6 9 m 层底埋深

2 胡 军 : 地铁盾构隧道施工对下穿人行涵洞的影响分析 ~7 00m( 高程 0 81~6 35m), 层厚 1 50~ 7 00m, 平均 3 97m <3>-1 冲积 洪积砂层 (Q 4al+pl 3 ): 淤泥质粉细砂及粉细砂, 呈浅灰 灰白 深灰等, 以粉细砂为主, 饱和, 松散至稍密状, 部分含较多淤泥 黏粒, 级配不良 <3>-2 中粗砂, 呈浅黄色 灰白色 浅灰色等, 成分组成主要为中粗砂, 饱和, 稍密至中密, 部分含较多淤泥 黏粒, 颗粒不均匀, 级配良好 隧道顶位于 <3>-2 粗砂层, 仰拱位于 <9C>-2 微风化灰岩中, 两侧桥台桩基位于 <3>-2 粗砂层 盾构隧道与人行涵洞的交叉断面, 见图 2 图 2 盾构隧道与人行涵洞的交叉断面 ( 单位 :m) 2 数值模拟分析 2 1 假定条件 1 土体围岩考虑弹塑性变形, 采用 Mohr- Coulomb 准则, 管片仅考虑其弹性工作, 采用线弹性本构关系 ;2 不考虑岩体变形的时间效应的影响 ;3 岩体为各向同性均匀介质 ;4 隧道及围岩的受力和变形是平面应变问题 ;5 垂直地应力场为重力应力场 2 2 计算参数计算中, 地层和相关结构具体几何参数为实际设计参数 本项目采用盾构法施工, 围岩计算参数依据该项目岩土工程勘察报告取值, 盾构管片考虑环向刚度和纵向刚度折减 环向刚度 : 将具有若干环向接头的管片环环向等效为刚度均一的连续介质圆环, 其折减方法可采用修正惯用法, 刚度折减系数根据 日本隧道标准规范 ( 盾构篇 ) 及解说 取 η=0 7 盾构管片考虑环向刚度和纵向刚度折减, 见图 3, 物理力学参数取值, 见表 1 项目 图 3 盾构管片考虑环向刚度和纵向刚度折减 表 1 物理力学参数取值 弹性模 E/ 泊松比 GPa μ 重度 γ/ 黏聚力 c/ (kn m -3 ) kpa 内摩擦角 φ/( ) <1> 填土 <3>-1 粉细砂 <3>-2 中粗砂 <4>-2B 淤泥质土 <9C>-2 灰岩微风化 注浆加固体 管片 表 1 中,0 7 为管片刚度折减系数 ; 考虑砂遇水或处于水位以下等最不利情况的参数值 ( 内摩擦角为 5 ~10, 黏聚力为 0) 2 3 建立计算模型及边界条件 计算模型结合本工程实际情况, 建立如下模型 : 根据 盾构下穿广州北环高速西槎人行涵洞专项保护设计方案, 隧道洞顶距离桥台框架涵桩基底部的厚度在 1 4~2 0m 范围内, 最小处约 1 4m, 袖阀管注浆加固嵌岩深度 2 0m 左右 台背后路基填土按三角形荷载施加土压力, 各种模型, 见图 4~ 图 6 图 4 桥涵结构模型 图 6 地层加固模型 图 5 隧道结构模型 围岩采用实体, 模型中临时支撑采用杆单

3 206 路基工程 SubgradeEngineering 2018 年第 3 期 ( 总第 198 期 ) 元模拟, 复合地基桩土作为整体采用四面体进行模拟, 植筋底板和管片采用板模拟, 地面注浆通过改变围岩参数来模拟, 灌注桩穿越砂土按砂遇水的最不利状况取参数, 路面宽度范围内考虑公路 -Ⅰ 级车道荷载, 等效静荷载取 10 5kN/m, 考虑车道满布车辆情况下按均布荷载施加于桥面 边界条件根据圣维南原理, 对于隧道开挖后的应力和应变, 仅在隧道周围距洞室中心点 3~5 倍隧道开挖宽度的范围内存在影响 盾构施工对基岩有一定的扰动, 一般扰动范围 3~5 倍隧道直径, 强扰动范围根据相关研究一般取一倍隧道外径 选取下穿段区间建模进行施工过程模拟分析盾构掘进对人行涵洞的影响 模型的范围 :X 方向取 90 0m,Y 方向沿隧道轴向取 80 0m,Z 方向取 29 6m 边界的应力条件为 : 上边界及左右边界为应力边界, 底边界约束垂直水平方向位移 约束条件为 : 模型两侧边界施加 X 方向约束, 模型下边界施加 Y 方向约束 2 4 计算工况及施工过程的模拟和实现 计算工况计算工况及施工步骤, 见表 2 表 2 计算工况及施工步骤 施工步骤模拟内容备注 1 初始地应力场初始应力平衡 左洞到达涵洞处, 盾构掘进, 管片拼装 左洞下穿涵洞, 盾构掘进, 管片拼装 右洞到达涵洞处, 盾构掘进, 管片拼装 右洞下穿涵洞, 盾构掘进, 管片拼装 加板和施工荷载, 释放 10% 加板和施工荷载, 释放 90% 加板和施工荷载, 释放 10% 加板和施工荷载, 释放 90% 施工过程的模拟和实现按施工方案与步骤, 近似模拟盾构下穿时的施工过程 :1 首先激活地层 既有桩基, 初应力分析, 位移清零 ;2 控制左 右线掌子面开挖的先后次序及间距, 右线先掘进后左线再掘进, 左 右线掘进间距控制在 6m;3 每次开挖后及时施工管片衬砌 ;4 为减少计算施工步骤及计算量, 需合理简化管片拼装过程, 在下穿段采用 3m 一掘进一拼装, 直至穿过广州北环高速西槎人行涵洞为止, 为 14 个施工步骤, 见表 3 表 3 隧道下穿高速框架涵桩基施工步骤 组类型 组名前缀 I.S S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 边界 底边界 默认网格组 边界 前后边界 右管片 右隧道 1to 桩基 1to4 荷载 自重 左管片 左隧道 1to 边界 左右边界 2 5 数值模拟结果分析 下穿段沉降控制标准盾构下穿施工引起的路面地表沉降和隆起均应控制在环境允许的范围内 盾构通过建筑物时, 应根据沉降的允许值制定建筑物变形的警界值 根据 公路桥涵地基与基础设计规范 (JTGD ) 与 公路桥涵养护技术规范 (JTGH ), 对广州市地铁 8 号线北延段同德围 上步区间下穿广州北环高速公路 - 桥台进行了预警值计算, 得出此次预警值如下 :1 桩基总沉降最大限值 20 0mm; 2 0 台与 1 台不均匀沉降不应超过 11 0mm;3 桥台边缘与中部横向不均匀沉降不超过 5 0mm;4 前后排桩身不均匀沉降不超过 5 0mm;5 墩顶水平位 移不超过 2 6mm 未加固数值模拟结果分析考虑砂遇水或处于水位以下等最不利情况的参数值 ( 内摩擦角为 5 ~10, 黏聚力为 0), 对隧道洞顶距离桥台框架涵桩基底部 1 4m 时进行分析, 根据未作加固措施时, 盾构下穿框架涵桩基过程中, 桥 桩以及其他位置的位移沉降数值模拟分析, 随着隧道盾构的掘进, 隧道盾构上方路面范围的竖向位移逐步增加并向掘进面两侧扩散, 此时各位置的沉降计算情况分别如下 :1 左 右线桩基最大沉降值为 25 1mm, 最小沉降值为 20 8mm, 均超过规定预警值 20 0mm;2 0 台与 1 台不均匀沉降最大值为 15 6mm, 最小值为 12 0mm, 均超过规定预警

4 胡 军 : 地铁盾构隧道施工对下穿人行涵洞的影响分析 207 值 11 0mm;3 桥台边缘与中部横向不均匀沉降最大值为 9 4mm, 最小值为 6 0mm, 均超过规定预警值 5 0mm;4 前排桩身与后排桩身不均匀沉降最大值为 9 9mm, 最小值为 6 1mm, 均超过规定预警值 5 0mm;5 墩顶水平位移最大值为 5 8mm, 最小值为 3 2mm, 均超过规定预警值 2 6mm;6 灌注桩 简支梁两端及框架涵底植筋底板最大沉降值分别为 15 5,10 2,7 8mm, 沉降平均值均大于 10 0mm 隧道盾构掘进开挖施工过程围岩和路面竖向位移云图, 见图 7 图 8 图 7 右线盾构掘进开挖施工过程位移云图 图 9 MJS 旋喷桩 1 1 剖面 ( 单位 :m) 以下随着隧道盾构掘进开挖施工完成后, 围岩和路面沉降变化等值线, 见图 10 图 11 图 8 左线盾构掘进开挖施工过程位移云图 区间隧道下穿既有人行涵洞地层预加固数值分析桥涵加固方案采用 MJS 斜向旋喷桩封边 ( 内侧采用注浆加固 )+ 筏板 + 复合地基 + 临时支顶 对隧道结构外边线 3m 采用 MJS 斜向旋喷桩封边, 封边范围内的砂层采用袖阀管注浆加固 为控制桥梁变形, 通过在原桥涵两侧桥台之间通过新做筏板将两侧桥台及桩基连成一大筏板, 提高桥涵整体刚度, 并结合在两隧道之间施做旋喷桩加固的复合地基, 提高地基承载力, 施工过程中采用临时支顶措施 MJS 旋喷桩剖面, 见图 9 在完成初应力分析及位移清零分析基础上, 计算模型分别考虑了如下的边界约束荷载工况, 具体为 :1 人行涵洞两侧桥台框架涵桩基为 480mm 灌注桩, 进入粗砂层 5 0m, 桩长约 7 5m;2 涵洞内采用 MJS 旋喷桩对隧道结构外边线 3m 进行封边, MJS 旋喷桩加固至岩面层顶 ;3 涵洞内袖阀管地面注浆加固, 袖阀管加固至岩面或隧道底 ;4 浇筑新改通道侧底板, 厚度与承台齐平, 底板通过植筋与承台连接 ;5 盾构下穿时, 两侧桥台台身前设置钢立柱, 立柱间搭设钢横梁 图 10 施作加固措施后右线挖掘完成沉降变化云图图 11 施作加固措施后左线挖掘完成沉降变化云图考虑砂遇水液化或处于水位以下等最不利情况的参数值 ( 内摩擦角为 5 ~10, 黏聚力为 0), 仅考虑隧道洞顶距离桥台框架涵桩基底部 1 4m 时的工况, 当施作加固措施时, 盾构下穿框架涵桩基过程中, 位移沉降数值模拟分析, 随着隧道盾构的掘进, 隧道盾构上方路面范围的竖向位移逐步增加并向掘进面两侧扩散, 此时各位置的沉降计算情况分别如下 :1 左 右线桩基最大沉降值为 14 4mm, 最小沉降值为 10 2mm, 小于规定预警值 20 0mm;2 0 台与 1 台不均匀沉降最大值为 9 8mm, 最小值为 6 0mm, 小于规定预警值 11 0mm; 3 桥台边缘与中部横向不均匀沉降最大值为 4 6mm, 最小值为 2 1mm, 小于规定预警值 5 0mm;4 前排桩身与后排桩身不均匀沉降最大值为 4 5mm, 最小值为 2 2mm, 小于规定预警值 5 0mm;5 墩顶水平位

5 208 路基工程 SubgradeEngineering 2018 年第 3 期 ( 总第 198 期 ) 移大值为 2 4mm, 最小值为 1 3mm, 小于规定预警值 2 6mm;6 灌注桩 简支梁两端及框架涵底植筋底板最大沉降值分别为 2 8,3 0,4 3mm, 沉降平均值均小于 5 0mm;7 最大沉降位移值出现在盾构掘进面位于涵洞中心以下范围 综合以上分析, 广州市地铁 8 号线北延段盾构施工下穿广州北环高速西槎人行涵洞期间, 施作上述加固措施后, 高速公路桥面 桥台 灌注桩 简支梁两端 袖阀管注浆加固基础 MJS 旋喷桩及封边 钢立柱 筏板 钢横梁 斜支撑及框架涵底植筋底板等措施的沉降值均满足安全要求 3 结语根据盾构下穿广州北环高速西槎人行涵洞数值模拟分析, 可得出如下结论 : (1) 未作加固措施工况时, 随着隧道盾构的掘进, 隧道盾构上方路面范围的竖向位移逐步增加并向掘进面两侧扩散, 此时左 右线桩基 0 台与 1 台 桥台边缘与中部 前排桩身与后排桩身 墩顶等不同位置的沉降位移计算值均分别大于预警值 ; 既有公路路面整体沉降不能满足正常使用的要求 (2) 施作 MJS 封边 + 旋喷桩 涵洞内袖阀管地面注浆 浇筑新改通道侧底板 ( 厚度与承台齐平, 底板通过植筋与承台连接 ) 筏板与两侧桥台台身前设置钢立柱 ( 立柱间搭设钢横梁 ) 等优化加固措施后, 当盾构隧道距桥台框架涵桩基底部 1 4m 时, 计算得到的最大沉降值均低于预警值, 沉降位移值比未施做加固措施减少约 30% ~60%, 因此, 施作上述加固措施后, 路面与墩台沉降均满足要求, 较未 加固时, 位移及内力影响已明显减少 参考文献 (References): [1] 唐思聪, 高波, 申玉生, 等. 浅埋软弱围岩隧道基于变形稳定性的施工方案研究 [J]. 现代隧道技术,2013,50(5):45-51,59. TANGSC,GAOB,SHENYS,etal.Deformationandstabilitybasedstudy oftheconstructionschemeforshalow buriedtunnelsinweaksurounding rock[j].moderntunnelingtechnology,2013,50(5):45-51,59. [2] 王小林, 李冀伟, 刘砚鹏, 等. 新建隧道下穿施工对既有铁路的影响研究 [J]. 路基工程,2012(6): WANGXL,LIJW,LIUYP,etal.Studyonefectofunderneathconstruction ofnewtunnelonexistingrailway[j].subgradeengineering,2012(6): [3] 雷金山, 苏锋, 阳军生, 等. 土洞对地铁隧道开挖的影响性状研究 [J]. 铁道科学与工程学报,2008,5(2): LEIJS,SUF,YANGJS,etal.Efectbehaviorsofcavesontunnelingin karstarea[j].journalofrailwayscienceandengineering,2008,5(2): [4] 王万平, 韩常领, 李建斐. 超浅埋小间距隧道穿越既有公路变形规律模拟研究 [J]. 现代隧道技术,2013,50(2): WANGWP,HANCL,LIJF.Simulationstudyonthedeformationlawofa shalow buriedtunnelwithsmalspacingthatpasesunderanexistinghighway [J].ModernTunnelingTechnology,2013,50(2): [5] 张万斌, 旷文涛. 土质浅埋隧道设计基本问题探讨 [J]. 现代隧道技术,2012,49(6): ZHANGWB,KUANG WT.Studyofthebasicproblemsofshalow soil tunneldesign[j].moderntunnelingtechnology,2012,49 (6): [6] GoodierJN. Concentration ofstres around sphericaland cylindrical inclusionsandflaws[j].journalofappliedmechanics,1933,55(7): [7]SadowskyMA,SternbergE.Stresconcentrationaroundanelipsoidalcavity inaninfinitebodyunderarbitraryplanestresperpendiculartotheaxisof revolutionofcavity[j].journalofappliedmechanics,1947,14:a-191 -A-201. AnalysisontheInfluenceofMetroShieldTunnelConstruction onunderpaspedestrianculvert HUJun (GuangzhouBranch,ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignInstitute,Guangzhou510000,China) Abstract:Inthispaper,takingthepedestrianculvertofGuangzhousubwayline8northextensionsectionas theresearchobject,itisestablisedusingmidasgtsnx numericalmodelbasedonthecomparisonofthe pedestrianculverts.theinfluenceofsetlementoftheculvertsduringtheconstructionoftheshieldtunnelingis analyzedbynumericalsimulation,providingtheefectiveevidencefortheadvancecontroloftheshield construction. Keywords:shield tunnel; underpas culvert; Midas GTS NX; numericalsimulation; reinforcement measures;setlement

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我 可 以 向 你 们 保 证 以 下 的 内 容 100% 真 实, 请 您 一 定 耐 心 看 完 从 医 15 年 来, 我 也 反 复 告 诉 病 人 这 些 事 实 但 是 没 有 人 愿 意 去 听, 更 没 有 人 愿 意 去 相 信 或 许, 我 们 的 同 胞 们 真 的 需 要 保 健 : 顶 尖 专 家 谈 癌 症 2014-03-22 权 健 3813 服 务 中 心 环 境 污 染 不 良 生 活 方 式 与 现 代 社 会 生 活 造 成 的 精 神 压 力 等 等 原 因, 使 得 我 国 癌 情 汹 涌, 人 们 也 日 益 变 得 谈 癌 色 变 最 新 数 据 显 示, 中 国 每 天 8550 人 成 为 癌 症 患 者 ; 中 国 癌 症 患 者 年 轻

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