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        北京地鐵16號線馬連洼車站 PBA法施工地表沉降控制關(guān)鍵技術(shù)

        2020-11-08 12:47:58陳廷濤
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年20期
        關(guān)鍵詞:施工

        陳廷濤

        (中鐵二局集團(tuán)有限公司,成都 610031)

        1 工程概況

        北京地鐵16號線工程馬連洼站為地下2層三跨連拱直墻結(jié)構(gòu),總長 282.1m,寬 21.6m,站臺寬度 12m。車站主體采用洞樁法(PBA)施工,頂板覆土厚 9.87m。車站主體主體小導(dǎo)洞開挖支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)段采用6導(dǎo)洞開挖施工,設(shè)備區(qū)段采用8導(dǎo)洞開挖施工。

        車站開挖范圍內(nèi)地層分別為:①1 雜填土、①素填土、②2黏土、②1 粉質(zhì)黏土、③1 粉質(zhì)黏土、③粉土、⑤2 細(xì)砂、⑤卵石、⑥粉質(zhì)黏土。地下水的類型分別是潛水(二):含水層主要為⑤卵石層,穩(wěn)定水位深度 18.0~20.5m,層間水~層間~承壓水(三):含水層主要為⑥3 細(xì)中砂層、⑦卵石層和⑦2 粉細(xì)砂層,穩(wěn)定水位深度 21.0~23.3m。

        2 車站施工數(shù)值模擬

        根據(jù)馬連洼站 PBA 法施工設(shè)計(jì)情況,對8導(dǎo)洞開挖過程施工采用 ANSYS 有限元軟件進(jìn)行模擬,導(dǎo)洞位置如圖1所示。為此本次計(jì)算將工況分為:(1)開挖順序?yàn)椋?)、(4)→(2)、(3)→A、D→B、C;(2)開挖順序?yàn)椋?)、(3)→(1)、(4)→B、C→A、D;(3)挖順序?yàn)?A、D→B、C→(1)、(4)→(2)、(3)。最終計(jì)算得出沉降曲線如圖 2~圖4所示。

        圖1 導(dǎo)洞位置圖

        圖2 工況 1( z=0m處) 地表沉降曲線圖

        圖3 工況 2( z=0m處) 地表沉降曲線圖

        圖4 工況 3( z=0m處) 地表沉降曲線圖

        通過對工況1和工況2的對比可以看出,先開挖外側(cè)導(dǎo)洞在上部導(dǎo)洞開挖過程中有利于降低地表沉降,而對比工況1 和工況3發(fā)現(xiàn),雖然先開挖下部導(dǎo)洞,初期沉降較小,但隨著后續(xù)上部導(dǎo)洞的開挖,由群洞效應(yīng)引起地表沉降疊加使地表沉降迅速增大,不利于沉降控制措施的實(shí)施,同時,在施工開挖完成后,工況1的最終位移值最小,所以,建議采用工況 1:(1)、(4)→(2)、(3)→A、D→B、C 的順序進(jìn)行導(dǎo)洞開挖。

        3 馬連洼車站 PBA法施工關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 馬頭門施工

        PBA 工法馬頭門施工是結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié),是控制沉降的重要工序。關(guān)鍵技術(shù)措施為:

        1)導(dǎo)洞馬頭門鋼筋混凝土破除時,應(yīng)提前對臨時仰拱采取換撐措施。換撐采用雙拼 I22a 門式架型鋼支撐臨時仰拱,另增設(shè)一道 I22a 橫撐于導(dǎo)洞洞口處,與臨時仰拱焊接相連,用于平衡導(dǎo)洞開洞處橫通道側(cè)壁土體造成的偏壓[1]。

        2)馬頭門開洞前,在起拱線上沿開挖輪廓線外打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管,水平打設(shè),管長 4m。

        3)破除導(dǎo)洞洞門格柵,安裝首榀格柵鋼架上半部分,在拱腳處迅速焊接一根 I22“a 卡口撐”將拱架迅速臨時封閉成環(huán),并打設(shè)鎖腳錨桿與拱架牢固焊接。導(dǎo)洞洞口格柵采用雙主筋3 榀連立加強(qiáng)支護(hù)。

        4)主體小導(dǎo)洞上半斷面鋼筋混凝土破除完畢之后,繼續(xù)向前開挖掘進(jìn) 3~5m,方可破除下半部分鋼筋混凝土[2]。

        3.2 導(dǎo)洞施工

        導(dǎo)洞施工順序采用前述模擬計(jì)算比選的推薦方案。關(guān)鍵技術(shù)措施如下:

        1)導(dǎo) 洞 開 挖時 為 避 免 群 洞 效 應(yīng) ,同 層 前 后 錯 開 不 小 于10m,上下層導(dǎo)洞錯開不小于 15m,橫通道相對導(dǎo)洞錯開不小于 15m。

        2)主體導(dǎo)洞內(nèi)土方采用兩臺階預(yù)留核心土環(huán)形開挖法施工,人工開挖,遇到砂夾石,硬質(zhì)黏土等緊密堅(jiān)硬圍巖時,可使用風(fēng)鎬等小型機(jī)具配合開挖。洞內(nèi)臺階長度以 4.5~5m 為宜。開挖后及時架設(shè)格柵掛網(wǎng)噴射混凝土,完成初支封閉[3]。

        3)導(dǎo)洞開挖過程中采用 φ42mm×3.25mm 小導(dǎo)管超前注漿加固地層,小導(dǎo)管長 2m,縱向每榀鋼架打設(shè)一環(huán),環(huán)向間距0.3m,與垂直線夾角為 10°~15°,采用單液水泥漿。若遇到細(xì)砂層,間距可適當(dāng)加密,漿液選用雙液漿[4]。

        4)在進(jìn)行小導(dǎo)洞開挖支護(hù)施工時,嚴(yán)格控制上層導(dǎo)洞格柵間距和安裝精度,減少誤差,保證兩側(cè)邊導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞橫向同排格柵在同一斷面上,以確保后續(xù)施工的扣拱格柵和小導(dǎo)洞格柵能良好連接。

        3.3 初支扣拱施工

        車站主體邊樁頂冠梁施工時,進(jìn)行邊導(dǎo)洞內(nèi)扣拱;拱頂間扣拱隨車站大斷面土方開挖進(jìn)行,每 0.5m 為一個循環(huán),同時嚴(yán)格按照“管超前,嚴(yán)注漿;短進(jìn)尺,強(qiáng)支護(hù);早封閉,勤量測”的施工原則做好支護(hù)工作。關(guān)鍵施工技術(shù)措施如下:

        1)邊導(dǎo)洞內(nèi)扣拱由導(dǎo)洞里側(cè)向?qū)Ф赐?,在邊?dǎo)洞開挖、初支完成后,隨邊樁頂冠梁施工進(jìn)度進(jìn)行??酃皶r,在樁頂冠梁處預(yù)埋鋼筋。扣拱時,若出現(xiàn)螺栓孔眼對接困難的現(xiàn)象,可將格柵連接鋼板滿焊。

        2)導(dǎo)洞間格柵扣拱采用的大拱格柵端頭一端為螺栓連接,一端采用角鋼與預(yù)埋鋼板焊接,做到格柵可調(diào),保證在因施工誤差導(dǎo)致導(dǎo)洞格柵出現(xiàn)錯位的情況下扣拱成功。

        3)導(dǎo)洞邊樁及洞內(nèi)扣拱施工完畢后,邊樁、扣拱與導(dǎo)洞之間的初支間隙應(yīng)填充密實(shí),以保證初支所收的土壓力能順利的傳到車站的整個支撐體系[5]。

        3.4 二襯扣拱施工

        二次襯砌扣拱施工需拆除初期支護(hù),完成結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換,是 PBA 工法中最為關(guān)鍵的工序,也是風(fēng)險較高的工序。施工關(guān)鍵工序及相關(guān)措施如下:

        1)施工前,首先完成邊導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)拱和側(cè)拱背后回填。

        2)初支拆除前需提前測取拱頂沉降初始數(shù)據(jù),破除首段9m 初支混凝土,測取拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)(不小于1次/d),后續(xù)其余段初支每次拆除不大于一個柱跨(6m),破除時監(jiān)測數(shù)據(jù)按1次/d 測取。

        3)中跨先扣,邊跨初支扣拱滯后 12m 對稱施工;初支扣拱完成后進(jìn)行邊跨二襯扣拱。

        4)頂縱梁及二襯扣拱施工時應(yīng)預(yù)埋鋼拉桿,待二襯扣拱混凝土澆筑完成后,即時將鋼拉桿通過套筒或焊接連成整體。頂縱梁與二襯扣拱整體澆注。

        4 實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

        選取車站一典型橫斷面(8 導(dǎo)洞處),選取該斷面在8個小導(dǎo)洞同時施工時,各點(diǎn)的累計(jì)沉降數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),地表累計(jì)沉降曲線如圖5和表1所示。

        圖5 典型斷面測點(diǎn)沉降圖

        表1 典型斷面測點(diǎn)沉降值

        選取上述斷面中地表特征監(jiān)測點(diǎn)位(ML1)DB30-04 全過程累計(jì)沉降數(shù)據(jù)整理分析,得出該點(diǎn)歷時沉降曲線(見圖 6)。

        圖6 (ML1)DB30-04點(diǎn)沉降時程曲線

        通過圖5和圖6的分析可以看出:

        1)圖5顯示,車站在8個導(dǎo)洞同時開挖時,沉降槽曲線與前述模擬計(jì)算沉降規(guī)律、形狀相似,數(shù)值結(jié)果接近,說明本次模擬選型合理,效果較好。

        2)實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬計(jì)算結(jié)果有偏差,且實(shí)測數(shù)據(jù)較模擬計(jì)算結(jié)果偏大。主要原因是在模擬計(jì)算過程中未考慮降水因素,以及實(shí)際過程中注漿因素的影響。

        3)圖6顯示,PBA 工法在車站施工過程中,不同工序?qū)Φ乇沓两档呢暙I(xiàn)各有不同,其中,小導(dǎo)洞施工對地表沉降影響最大,依次是初支扣拱、二襯扣拱,樁梁體系施工對地表沉降影響最小。二襯扣拱完成后,基本趨于平穩(wěn),在后續(xù)車站內(nèi)土方大開挖對地表沉降幾乎沒有影響。

        4)在群洞效應(yīng)的影響下,測點(diǎn)受到的小導(dǎo)洞影響越多,沉降越大,距離越近,影響越大。在下層小導(dǎo)洞的施工過程中,對測點(diǎn)的沉降影響尤為明顯。

        5 結(jié)論

        通過本文的分析,得到以下結(jié)論:

        1)通過建模和數(shù)值分析以及實(shí)踐證明,PBA 工法在車站小導(dǎo)洞施工順序上選用先上后下,先邊后中對沉降的控制的是合理的。

        2)PBA 工法施工過程中,對沉降貢獻(xiàn)較大的工序分別為小導(dǎo)洞施工、初支扣拱施工、二襯扣拱施工。小導(dǎo)洞施工過程中,馬頭門的破除順序、臨時仰拱的換撐、施工步序以及導(dǎo)洞施工格柵的安裝精度是控制沉降的關(guān)鍵;初支扣拱中格柵的安裝精度是控制沉降的關(guān)鍵;二襯扣拱中,格柵的拆除順序和長度是控制沉降的關(guān)鍵。

        3)本文以馬連洼車站為例,進(jìn)行施工技術(shù)分析總結(jié),提出的技術(shù)方法有針對性,但無普適性,僅對類似工程有借鑒意義。

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