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        新建盾構(gòu)隧道上跨地鐵區(qū)間工程措施及施工影響分析

        2021-10-13 08:34:48焦莉莉
        黑龍江交通科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:變形分析施工

        焦莉莉

        (北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司沈陽(yáng)分公司,遼寧 沈陽(yáng) 110000)

        1 工程概況及主要工程措施

        1.1 上跨工程概況

        沈陽(yáng)市地下綜合管廊(南運(yùn)河段)工程西起南京南街,東至善鄰路。盾構(gòu)井及工藝井采用明挖法施工,區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。管廊D2盾構(gòu)井~D3盾構(gòu)井區(qū)間在文藝路與青年大街路口位置上跨既有沈陽(yáng)地鐵2#線青年公園站-工業(yè)展覽館站區(qū)間,既有地鐵2#線采用盾構(gòu)法施工,管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間凈距約2.5 m。管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間平面相交角度約為75°。

        管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間隧道外徑6 m,內(nèi)徑5.4 m,隧道襯砌厚300 mm,采用C50混凝土。襯砌管片分為6塊:3塊標(biāo)準(zhǔn)管片,2塊鄰接管片,1塊封頂管片,每環(huán)的寬度為1 200 mm,管片采用錯(cuò)縫拼裝。

        1.2 上跨位置風(fēng)險(xiǎn)源處理措施

        (1)下穿施工前采用地面袖閥管注漿,對(duì)管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間之間土體進(jìn)行加固;袖閥管間距1 m×1 m,長(zhǎng)度15 m,注漿壓力0.5~1 MPa。

        (2)在進(jìn)入上跨影響范圍取之前需對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修,使盾構(gòu)機(jī)的任何零部件都能正常運(yùn)行,以便盾構(gòu)機(jī)快速通過該區(qū)段。

        (3)盾構(gòu)推進(jìn)過程中,做好推力、推進(jìn)速率、出土量等推進(jìn)參數(shù)的控制,控制好隧道軸線,盡量減少蛇形和超挖。

        (4)做好同步注漿及二次注漿,嚴(yán)格控制注漿壓力。

        (5)在進(jìn)入上跨影響區(qū)之前應(yīng)根據(jù)變形控制指標(biāo),對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),以便順利通過既有線。

        (6)采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù),施工時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量,提高監(jiān)測(cè)的數(shù)量和頻率,根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋信息,隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。

        2 有限元計(jì)算分析

        2.1 有限元模型建立

        管廊區(qū)間與既有地鐵區(qū)間中心線交角為75°,下穿段長(zhǎng)度約為20 m。建立考慮新建管廊區(qū)間及既有地鐵區(qū)間的三維有限元模型,模型縱向長(zhǎng)度取100 m,寬度為100 m,模型總高度為39.3 m。各土層采用彈塑性材料模型,三維實(shí)體單元,屈服準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則;管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)均采用彈性材料模型,板單元模擬。在模型底部施加豎向約束,模型四個(gè)側(cè)面分別施加垂直側(cè)面方向的水平位移約束。模型施加重力荷載。

        2.2 計(jì)算模型主要參數(shù)

        根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,施工主要影響范圍內(nèi)土層主要有:素填土、礫砂、圓礫。土體參數(shù)見表1。

        表1 地層參數(shù)表

        主要結(jié)構(gòu)為管廊區(qū)間及既有地鐵區(qū)間,結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。

        表2 結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)表

        2.3 施工過程模擬

        管廊隧道施工前,激活既有地鐵結(jié)構(gòu),模型位移清零。管廊區(qū)間首先進(jìn)行左線盾構(gòu)隧道開挖,左線施工完成后進(jìn)行右線盾構(gòu)隧道開挖。盾構(gòu)隧道推進(jìn)過程模擬分為土體開挖、盾構(gòu)機(jī)的頂進(jìn)、襯砌環(huán)的拼裝、推進(jìn)面壓力模擬及壁后注漿模擬等。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)及襯砌環(huán)拼裝的模擬,先在對(duì)應(yīng)位置設(shè)定好預(yù)設(shè)單元,在計(jì)算開始之前先將預(yù)設(shè)單元“殺死”和“激活”。盾構(gòu)施工過程模擬每一施工步施工一環(huán)管片寬度,即1.2 m。

        3 計(jì)算結(jié)果分析

        計(jì)算管廊隧道施工期間既有地鐵區(qū)間的變形及內(nèi)力,分析既有地鐵區(qū)間的安全性。對(duì)管廊隧道施工過程中地鐵區(qū)間的變形隨施工步的變化區(qū)間進(jìn)行分析,分析不同階段對(duì)地鐵區(qū)間的影響情況。

        (1)既有地鐵區(qū)間變形結(jié)果

        圖1 左線施工完地鐵區(qū)間豎向變形圖/m

        圖2 右線施工完成地鐵區(qū)間豎向變形圖/m

        圖3 左線施工完成地鐵區(qū)間水平變形圖/m

        圖4 右線施工完成地鐵區(qū)間水平變形圖/m

        管廊區(qū)間全部施工完成時(shí)對(duì)既有地鐵區(qū)間影響最大,區(qū)間最大豎向變形為上浮變形,上浮量為2.99 mm,最大水平變形為0.41 mm。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》及《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》,按照控制較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值,隧道結(jié)構(gòu)最大允許沉降取10 mm,最大允許上浮量取5 mm,最大允許水平變形量取5 mm。采用現(xiàn)有措施,地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)變形滿足變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)既有地鐵區(qū)間上浮變形隨施工步變化曲線

        對(duì)地鐵與管廊左線中心線交點(diǎn)位置地鐵區(qū)間隧道頂點(diǎn)①、②及地鐵與管廊右線中心線交點(diǎn)位置地鐵區(qū)間隧道頂點(diǎn)③、④上浮變形量隨施工步的變化進(jìn)行分析。

        圖5 變形分析點(diǎn)上浮變形隨施工步變化曲線圖

        計(jì)算結(jié)果顯示,四個(gè)分析點(diǎn)的最終上浮變形量相差不大,最終上浮量接近2.9 mm。管廊左線施工首先影響到距離管廊左線上跨位置較近的分析點(diǎn)①、③,左線上方分析點(diǎn)①上浮量大于右線分析點(diǎn)③上浮量,隨著管廊左線向前施工逐漸對(duì)②、④分析點(diǎn)產(chǎn)生影響,經(jīng)過下穿區(qū)域后對(duì)既有地鐵區(qū)間影響減小;管廊右線施工首先影響到距離管廊右線上跨位置較近的分析點(diǎn)①、 ③, 右線上方分析點(diǎn)③

        上浮量大于左線分析點(diǎn)①上浮量,隨著管廊右線向前施工逐漸對(duì)②、④分析點(diǎn)產(chǎn)生影響,經(jīng)過下穿區(qū)域后對(duì)既有地鐵區(qū)間影響減小。管廊盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)面距離既有地鐵區(qū)間18 m以上時(shí),盾構(gòu)施工對(duì)既有地鐵影響較??;管廊盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)面經(jīng)過既有地鐵區(qū)間18 m后,盾構(gòu)施工對(duì)既有地鐵影響較小。

        4 結(jié)論與建議

        本文分析了南運(yùn)河管廊區(qū)間上跨既有地鐵區(qū)間采用的工程措施,通過數(shù)值據(jù)算對(duì)管廊區(qū)間對(duì)既有地鐵區(qū)間的影響進(jìn)行了分析,得出如下結(jié)論。

        (1)對(duì)管廊區(qū)間及地鐵區(qū)間之間土體進(jìn)行加固后,管廊區(qū)間上跨既有地鐵區(qū)間,地鐵區(qū)間變形較小,最大上浮量為2.99 mm,最大水平變形為0.41 mm,滿足規(guī)范要求變形控制指標(biāo)。

        (2)新建盾構(gòu)隧道在上跨既有地鐵結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)通過控制推進(jìn)參數(shù),做好同步注漿及二次注漿,對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)隨時(shí)調(diào)整施工參數(shù)等盾構(gòu)施工技術(shù)減小施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響。

        (3)當(dāng)盾構(gòu)刀盤施工至既有結(jié)構(gòu)前方約18 m位置,既有結(jié)構(gòu)沉降速度明顯加快。當(dāng)盾構(gòu)刀盤通過既有結(jié)構(gòu)約18 m后,盾構(gòu)施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響較小。盾構(gòu)在此范圍內(nèi)施工應(yīng)注意加強(qiáng)對(duì)既有地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)并加強(qiáng)盾構(gòu)施工控制。

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