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        成形隧道上方盾構(gòu)機出井吊裝對隧道的影響

        2021-10-14 02:11:04李增業(yè)
        建筑施工 2021年6期
        關(guān)鍵詞:履帶吊管片盾構(gòu)

        李增業(yè)

        上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 上海 200002

        目前已有眾多學(xué)者針對盾構(gòu)機出井吊裝對工作井結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的影響進行研究,此研究亦成為近年來的熱點。本文采用常規(guī)的受力變形分析,對盾構(gòu)機出井吊裝時,起重設(shè)備站位在成形隧道上方進行吊裝作業(yè)的工況進行分析,通過成形隧道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)整理,淺析盾構(gòu)機出井吊裝對成形隧道產(chǎn)生的影響。

        1 概述

        1.1 項目概況

        上海市江浦路越江隧道新建工程襯砌為單層預(yù)制鋼筋混凝土管片,外徑11 360 mm,內(nèi)徑10 400 mm,管片厚480 mm、寬1 500 mm。隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式,其中,口字件、車道板、防撞墻為預(yù)制結(jié)構(gòu),牛腿、壓重混凝土為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)(圖1)。

        圖1 隧道斷面示意

        盾構(gòu)隧道分東、西兩線。東線長785.166 m,采用φ11 580 mm小松泥水平衡盾構(gòu)機掘進;西線長781 m,采用φ11 630 mm鐵建重工氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機掘進。

        2臺盾構(gòu)機均從浦東工作井始發(fā),在浦西工作井接收。浦西工作井周邊環(huán)境較為復(fù)雜,施工場地狹小,盾構(gòu)機出井吊裝時,吊機需站位于成形隧道上方。盾構(gòu)機吊裝采用起重能力為400 t的徐工履帶吊(圖2)。

        圖2 履帶吊站位示意

        1.2 成形隧道受力分析的必要性

        在盾構(gòu)機出井吊裝施工中,一般會避免在成形隧道上方進行吊裝,而是選擇在工作井的邊側(cè)進行作業(yè),盡量避免或減小對成形隧道的影響。目前城市內(nèi)的隧道工程越來越多,不可避免地會受到場地因素的限制,必須在成形隧道上方進行盾構(gòu)機出井吊裝作業(yè)。本文中受力分析均根據(jù)履帶吊受力最不利條件下的工況進行計算。

        2 履帶吊及其站位區(qū)域場地概況

        2.1 履帶吊站位區(qū)域地面加固情況

        吊車行走和作業(yè)區(qū)域的場地必須平整(要求吊裝區(qū)域地面平整度≤0.5%)、堅實。主吊車作業(yè)區(qū)域為工作井的加固區(qū)域,地面已完成厚40 cm的混凝土施工。

        地下連續(xù)墻及冠梁與吊車地面基本平齊,滿足吊車行走和吊裝需要。吊裝現(xiàn)場地面處理及布置需充分考慮履帶吊組裝及配重的運輸拆裝、刀盤分割、存放裝車、刀盤整體翻身、主驅(qū)動組件翻身及拼裝機翻身上井的需求。

        2.2 履帶吊荷載

        地面載荷按400 t履帶吊裝載最大質(zhì)量部件時所承受的最大載荷計算。起吊時地基承載力驗算(按最大件盾構(gòu)機刀盤組件質(zhì)量150 t計算):主機質(zhì)量218 t、車身配重20 t、轉(zhuǎn)臺配重110 t、超起懸掛配重230 t、刀盤質(zhì)量150 t,合計為728 t(即7 280 kN)。根據(jù)加固土取芯報告,加固土的無側(cè)限抗壓強度均大于1 MPa,此處按1 MPa計算。地面為厚40 cm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

        3 最不利工況管片受力分析

        3.1 最不利工況分析

        刀盤起吊時履帶吊作業(yè)半徑最大,起重量最大(圖3),此時履帶吊整體受力最大。

        圖3 履帶吊受力分析

        3.2 硬地坪承載力計算

        為安全起見,本次計算最不利工況按單條履帶承受總重一半荷載的1.2倍計算。同時考慮活載系數(shù)1.4,單條履帶最大受荷為6 115 kN。按此最不利情況驗算厚400 mm硬地坪抗沖切承載能力。根據(jù)現(xiàn)場實際硬地坪配筋、混凝土強度、混凝土厚度,按GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》進行計算,結(jié)果顯示,受沖切截面滿足荷載承載要求。為安全起見,對于徐工400 t履帶吊,其每條履帶下方分別加墊5個6 000 mm×2 200 mm×40 mm的路基箱以進一步分散荷載,避免地坪集中受力。

        3.3 地基土承載力驗算

        單條履帶下路基箱面積為6×2.2×5=66(m2),考慮單條履帶最不利荷載為6 115 kN,按均布荷載6 115÷66≈92.7(kPa)考慮。根據(jù)加固土取芯報告,加固土的無側(cè)限抗壓強度均大于1 MPa,此處按1 MPa計算??紤]最不利工況時,地基土均布荷載為92.7 kPa<1 MPa。加固土抗壓能力滿足要求。

        根據(jù)地基承載力報告,承載力約為140 kN/m2,即140 kPa??紤]最不利工況時單條履帶受力,地基土均布荷載為92.7 kPa<140 kPa,地基承載力亦能滿足要求。

        3.4 地基土下部軟土承載力計算

        地基土下部存在軟弱④層土,結(jié)合地勘報告數(shù)據(jù),經(jīng)計算,軟弱下臥層承載力滿足要求。

        3.5 加固土下臥管片受力驗算

        采用圓環(huán)管片受力分析軟件進行核算,結(jié)果如下:

        1)彎矩驗算:彎矩設(shè)計允許值為451.6 kN·m,驗算值為423.41 kN·m,滿足要求。

        2)軸力驗算:軸力設(shè)計允許值為2 041.6 kN,驗算值為2 191.2 kN。計算時所選模型為通縫管片模型,本工程中管片為錯縫拼裝,設(shè)計值取1.3倍系數(shù),故2 191.2 kN<2 041.6 kN×1.3=2 654.08 kN。滿足要求。

        3)位移驗算:位移設(shè)計允許值為-22.7 mm,驗算值為-20.66 mm,滿足要求。

        4 分析結(jié)果驗證

        為確保施工過程中的絕對安全,在理論分析后又進行了實測驗證。實測驗證主要針對管片變形方面進行實測實量,實測實量根據(jù)吊裝前、后進行分析。實測數(shù)據(jù)如表1、表2所示。根據(jù)實測驗證,管片橫向、縱向變形均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

        表1 隧道管片橫向收斂值

        表2 隧道管片縱向收斂值

        5 結(jié)語

        依托上海市江浦路越江隧道新建工程盾構(gòu)上井吊裝實例,根據(jù)此項目實施前的驗算和實施前后及實施過程中的收斂監(jiān)測情況,可知成形隧道管片的變形量滿足設(shè)計及規(guī)范要求,但因變形量數(shù)值較大,施工過程中還應(yīng)增加監(jiān)測頻率。后續(xù)工程可按此方法對成形隧道進行變形分析,在施工過程中加強監(jiān)測,避免對成形隧道造成不良影響,影響結(jié)構(gòu)安全。

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