王武 朱果

[摘? 要]：地下人行通道工程采用盾構(gòu)頂管法施工，由于場地條件限制，需在地下室內(nèi)設(shè)置后背墻作為盾構(gòu)頂管的受力點(diǎn)，頂管千斤頂水平作用力高達(dá)40 000 kN，給后背墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來極大挑戰(zhàn)。文章主要介紹了一種盾構(gòu)后背墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)布置、基礎(chǔ)設(shè)計、連接節(jié)點(diǎn)專項(xiàng)設(shè)計等內(nèi)容，為以后類似工程項(xiàng)目提參考。

[關(guān)鍵詞]：頂管施工; 盾構(gòu)后背墻; 高水平作用力; 樁筏連接節(jié)點(diǎn)

U455.43A

1 工程概況

四川大學(xué)華西校區(qū)田徑運(yùn)動場地下停車場新建人民南路地下人行通道工程采用矩形盾構(gòu)頂管法施工，該施工法是世界首個在砂卵石地層進(jìn)行矩形盾構(gòu)頂掘的施工作業(yè)，盾構(gòu)頂管施工所采用的支撐鋼組件往前挖掘以及推進(jìn)的水平力高達(dá)40 000 kN。

由于場地條件限制，現(xiàn)場并無天然山體作為盾構(gòu)頂管的后背支撐點(diǎn)，因此需要在地下室主體范圍內(nèi)設(shè)計一個盾構(gòu)后背墻來承擔(dān)盾構(gòu)頂管千斤頂?shù)木薮笏阶饔昧?，控制受力變形以保證頂管施工的正常進(jìn)行（圖1）。

2 結(jié)構(gòu)體系與選型

2.1 千斤頂水平荷載

通過千斤頂作用在后背墻上的水平力非常大，該頂管工程共布置10根油缸，每根油缸推力4 000 kN，總推力40 000 kN，具體布置如圖2所示。

2.2 上部結(jié)構(gòu)受力體系

通過方案對比和結(jié)構(gòu)試算，通過設(shè)置后澆帶將頂管后背墻結(jié)構(gòu)與地下室主體結(jié)構(gòu)完全脫開[3]，千斤頂?shù)木薮笏阶饔昧ψ罱K是由4片鋼筋混凝土墻來承擔(dān)[5]，并通過在鋼筋混凝土墻間設(shè)置連接板和連系梁來有效控制鋼筋混凝土墻的平面外翹曲變形，以保持整個后背墻結(jié)構(gòu)在受力過程中是一個協(xié)調(diào)變形的整體（圖3）[4]。

鋼筋混凝土墻的優(yōu)點(diǎn)是在平面內(nèi)側(cè)向剛度大[1]，在水平荷載作用下側(cè)移小，能有效防止結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切破壞[8]。連續(xù)的鋼筋混凝土墻還能將千斤頂?shù)木薮笏阶饔昧行У膫鬟f給下部結(jié)構(gòu)，避免了單節(jié)點(diǎn)水平力過大從而導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)設(shè)計困難等問題[6]。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計

頂管后背墻所承擔(dān)的水平力以及由此產(chǎn)生的附加彎矩都需要通過基礎(chǔ)傳給地基[7]，結(jié)合地勘及場地條件，最終采用的基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)[2]，樁基為嵌巖樁基礎(chǔ)（圖4）。

3 計算分析及專項(xiàng)設(shè)計

3.1 上部結(jié)構(gòu)

材料：混凝土-C30;鋼筋-HRB400。

荷載組合：1.0×自重+1.0×千斤頂作用力。

3.1.1 應(yīng)力

最大壓應(yīng)力：10.75 MPa;最大拉應(yīng)力：8.5 MPa;最大剪切應(yīng)力：7.05MPa如圖5所示。

3.1.2 變形

千斤頂作用方向最大位移：1.21 mm;垂直千斤頂作用方向最大位移：0.20 mm;

豎向最大位移：0.34 mm如圖6所示。

3.1.3 鋼骨混凝土

在頂管千斤頂直接作用的受力點(diǎn)、受力點(diǎn)偏位置以及最近端混凝土受拉區(qū)域節(jié)點(diǎn)設(shè)置型鋼骨，保證節(jié)點(diǎn)傳力的可靠性[9]（圖7）。

3.1.4 水平施工縫設(shè)置

作用在頂管后背墻的水平作用力非常大，傳統(tǒng)工藝的水平施工縫很難滿足相應(yīng)的抗剪設(shè)計要求。改為契型水平施工縫如圖8所示。

3.1.4.1 契型水平施工縫

將傳統(tǒng)的直線型水平施工縫改為凹凸相間的契型水平施工縫，將傳統(tǒng)水平施工縫的純抗剪受力狀態(tài)變?yōu)槠鯄K斜截面的受壓、受剪以及契塊根部的受剪受力狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)契塊的根部長度和契塊的斜截面坡度，就能將水平施工縫的抗剪問題控制在安全合理的范圍內(nèi)，極大程度的保證了上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)直接傳力的可靠性。

3.1.4.2 水平施工縫抗剪鋼筋的設(shè)置

通過附加插筋的方式，在契型水平施工縫截面上面設(shè)置附加豎向水平抗剪鋼筋，既能增強(qiáng)新舊混凝土之間咬合力，又能起到相應(yīng)的抗剪作用，是水平力可靠傳遞的另一道保障。

3.2 基礎(chǔ)

3.2.1 筏板應(yīng)力應(yīng)變控制

頂管后背墻的巨大水平作用力通過上部結(jié)構(gòu)直接作用在筏板上，容易引起筏板應(yīng)力集中以及筏板的翹曲變形，需對筏板的受力情況做出相應(yīng)的判斷和分析。

本工程筏板厚度設(shè)置為1 500 mm厚，采用25@125（HRB400）雙層雙向配筋。筏板正應(yīng)力、剪應(yīng)力除在樁頂附近有應(yīng)力集中外，普遍均在合理可控范圍內(nèi);筏板變形亦在合理可控范圍內(nèi)（圖9）。

3.2.2 樁基水平承載力驗(yàn)算

頂管后背墻的巨大水平力及相應(yīng)的附加彎矩最終都由樁筏基礎(chǔ)以及土體的側(cè)向剛度來承擔(dān)，通過樁基的拉壓以及土體的側(cè)向約束來平衡。因此需要對樁基進(jìn)行水平承載力進(jìn)行計算分析以及對樁頂位移的變形控制來滿足整個頂管后背墻的受力以及變形要求[2]。

本工程旋挖灌注樁直接D=1200 mm，樁身長度10 m，嵌巖深度3.6 m，樁縱向鋼筋為26根25（HRB400），根據(jù)地勘報告，通過計算，單樁的抗拔承載力特征值2 215 kN，抗壓承載力特征值2 244 kN，水平承載力特征值799 kN，樁底水平位移控制在3 mm以內(nèi)。

3.2.3 樁筏連接節(jié)點(diǎn)

頂管后背墻的巨大水平力通過筏板均分分布后再傳給樁基礎(chǔ)，在此工程中，傳統(tǒng)的樁筏連接節(jié)點(diǎn)上結(jié)合施工質(zhì)量問題極可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接性破壞從而導(dǎo)致整個后背墻結(jié)構(gòu)的失效。為保證傳力的可靠性，在樁筏連接節(jié)點(diǎn)上，我們經(jīng)過水平抗剪以及豎向抗拔的承載力計算，通過設(shè)置型鋼鉚釘預(yù)埋件的方式來保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的節(jié)點(diǎn)設(shè)計[9]（圖10）。

3.3 應(yīng)力應(yīng)變檢測控制點(diǎn)

為保證頂管過程中的順利進(jìn)行，筆者還對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變檢測，以隨時對頂管過程中后背的應(yīng)變情況進(jìn)行實(shí)時的跟蹤和分析，以保證頂管過程安全可靠的進(jìn)行。整個后背墻工設(shè)置6個應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，在整個頂管過程中，實(shí)時監(jiān)測后背墻的應(yīng)力和變形情況（圖11）。

4 結(jié)論

矩形盾構(gòu)頂掘機(jī)吊裝下井，該臺矩形盾構(gòu)機(jī)是世界首個用于砂卵石地層矩形盾構(gòu)頂掘施工作業(yè)的高技術(shù)產(chǎn)品。因?yàn)閳龅貤l件限制，盾構(gòu)頂管后座需要設(shè)置在地下室主體范圍內(nèi)，且與地下室主體同時施工，這也是國內(nèi)首例，完全打破以往頂管后背的常規(guī)做法。目前該工程已順利完工，為國內(nèi)以后類似項(xiàng)目的設(shè)計和施工提供了一個具有指導(dǎo)性的成功案例，希望能為以后類似工程項(xiàng)目提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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