小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究
发布时间：2020-08-19 17:31
【摘要】：以济南轨道交通R1线小半径盾构隧道下穿京沪高铁桥为工程依托,分析盾构掘进过程中对高铁桥的影响,并结合现场施工条件提出直线形、折线形、曲线形3种隔离桩布局形式,探讨其变形控制效果。结果表明:曲线盾构施工引起的周围土体应力状态及桥桩变形特征比盾构直线掘进更加复杂,在无隔离桩支护时,桥桩沉降超过1mm的规范设计要求,桩基水平位移高达3.112mm,高铁桥变形过大;对比分析3种隔离桩布局,直线形隔离桩变形控制效果较差,不能完全保证高铁桥安全,曲线形和折线形隔离桩可有效控制高铁桥变形,综合考虑经济性与施工便捷性,确定折线形隔离桩布局最优。研究成果对小半径盾构隧道隔离支护施工具有重要指导意义。
【图文】：
０３５粉质黏土１９２０１５．４０．３２６１５中风化石灰岩２２００２００．００．２４１００２８１．２隔离桩布局形式盾构隧道开挖施工势必会造成周围土体的扰动，间接影响已建京沪高铁桥的变形。为避免开挖过程对桥桩的附加变形以及加固支护费用，保证隧道结构与高铁桥的整体稳定，根据设计资料中Ｒ１线与Ｒ２线的交叉位置关系，提出折线形、曲线形、直线形３种隔离桩的布局方案，即在隧道开挖前预先在隧道两侧区域施做隔离桩，起到预先隔离桥桩的作用，然后进行盾构掘进。隔离桩的布局形式如图２所示。２曲线盾构施工数值模拟分析２．１数值模型建立通过有限差分软件ＦＬＡＣ３Ｄ，对小半径盾构隧道施工掘进过程建立三维精细化模型，模型尺寸为１６０ｍ×１４０ｍ×６１．６５ｍ（Ｘ×Ｙ×Ｚ），对其四周进行水平约束，底面竖直方向约束，上边界为自由边界，土体模型采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ弹塑性模型，承台、管片、注浆体等混凝土构件均采用弹性材料模拟。计算模型如图３所示。图２隔离桩布局形式Ｆｉｇ．２Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｉｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ图３数值计算模型Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ２．２曲线盾构掘进模拟为准确模拟小半径曲线盾构隧道的掘进过程，特别建立了管片外围注浆体、隧道左、右侧不同厚度的等代层及盾尾千斤顶推力４分区（图４），具体模拟实现过程如下［７］。１１５第１期王国富等：小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究
道开挖前预先在隧道两侧区域施做隔离桩，起到预先隔离桥桩的作用，然后进行盾构掘进。隔离桩的布局形式如图２所示。２曲线盾构施工数值模拟分析２．１数值模型建立通过有限差分软件ＦＬＡＣ３Ｄ，对小半径盾构隧道施工掘进过程建立三维精细化模型，模型尺寸为１６０ｍ×１４０ｍ×６１．６５ｍ（Ｘ×Ｙ×Ｚ），对其四周进行水平约束，底面竖直方向约束，上边界为自由边界，土体模型采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ弹塑性模型，承台、管片、注浆体等混凝土构件均采用弹性材料模拟。计算模型如图３所示。图２隔离桩布局形式Ｆｉｇ．２Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｉｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ图３数值计算模型Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ２．２曲线盾构掘进模拟为准确模拟小半径曲线盾构隧道的掘进过程，特别建立了管片外围注浆体、隧道左、右侧不同厚度的等代层及盾尾千斤顶推力４分区（图４），具体模拟实现过程如下［７］。１１５第１期王国富等：小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究
图４千斤顶分区Ｆｉｇ．４Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｏｆｊａｃｋ（１）注浆体注浆体用于模拟盾壳与管片之间的注浆层，在盾构掘进过程分别赋予２种不同参数来模拟盾尾注浆的凝固过程［８］。开始施做盾构管片时，赋以注浆体１的参数，用于模拟盾尾注浆尚未凝固，开挖一定距离后，将该环注浆体赋以注浆体２的参数，用于模拟盾尾注浆完全硬化。（２）等代层等代层用于模拟刀盘超挖所造成的盾尾空隙，根据盾构机参数设定普通段的等代层厚度为３０ｍｍ；对于曲线转弯段根据赵丹［９］关于曲线盾构施工所需间隙的研究，其线路内侧超挖量为：δ＝１２Ｒ－Ｄ２（）－Ｒ－Ｄ２（）i幔玻蹋玻郏菔街校奈吣诓喑诹浚唬椅呗非拾刖叮唬奈芄构芷饩叮唬涛芄够ざ龋悸嵌芄够陆幼爸玫淖饔茫ザ味芸浅ざ热。蹋剑矗怼＃ǎ常┣Ы锒ネ屏Ψ智Ы锒ネ屏Ψ智且谰荼竟こ痰亩芄够Ы锒シ肿槿范ǖ模ü髡煌智那Ы锒ネ屏靶谐汤词迪侄芄棺颂Ы锒プ饔糜诠芷系亩芪餐屏Γ捶智嵌确直鹞叮罚
本文编号：2797372
【图文】：
０３５粉质黏土１９２０１５．４０．３２６１５中风化石灰岩２２００２００．００．２４１００２８１．２隔离桩布局形式盾构隧道开挖施工势必会造成周围土体的扰动，间接影响已建京沪高铁桥的变形。为避免开挖过程对桥桩的附加变形以及加固支护费用，保证隧道结构与高铁桥的整体稳定，根据设计资料中Ｒ１线与Ｒ２线的交叉位置关系，提出折线形、曲线形、直线形３种隔离桩的布局方案，即在隧道开挖前预先在隧道两侧区域施做隔离桩，起到预先隔离桥桩的作用，然后进行盾构掘进。隔离桩的布局形式如图２所示。２曲线盾构施工数值模拟分析２．１数值模型建立通过有限差分软件ＦＬＡＣ３Ｄ，对小半径盾构隧道施工掘进过程建立三维精细化模型，模型尺寸为１６０ｍ×１４０ｍ×６１．６５ｍ（Ｘ×Ｙ×Ｚ），对其四周进行水平约束，底面竖直方向约束，上边界为自由边界，土体模型采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ弹塑性模型，承台、管片、注浆体等混凝土构件均采用弹性材料模拟。计算模型如图３所示。图２隔离桩布局形式Ｆｉｇ．２Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｉｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ图３数值计算模型Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ２．２曲线盾构掘进模拟为准确模拟小半径曲线盾构隧道的掘进过程，特别建立了管片外围注浆体、隧道左、右侧不同厚度的等代层及盾尾千斤顶推力４分区（图４），具体模拟实现过程如下［７］。１１５第１期王国富等：小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究
道开挖前预先在隧道两侧区域施做隔离桩，起到预先隔离桥桩的作用，然后进行盾构掘进。隔离桩的布局形式如图２所示。２曲线盾构施工数值模拟分析２．１数值模型建立通过有限差分软件ＦＬＡＣ３Ｄ，对小半径盾构隧道施工掘进过程建立三维精细化模型，模型尺寸为１６０ｍ×１４０ｍ×６１．６５ｍ（Ｘ×Ｙ×Ｚ），对其四周进行水平约束，底面竖直方向约束，上边界为自由边界，土体模型采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ弹塑性模型，承台、管片、注浆体等混凝土构件均采用弹性材料模拟。计算模型如图３所示。图２隔离桩布局形式Ｆｉｇ．２Ｉｓｏｌａｔｉｏｎｐｉｌｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ图３数值计算模型Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ２．２曲线盾构掘进模拟为准确模拟小半径曲线盾构隧道的掘进过程，特别建立了管片外围注浆体、隧道左、右侧不同厚度的等代层及盾尾千斤顶推力４分区（图４），具体模拟实现过程如下［７］。１１５第１期王国富等：小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究
图４千斤顶分区Ｆｉｇ．４Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｏｆｊａｃｋ（１）注浆体注浆体用于模拟盾壳与管片之间的注浆层，在盾构掘进过程分别赋予２种不同参数来模拟盾尾注浆的凝固过程［８］。开始施做盾构管片时，赋以注浆体１的参数，用于模拟盾尾注浆尚未凝固，开挖一定距离后，将该环注浆体赋以注浆体２的参数，用于模拟盾尾注浆完全硬化。（２）等代层等代层用于模拟刀盘超挖所造成的盾尾空隙，根据盾构机参数设定普通段的等代层厚度为３０ｍｍ；对于曲线转弯段根据赵丹［９］关于曲线盾构施工所需间隙的研究，其线路内侧超挖量为：δ＝１２Ｒ－Ｄ２（）－Ｒ－Ｄ２（）i幔玻蹋玻郏菔街校奈吣诓喑诹浚唬椅呗非拾刖叮唬奈芄构芷饩叮唬涛芄够ざ龋悸嵌芄够陆幼爸玫淖饔茫ザ味芸浅ざ热。蹋剑矗怼＃ǎ常┣Ы锒ネ屏Ψ智Ы锒ネ屏Ψ智且谰荼竟こ痰亩芄够Ы锒シ肿槿范ǖ模ü髡煌智那Ы锒ネ屏靶谐汤词迪侄芄棺颂Ы锒プ饔糜诠芷系亩芪餐屏Γ捶智嵌确直鹞叮罚
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