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施工荷載對(duì)既有高鐵隧道群的影響數(shù)值分析

時(shí)間:2021年07月20日 分類:推薦論文 次數(shù):

摘要:以某近距離跨越三條高鐵隧道群的地鐵運(yùn)用庫工程為背景,建立了三維有限元數(shù)值模型,分析了樁基和上部結(jié)構(gòu)施工過程中大型施工機(jī)械作業(yè)所產(chǎn)生施工荷載對(duì)既有隧道的影響,得到隧道結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力和變形。結(jié)果表明,施工荷載使隧道上方土體產(chǎn)生較大

  摘要:以某近距離跨越三條高鐵隧道群的地鐵運(yùn)用庫工程為背景,建立了三維有限元數(shù)值模型,分析了樁基和上部結(jié)構(gòu)施工過程中大型施工機(jī)械作業(yè)所產(chǎn)生施工荷載對(duì)既有隧道的影響,得到隧道結(jié)構(gòu)在施工過程中的應(yīng)力和變形。結(jié)果表明,施工荷載使隧道上方土體產(chǎn)生較大變形,既有隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形滿足安全運(yùn)營(yíng)要求。

  關(guān)鍵詞:高鐵隧道群,施工機(jī)械荷載,有限元,變形

隧道施工

  近年來,隨著我國(guó)城市化的發(fā)展,城市交通擁堵情況日益嚴(yán)重,地鐵已成為緩解城市地面交通壓力的重要手段。然而,地鐵施工過程中容易與其他地上、地下結(jié)構(gòu)物之間發(fā)生相互影響。因此,為了確保地鐵建設(shè)順利進(jìn)行,防止發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn),需仔細(xì)研究其與鄰近建筑的影響[1-8],并據(jù)此采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧1疚囊阅车罔F運(yùn)營(yíng)庫上跨高鐵隧道群工程為例,運(yùn)用有限元數(shù)值分析的方法,對(duì)地鐵運(yùn)用庫樁基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)大型施工機(jī)械作業(yè)施工荷載對(duì)既有高鐵隧道結(jié)構(gòu)受力和變形的影響進(jìn)行了分析。

  1工程概況

  某地鐵停車場(chǎng)運(yùn)用庫上跨三條既有高鐵隧道群,分別用高鐵1正線隧道、高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道、高鐵2隧道表示。停車場(chǎng)運(yùn)用庫采用房橋合一的結(jié)構(gòu)形式,上部由兩跨簡(jiǎn)支鋼桁架橋組成,主桁最小跨度55m,最大跨度110m,共16座,需要完成16000t鋼構(gòu)件加工拼裝、70萬顆高強(qiáng)度螺栓安裝。下部采用承臺(tái)加樁基礎(chǔ)形式,涉鐵樁基共138根,其中隧道間樁基共有24根,距離既有鐵路隧道結(jié)構(gòu)凈距3m~13.8m,樁徑為1.6m~2.2m,同時(shí)近距離跨越三條高鐵隧道群屬全國(guó)首例,施工難度大。

  隧道論文范例:水下隧道工程清水混凝土外觀砂斑的成因分析

  地質(zhì)情況為素填土、碎石土、花崗巖。為最大程度降低對(duì)樁基、桁架施工對(duì)既有高鐵隧道群的影響,加快施工進(jìn)度,減少擾動(dòng),確保既有高鐵隧道安全,保證高鐵行車安全,樁基采用全回轉(zhuǎn)液壓鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)大型施工機(jī)械施工,桁架現(xiàn)場(chǎng)焊接拼時(shí)采用履帶吊車吊裝、頂推滑移施工。

  2施工荷載

  其中基礎(chǔ)施工階段,荷載較大的工程機(jī)械有全回轉(zhuǎn)液壓機(jī),位于樁頂正上方,履帶吊車,涉及整個(gè)區(qū)域,另外旋挖鉆機(jī)、汽車吊、混凝土輸送泵及鋼結(jié)構(gòu)自重均較小,可以不考慮其影響。上部結(jié)構(gòu)施工時(shí),最大荷載為履帶吊車,荷重3500kN,涉及整個(gè)區(qū)域,因此重點(diǎn)分析上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)履帶吊車荷載的影響。

  高鐵隧道1的埋深較淺,當(dāng)施工機(jī)械(履帶吊車)位于隧道正上方時(shí),對(duì)隧道的影響最大。A,B,C三處作為施工機(jī)械荷載的作用位置,分析大型施工荷載對(duì)高鐵的影響。A處位于高鐵2隧道正上方、B處位于高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道一側(cè)、C處位于高鐵1正線隧道正上方。主要的施工荷載為履帶吊車的重載作用,其重3500kN,作用面積21.6m2,換算為作用壓強(qiáng)為162kPa,考慮到其他機(jī)械的影響及安全儲(chǔ)備,施工荷載采用均布荷載200kPa加載計(jì)算。

  3模型的建立

  為分析施工荷載對(duì)既有高鐵隧道群的影響,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,建立有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析。模型大小為400m×120m×80m,單元數(shù)約20萬,節(jié)點(diǎn)數(shù)約21萬。模型采用固定邊界條件。

  4計(jì)算成果及分析

  4.1A處施工機(jī)械荷載作用下高鐵1聯(lián)絡(luò)線隧道變形,A處施工機(jī)械荷載作用下,下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為17.24mm(由于填土承載力較低,地基已接近破壞),高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大變形為1.15mm,位于隧道拱頂,兩腰的最大變形為0.6mm~0.8mm,拱底的變形約為0.3mm,最大隧道橫向方向的變形小于0.2mm。

  4.2B處施工機(jī)械荷載作用下高鐵1正線隧道變形B處施工機(jī)械荷載作用下,下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為12.67mm(由于填土承載力較低,已接近破壞),高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大沉降變形為1.34mm,位于隧道拱頂偏左處,左腰的最大變形為1.1mm,右腰最大變形為0.6mm,拱底的沉降變形約為0.4mm,最大隧道橫向方向的變形為0.34mm。

  4.3C處施工機(jī)械荷載作用下高鐵1正線隧道變形,C處施工機(jī)械荷載作用下,下部土體產(chǎn)生的最大土體變形為15.57mm(由于填土承載力不足,已接近破壞),高鐵隧道襯砌產(chǎn)生的最大沉降變形為1.76mm,位于隧道拱頂,兩腰的最大變形為0.6mm~0.8mm,拱底的沉降變形約為0.2mm,最大橫向變形0.38mm。匯總A,B,C三處的沉降變形量,從中可知,當(dāng)施工機(jī)械位于高鐵隧道正線正上方時(shí)變形最大,最大值為1.46mm。

  5結(jié)論

  1)由于素填土結(jié)構(gòu)松散,承載力低,重型施工機(jī)械荷載作用下,地基土體接近破壞,土體產(chǎn)生很大變形,建議施工前對(duì)填土地基進(jìn)行注漿加固處理。2)在最不利施工荷載作用下(荷載作用于高鐵隧道正上方),高鐵1隧道正線隧道拱頂最大變形約1.76mm,高鐵1隧道聯(lián)絡(luò)線隧道拱頂最大變形約1.15mm,施工荷載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,但數(shù)值滿足規(guī)范[9,10],可控。

  參考文獻(xiàn):

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  作者:王學(xué)廣1鄒中權(quán)2

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