地鐵區(qū)間隧道過(guò)河過(guò)橋

施工技術(shù)研究

XX有限公司·合肥

工程概況工程特點(diǎn)和難點(diǎn)研究路線洞外施工控制技術(shù)研究洞內(nèi)施工控制技術(shù)研究降水過(guò)程橋基響應(yīng)三維非飽和滲流耦合分析施工過(guò)程橋基響應(yīng)三維時(shí)空效應(yīng)分析實(shí)施與效果主要業(yè)績(jī)匯報(bào)主要內(nèi)容XX河1

工程簡(jiǎn)介區(qū)間隧道下穿XX河和XX西橋平面圖N櫻花西橋XX河區(qū)間隧道1.1XX河現(xiàn)況河床兩側(cè)為漿砌片石擋墻，河床底部為素混凝土基礎(chǔ)，河道基礎(chǔ)為素混凝土塊。河床寬度為14.9m。1.2XX西橋現(xiàn)況

XX西橋坐落于XX河上，總寬度為48m，長(zhǎng)度為44.6m，中跨長(zhǎng)15m，邊跨長(zhǎng)7.5m，橋頭搭板長(zhǎng)7.3m?？⒐と掌跒?988年11月。1.2XX西橋現(xiàn)況XX西橋下部結(jié)構(gòu)剖面圖XX西橋是石拱與寬幅T梁構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)。橋墩基礎(chǔ)為素砼，橋臺(tái)、橋墩為水泥砂漿砌塊石。1.2XX西橋現(xiàn)況1.2XX西橋現(xiàn)況隧道拱頂距橋墩基礎(chǔ)底為4.4m，區(qū)間隧道設(shè)計(jì)斷面形式為復(fù)合式襯砌，采用淺埋暗挖法施工。地層從上至下依次為：粉土、粉質(zhì)粘土、粘土夾粉細(xì)砂等，上層滯水埋深為3.2～4.8m。潛水埋深為9.65～19.6m。由于XX河對(duì)地層水的補(bǔ)給作用，地層含水飽和。1.3設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)介地質(zhì)條件復(fù)雜。地層軟弱，地下水豐富。工程難度大。由于地層軟弱，地下水豐富，XX河不能斷流，暗挖施工容易引發(fā)突泥突水等工程災(zāi)害。安全風(fēng)險(xiǎn)高。隧道拱頂距橋基僅4.4m，XX西橋車流量大，是重要的交通要道，不能影響橋梁的安全和正常使用，作業(yè)環(huán)境和地表環(huán)境的安全風(fēng)險(xiǎn)非常大。工期壓力大，作業(yè)環(huán)境(施工和加固)有限。據(jù)查新，國(guó)內(nèi)外無(wú)類似工程可供參考，無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)利用。2工程特點(diǎn)與難點(diǎn)3研究究路路線線施工工安安全全現(xiàn)現(xiàn)狀狀評(píng)評(píng)估估，，制制定定控控制制標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)等等優(yōu)化化施施工工方方案案、、有有效效預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)施施工工效效應(yīng)應(yīng)、、進(jìn)進(jìn)行行工工藝藝試試驗(yàn)驗(yàn)等等方案案實(shí)實(shí)施施、、效效果果評(píng)評(píng)估估、、對(duì)對(duì)策策、、總總結(jié)結(jié)、、推推廣廣等等施工工工工藝藝為為：：搭搭設(shè)設(shè)北北岸岸施施工工馬馬道道→→左左岸岸筑筑U型草草袋袋圍圍堰堰→→左左岸岸U型圍圍堰堰內(nèi)內(nèi)排排水水清清淤淤→→左左岸岸U型圍圍堰堰內(nèi)內(nèi)鋪鋪設(shè)設(shè)防防水水毯毯→→搭搭設(shè)設(shè)南南岸岸施施工工馬馬道道→→右右岸岸筑筑U型草草袋袋圍圍堰堰并并拆拆除除左左岸岸圍圍堰堰草草袋袋→→右右岸岸圍圍堰堰內(nèi)內(nèi)排排水水清清淤淤→→右右岸岸圍圍堰堰鋪鋪設(shè)設(shè)防防水水毯毯→→拆拆除除南南岸岸馬馬道道→→防防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流→→拆拆除除左左岸岸U型圍圍堰堰→→防防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流→→拆拆除除北北岸岸馬馬道道→→恢恢復(fù)復(fù)原原河河道道設(shè)設(shè)施施。。防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流范范圍圍為為隧隧道道對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)河河床床前前后后各各70m范圍圍。。4洞外外施施工工控控制制技技術(shù)術(shù)4.1鋪設(shè)設(shè)防防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流為防防止止XX河水水直直接接滲滲入入隧隧道道，擬擬鋪鋪設(shè)設(shè)防防水水毯毯，，開(kāi)開(kāi)挖挖前前須須對(duì)對(duì)XX河進(jìn)進(jìn)行行斷斷流流引引排排。。XX河防防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流施施工工XX河鋪鋪滿滿防防水水毯毯管井井施施工工須須在在XX河草草袋袋圍圍堰堰內(nèi)內(nèi)排排水水清清淤淤完完畢畢后后就就立立即即進(jìn)進(jìn)行行，，施施工工完完畢畢后后鋪鋪設(shè)設(shè)防防水水毯毯，，管管井井周周圍圍亦亦用用防防水水毯毯包包裹裹嚴(yán)嚴(yán)密密，，防防止止接接頭頭處處滲滲水水至至隧隧道道內(nèi)內(nèi)。。為了了確確保保暗暗挖挖過(guò)過(guò)河河過(guò)過(guò)橋橋的的安安全全，，提提前前五五個(gè)個(gè)月月對(duì)對(duì)XX河進(jìn)進(jìn)行行防防水水毯毯導(dǎo)導(dǎo)流流，，防防止止河河水水直直接接補(bǔ)補(bǔ)給給地地下下，，提提前前2個(gè)月月進(jìn)進(jìn)行行降降水水施施工工。。4.2地表表降降水水施施工工為了避免隧道道上覆含水土土層對(duì)隧道開(kāi)開(kāi)挖的不利影影響，在XX河河床上平行行隧道線路方方向進(jìn)行管井井降水。降水井平面布布置圖過(guò)河段超前降降水長(zhǎng)管棚超前支支護(hù)水平旋噴樁超超前支護(hù)深孔注漿加固固圍巖垂直旋噴樁超超前支護(hù)小導(dǎo)管加密注注漿5洞內(nèi)施工控制制技術(shù)5.1施工方案優(yōu)化化安全性比較增加造價(jià)比較較綜合進(jìn)度指標(biāo)標(biāo)為了更好地研研究降水過(guò)程程中的地層變變形，針對(duì)該該工程，進(jìn)行行了非飽和土土特性試驗(yàn)研研究，首次提提出了適合該該工程的非飽飽和土體變模模型，即采用用飽和土的有有效應(yīng)力原理理來(lái)計(jì)算飽和和區(qū)的沉降變變形量；采用用非飽和土本本構(gòu)模型分別別計(jì)算土體由由于基質(zhì)吸力力增大而引起起的收縮變形形量和凈平均均應(yīng)力減小而而引起的回彈彈量。6降水過(guò)程橋基基響應(yīng)三維滲滲流-應(yīng)力耦合分析析6.1非飽和土變形形特性試驗(yàn)研研究在地面沉降研研究中，目前前基本都采用用飽和土固結(jié)結(jié)理論來(lái)計(jì)算算沉降量，實(shí)實(shí)際上，地下下水位的降低低會(huì)引起非飽飽和區(qū)域土體體飽和度的減減小，導(dǎo)致凈凈平均應(yīng)力降降低和基質(zhì)吸吸力增大，非非飽和土力學(xué)學(xué)的研究表明明，土體基質(zhì)質(zhì)吸力的增大大也可造成土土體的壓縮，，非飽和土區(qū)區(qū)域中發(fā)生的的沉降量是不不可忽略的。。非飽和土三軸軸儀－GDS三軸試驗(yàn)系統(tǒng)統(tǒng)三軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)成果之一三軸收縮試驗(yàn)驗(yàn)成果之一6.2.1計(jì)算模型整體計(jì)算模型型橋基路面計(jì)算算模型6.2過(guò)橋段非飽和和變形滲流-應(yīng)力耦合分析析降水后水壓初始水壓6.2.2計(jì)算成果孔壓隨降水過(guò)過(guò)程變化曲線線孔壓隨降水過(guò)過(guò)程變化動(dòng)畫(huà)畫(huà)降水后飽和度度初始飽和度飽和度隨降水水過(guò)程變化曲曲線降水后橋基沉沉降分布降水后地層沉沉降分布降水時(shí)相鄰橋橋基差異沉降降(1)水位降10m時(shí)，地表最大大沉降為21.37mm，橋基最大沉沉降為19.56mm，地層和橋基基的變形基本本一致，橋基基之間的差異異沉降不到2mm。(2)每降水位1m，引起的地表表和橋基的沉沉降值約為2mm，降水所引起起的差異沉降降很小，可以以忽略不計(jì)，，因此，在實(shí)實(shí)際施工中，，如果監(jiān)測(cè)橋橋基比較困難難時(shí)，可以通通過(guò)監(jiān)測(cè)地表表或地層變形形來(lái)近似反映映。(3)計(jì)算對(duì)比分析析表明，不考考慮非飽和區(qū)區(qū)的變形特征征(成果未示)時(shí)，計(jì)算值顯顯著偏小。6.2.3主要結(jié)論與建建議為了更好地預(yù)預(yù)測(cè)施工效應(yīng)應(yīng)，研究施工工過(guò)程中的時(shí)時(shí)空效應(yīng)，針針對(duì)該工程，，進(jìn)行了土體體時(shí)間特性流流變?cè)囼?yàn)研究究，首次提出出了適合該工工程的土體體流變理論模模型和經(jīng)驗(yàn)公公式。廣義Kelvin五單元模型和和時(shí)間硬化經(jīng)經(jīng)驗(yàn)蠕變模型型擬合效果較較好，廣義Kelvin五單元模型流變方程程較復(fù)雜，擬擬合參數(shù)較多多；時(shí)間硬化化經(jīng)驗(yàn)蠕變模模型流變方程程簡(jiǎn)單，參數(shù)數(shù)較少，進(jìn)行行了優(yōu)先采用用。7施工過(guò)程橋基基響應(yīng)時(shí)空效效應(yīng)分析7.1地層時(shí)間特性性蠕變?cè)囼?yàn)研研究大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)表明，地層層、結(jié)構(gòu)物對(duì)對(duì)地鐵施工的的力學(xué)響應(yīng)往往往具有明顯顯的時(shí)間效應(yīng)應(yīng)，這主要是是巖土材料的的流變性質(zhì)所所致。三軸流變?cè)囼?yàn)驗(yàn)系統(tǒng)33廣義Kelvin三單元模型典典型擬合曲線線34廣義Kelvin五單元模型典典型擬合曲線線35時(shí)間硬化經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)蠕變模型典典型擬合曲線線7.2.1計(jì)算模型7.2施工過(guò)程橋基基響應(yīng)時(shí)空效效應(yīng)數(shù)值分析析整體計(jì)算模型型橋基隧道計(jì)算算模型7.2.2計(jì)算成果變形穩(wěn)定時(shí)模模型沉降分布布變形穩(wěn)定時(shí)橋橋基沉降分布布橋基沉降歷時(shí)時(shí)分布橋基基差差異異沉沉降降分分布布隧道道拱拱頂頂沉沉降降歷歷時(shí)時(shí)分分布布施工工完完成成隧隧底底非非彈彈性性區(qū)區(qū)分分布布施工工完完成成橋橋基基塑塑區(qū)區(qū)分分布布隧道道塑塑性性區(qū)區(qū)歷時(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)畫(huà)(1)施工工過(guò)過(guò)程程中中，，橋橋墩墩中中間間段段底底部部范范圍圍會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)一一定定的的塑塑性性區(qū)區(qū)，，但但塑塑性性應(yīng)應(yīng)變變的的值值很很小小，，基基本本上上仍仍處處在在彈彈性性范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，隨隨著著時(shí)時(shí)間間的的增增加加，，由由于于土土體體產(chǎn)產(chǎn)生生蠕蠕變變，，非非彈彈性性區(qū)區(qū)(包括括塑塑性性區(qū)區(qū)和和蠕蠕變變區(qū)區(qū))的范范圍圍會(huì)會(huì)適適當(dāng)當(dāng)增增大大，，但但范范圍圍增增加加較較小小。。(2)左右右隧隧道道施施工工完完成成時(shí)時(shí)橋橋基基最最大大橫橫向向差差異異沉沉降降為為7mm，最最大大縱縱向向差差異異沉沉降降為為5mm，差差異異沉沉降降較較小小。。(3)地層層蠕蠕變變主主要要集集中中在在開(kāi)開(kāi)挖挖后后6天左左右右的的時(shí)時(shí)間間段段，，變變形形、、塑塑性性區(qū)區(qū)、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受力力都都會(huì)會(huì)隨隨時(shí)時(shí)間間有有一一定定程程度度的的增增長(zhǎng)長(zhǎng)，，考考慮慮時(shí)時(shí)間間效效應(yīng)應(yīng)時(shí)時(shí)，，橋橋基基、、地地層層的的變變形形值值比比不不考考慮慮大大1/3左右右，，施施工工過(guò)過(guò)程程中中2/3的變變形形是是瞬瞬時(shí)時(shí)或或掌掌子子面面移移動(dòng)動(dòng)形形成成的的，，1/3的變變形形是是土土體體的的時(shí)時(shí)間間效效應(yīng)應(yīng)形形成成的的。。7.2.3主要要結(jié)結(jié)論論(1)降水水過(guò)過(guò)程程數(shù)數(shù)值值模模擬擬分分析析表表明明，，降降水水引引起起橋橋基基沉沉降降為為19.56mm，差差異異沉沉降降為為2mm；施施工工過(guò)過(guò)程程時(shí)時(shí)空空效效應(yīng)應(yīng)數(shù)數(shù)值值模模擬擬分分析析表表明明，，施施工工引引起起橋橋基基沉沉降降為為19.83mm，差差異異沉沉降降為為7mm；降降水水和和施施工工共共同同引引起起橋橋基基沉沉降降為為39.39，差差異異沉沉降降為為9mm，相相對(duì)對(duì)控控制制標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)而而言言，，累累積積沉沉降降≤≤40mm，差差異異沉沉降降≤≤10mm，擬擬定定施施工工方方案案是是可可行行的的。。(2)監(jiān)控控量量測(cè)測(cè)表表明明，，降降水水引引起起橋橋