单位文秘网 2021-07-21 08:24:28 点击: 次
【摘要】本文主要针对重庆地区110kV江北城至五里店电缆线路的隧道工程在施工过程中对临近桥墩沉降变形的影响,对现场实测值和有限元模拟值进行对比分析,并对该隧道的开挖方式进行优化,采用开挖方式为机械明挖,建立有限元模型,分析采用明挖方式对临近桥墩沉降变形的影响。
【关键词】隧道施工;桥墩;沉降变形;有限元
1 现场实际监测数据处理与结果分析
1.1现场实际监测数据处理
根据全站仪实测数据,进行桥墩水平变形和沉降的数据处理。X、Y方向的偏移量表示本次测量所得的数据与桥墩没有初始倾斜的桥墩在X、Y方向上的变形量。X、Y方向相对偏移量表示此次测量的测点数据与初始测量的测点在X、Y方向的相对变形量。
1.2处理结果分析
根据数据处理结果可以得到,在该电缆隧道的掘进开挖施工过程中,监测桥墩的变形在X、Y方向相对变形量小于±5mm,相对沉降量小于±5mm,除去全站仪的测量误差,桥墩的变形几乎可以忽略不计。
2 现场实测值和有限元模拟值对比分析
2.1有限元模拟方案确定
根据江北区110kV江北城至五里店电缆线路工程设计图纸以及地勘报告,地质分为三层,地表层为粉质粘土、第二层为中风化泥岩、第三层为中风化砂岩,土体参数见下表。根据土体参数建立土体的有限元模型。
2.2现场实测值与模拟结果的对比分析
比较上表桥墩的有限元数值模拟最终沉降值与实际监控电缆隧道施工过程中桥墩的变形值,发现实测值与有限元模拟值较吻合。在整个电缆隧道掘进开挖的过程中,由于该隧道区段所处的地质条件较为良好,且该电缆隧道的断面相对较小,因此,在该电缆隧道附近范围(桥墩距电缆隧道断面外轮廓线大于1倍隧道宽度)的桥墩基本不受影响,能保障桥梁的使用功能。
3.电缆隧道的优化设计
通过有限元数值模拟和实际监测,电缆隧道掘进开挖的过程对临近桥墩的影响非常微小。因此,从工程经济合理方面来考虑,可以对该隧道的设计施工方案进行优化设计,达到资源利用的最大化。
考虑到该电缆隧道的设计埋深为7.5m,在电缆隧道掘进开挖的施工过程中对土体的挠动较小,对临近桥墩基础的影响也较小。该电缆隧道的断面尺寸较小,可以从调整其埋深以及开挖方式的角度进行优化。
3.1优化施工方案
城市隧道施工中,明挖法施工因难度小,容易保证质量,工期短,造价低,在早期的地下工程施工中应用广泛,且目前在隧道施工中根据不同的施工条件,大量采用了明挖法和暗挖法相结合起来施工的方案。在隧道埋深较浅且地表有足够的空间保证明挖机械设备的使用时,采用明挖法;当隧道埋深较大和地表没有空间保证明挖机械设备的正常使用时,通常采用暗挖法。
3. 2有限元模拟方案
根据江北区110kV江北城至五里店电缆线路工程设计图纸以及地勘报告,地质分为三层,地表层为粉质粘土、第二层为中风化泥岩、第三层为中风化砂岩,土体参数见上表。采用机械开挖的形式。该隧道是电缆隧道,由于其使用功能的不同,断面相对较小,参考交通隧道和地铁隧道的标准,所以选取模型为30m×20m。
3.3有限元模型结果分析
有限元模拟电缆隧道明挖的过程中对临近桥墩基础变形的影响见下表(将桥墩桩基础分为4个线单元,由桩顶到桩底节点号分别为1-5#),在该电缆隧道明挖方式对临近桥墩桩基础的影响最大处在桩基础顶部,X方向变形值为-0.5718mm,Y方向最大变形值为0.0023mm,竖直向沉降值为0.5427mm;均满足设计要求。
4.结果与讨论
本文通过分析实际现场的监控桥墩变形数据,发现该隧道在暗挖掘进过程中,临近桥墩的变形较小,几乎不受影响。
根据该隧道的设计施工方案和工程地质条件建立的有限元模型,分析得到的临近桥墩桩基的沉降值也非常小,与实际测量的沉降值较为吻合。考虑到实测和模拟得到沉降值都远小于设计允许的最大沉降值,说明对不同的地质情况也采取相适应的设计施工方案才能达到合理和经济的要求。
根据改变该隧道的开挖方式和埋深建立的明挖掘进有限元模型,分析得到隧道进行机械明挖掘进对临近桥墩桩基础的影响也有限,沉降也小于设计的最大允许沉降值。如果地表能够保证足够的空间供机械开挖使用,可以改变通过逐渐改变隧道的坡度,进而改变隧道的埋深以及开挖方式。从施工进度控制和成本控制方面考虑,该隧道采用明挖回填式较合理和经济。
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作者简介:刘建(1965—),男,1983年10月参加工作,现就职于重庆市渝通公路工程有限责任公司和重庆交通建设(有限)责任公司,主要从事路桥相关研究
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