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頂管是地下非開挖施工的一種,它的特點(diǎn)是將管線敷設(shè)改明挖為暗挖。這對交通繁忙、人口密集、地面建筑眾多、地下建筑物和管線復(fù)雜的市區(qū)來說是非常重要的。敷設(shè)新的煤氣、熱力、電力、給水、排水等地下管道以及地下通道,沿用以往開槽敷設(shè)已舉步維艱,頂管作為一種管道敷設(shè)工藝的優(yōu)勢也越來越凸顯。
一、方案概況
頂管是一種成熟的非開挖工藝,被大量應(yīng)用于城市管網(wǎng)和隧道工程的建設(shè),福建省內(nèi)的大直徑非開挖電力通道工程,基本上都是采用頂管施工的。
由于本工程橋梁樁基間距5.5m、樁凈距為4.0m,擬采用兩根φ2000內(nèi)徑的頂管,平行頂進(jìn),頂管管節(jié)壁厚0.2m,頂管之間凈距3.3m、頂管與樁基之間的凈距為0.8m。下圖為雙φ2000mm頂管平行下穿越橋橫斷面圖。
國內(nèi)頂管設(shè)計(jì)的主要規(guī)程:《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》CECS 268 2008和《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB_50268-2008均未對頂管與樁基的交叉穿越施工要求做出具體規(guī)定,故分析時(shí)將采用理論分析、實(shí)測數(shù)據(jù)反演對比和有限元分析等手段進(jìn)行。
二、橋梁樁基受開挖卸荷影響的有限元分析
為了分析橋梁樁基在頂管施工過程中受隧道開挖卸荷作用下的內(nèi)力變化,采用有限元軟件分析雙頂管頂進(jìn)施工過程中,臨近樁基的內(nèi)力變化過程。
有限元幾何模型邊界80m寬*40m高,采用高精度15結(jié)點(diǎn)三角形單元進(jìn)行模擬,頂管的管段和橋梁樁基均采用封閉襯砌單元模擬,有限元模型如圖所示。
在前期的交叉作業(yè)協(xié)調(diào)中,施工順序?yàn)椋簶蛄簶痘┕げB(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后→頂管單線施工→頂管復(fù)線施工→橋面梁施工→橋面板施工,故而在分析頂管施工影響時(shí),已建的橋梁構(gòu)筑物只有樁基部分,樁基高出地面高程約4.0m,但是由于上部為懸臂結(jié)構(gòu),自由端會產(chǎn)生一定的水平位移,但不會產(chǎn)生附加內(nèi)力。項(xiàng)目分析時(shí),不計(jì)超出地表范圍的樁長,以便于計(jì)算收斂。若要計(jì)算超出部分的位移,可通過CAD幾何模擬實(shí)現(xiàn)。
計(jì)算分析的地質(zhì)參數(shù)依據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》提供的試驗(yàn)值輸入;樁基根據(jù)《施工圖設(shè)計(jì)文件》提供的參數(shù)編制,頂管結(jié)構(gòu)參數(shù)采用以往工程中采用的φ2000/200的參數(shù)輸入。
為該頂進(jìn)開挖施工模擬計(jì)算結(jié)果的位移云圖,從圖中可以看出,該開挖掘進(jìn)產(chǎn)生的附加變形以平行雙頂管的各自中心為中心,最大變形量在頂管的上下部,變形值為9.0mm,產(chǎn)生該變形的主要原因是由于頂管開挖卸荷,四周荷載作用下,管段結(jié)構(gòu)受力變形產(chǎn)生的,對橋梁樁基周邊土層產(chǎn)生的影響較小,其周邊土層的整體位移均小于2.0mm。
上圖為該頂進(jìn)開挖施工模擬計(jì)算結(jié)果的相對剪應(yīng)力陰影圖,從圖中可以看出,該開挖掘進(jìn)產(chǎn)生的附加剪應(yīng)力主要影響范圍為頂管四周,且不超過樁基范圍,其他地方土層中的應(yīng)力主要為土體自重產(chǎn)生的。
三、結(jié)論
以現(xiàn)有的規(guī)程規(guī)范及有限元分析軟件為依據(jù),對電力通道過橋方案中的明挖方案和頂管方案做了詳細(xì)的對比,通過分析得到以下結(jié)論:
(1)橋上橋架過橋方案存在規(guī)程強(qiáng)條的制約,無法實(shí)施。
(2)明挖隧道方案由于基坑開挖深度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高,且基坑開挖及隧道澆筑過程中需關(guān)閉在運(yùn)營的水閘,影響較大,故不作為推薦方案;
(3)頂管方案具有靈活、安全、高效等特點(diǎn),有限元分析結(jié)果顯示,頂管施工對橋梁樁基產(chǎn)生的附加變形及內(nèi)力都較小,同時(shí)通過加強(qiáng)頂進(jìn)姿態(tài)控制監(jiān)測、樁基變形監(jiān)測等手段,可將頂管軸線嚴(yán)格控制在路徑中心線上,滿足安全、經(jīng)濟(jì)的要求。