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電力頂管過橋梁樁基影響性分析
專欄:行業(yè)資訊
發(fā)布日期:2024-01-02
閱讀量:779
作者:行業(yè)資訊
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|轉(zhuǎn)至:輸配電線路

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。

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圖 頂管法隧道敷設(shè)電纜實(shí)景
   非開挖段的電力管道施工基本上采用了頂管工藝,最大內(nèi)徑達(dá)到了3.2m,上海某電力隧道混凝土管的內(nèi)徑已達(dá)3.5m,而在建的陜西西安某220kV電力頂管的內(nèi)徑則達(dá)到了4.0m,創(chuàng)國內(nèi)新紀(jì)錄。

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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。

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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。

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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*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)。

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圖 有限元模型
施工分析工況為:樁基施工→左邊頂管開挖→右邊頂管開挖。
目前國內(nèi)的大直徑頂管工程中,基本都采用了泥水平衡式或土壓平衡式頂管機(jī),頂管土倉控制的要求是頂進(jìn)力在靜止土壓力,即維持頂進(jìn)施工過程時(shí)的土體應(yīng)力狀態(tài)與無頂進(jìn)施工狀態(tài)時(shí)一致,是一種微擾動或無擾動的施工工藝。
在實(shí)際操作過程中,由于人工控制偏差或地層地質(zhì)的非各向同性的特點(diǎn),會使得土倉壓力出現(xiàn)不等于靜止土壓力的狀況,但其極限的變化范圍也為主動土壓力和被動土壓力之間。
根據(jù)道路工程勘察報(bào)告提供的地質(zhì)指標(biāo),該層位于淤泥質(zhì)土層中,則其主、被動土壓力與靜止土壓力的差值估算為(頂管中心處,覆土6.0m):
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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。

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圖 位移云圖

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。

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圖 有效相對剪應(yīng)力陰影圖

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。

樁基受頂管影響附加內(nèi)力及變形匯總表
樁基位置
內(nèi)力最大值
樁頂水平位移(mm
彎矩(kN-m
剪力(kN
軸力(kN
雙頂管中間樁基
0.921
0.186
18.31
0.126
雙頂管左側(cè)樁基
17.37
9.79
18.31
0.734

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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。

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