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本论文采用FLAC3D有限差分计算软件对几种浅埋暗挖法的工法及工序进行了模拟及分析,并按照现场施工工法进行了模拟分析,与和现场获得的监测数据进行了对比分析,考虑到施工工程中注浆加固及抬升对桥基的沉降的补偿作用,将获得的监测数据进行分析获取注浆措施对桥基沉降的影响规律,得出了重要结论。
本文为桥梁专业的硕士论文，主要研究地铁挖掘施工对附近桥梁的影响。
1绪论
1.1引言
地铁是城市轨道交通一部分,作为一个世界上通用快捷的解决交通拥堵的方式之一,因其拥有快速、便捷、准时、运输能力强等优点,伴随着城市化率越来越高,交通拥堵现象越来越严重,因此许多国内大中城市都陆陆续续地开始建造地铁,不光国内地铁建造越来越多,许多国外的大中城市也建造了许多地铁和正在建造地铁来解决拥挤的交通[2]。
中国城市化率从1991年就达到26.9%,到1996年达到30.5%,突破了 30%,进入城市化加速时期,截止到2011年,中国城市化率己经超过50%,由于飞速发展的中国经济以及加速发展的城市化进程,在城市化的进程中不可避免的遇到了许多不同的问题,尤其是城市里车辆越来越多交通拥挤和环境污染严重等问题;2009年,我国公路总里程达到6.5万公里,10年间年均增速为5千公里,但人均拥有的道路交通面积仅12.8平方米,每年增长的道路面积几乎都被同时增长的汽车占有。虽然道路每年都在不断的进行改进加宽,但其增速仍然没法和日益增长的汽车持有量的增速相比,堵车在一些城市的早晚高峰期间时常出现,尤其是一些大城市,像北京,上海,广州,杭州等,解决堵车这个难题也成为一个城市繁荣健康发展的难题,通过发展公共交通事业是解决问题的关键因素,大中城市迫切的需要发展公共交通来解决拥堵问题;地面交通面临着大量占用城市稀缺的空间,也容易发生堵塞,无法仅仅依靠地面交通来完成全部人流的输送,而地铁是在地下空间运行的轨道交通,除了仅有的出入口位置,基本不占用地面空间,有效地节约了地面空间,同时地铁的运营不会对地面造成环境污染,人们在乘坐地铁时也不会受到地面的影响,准时、舒适、方便、快捷等特点要优于地面交通。目前,地铁的运营速度己经达到了每小时100公里以上,除了在高速公路上的汽车,城市里基本没有地面交通能够达到这个时速。地铁是车厢式的,一般一辆地铁的运量相当于公共汽车的8至11倍;地铁运营中空调的幵启可以在寒冬及盛夏保证人们的舒适性,比起公共汽车也要更加节能,方便。当然作为国家战略,地铁设计中己经考虑人防作用,一旦遇到战争或者自然灾害等紧急情况时可以作为理想的逃生躲避空间,地铁在城市公共交通中扮演着越来越重要的角色。截止2012年初,从北京、上海、广州等一线大域市,到南京、沈阳、成都等省会城市,再到苏州、佛山、宁波等二三线城市,地铁的建设己经成为中国城市发展发达的一个标志,中国有30多个城市已经在建设及准备建设地铁,在建的地铁总长度超过了 1600多公里[4]。
以首都北京为例,到2013年1月1日,北京地铁总运营里程将达到442公里,北京已经跨入世界地铁里程最多的城市之一,北京制定了 2015年的规划中,届时北京将拥有近20条线路,里程数也将增加100多公里,同时2020年建设规划在2015年建设规划调整版的基础上新增近10个项目,共300公里左右。该规划完成后,北京轨道交通线网运营线路将达30余条、运营总里程达1100公里,到时候预计北京地铁的客运量将达到2000多万人次每天,全市区选择地铁的出行比例将占全部出行方式的26%左右,见图1.1。
随着地铁建设趋势化、需求化、在建设中会遇到各种各样的不可避免的问题,如下穿一些建筑物、上行一些建筑物、临近既有地铁、桥梁及其他建筑物,这些问题必须克服才能保证地铁工程的顺利建设。
本论文主要以八号线二期地铁安华桥车站临近安华桥桥梁工程为例,研宄地铁施工对临近既有桥梁的工程的影响,研究成果为可以对以后遇类似工程提供一定借鉴,从而更大的减少对临近物的影响和更好的完成地铁的建设。研究中对如何做到减小桥梁基础的沉降,保障施工过程对桥基影响的最小化,使得桥梁能够不出现破坏和正常工作是本工程施工的关键。
2八号线二期安华桥车站施工对临近桥梁影响的数值模拟分析
2.1工程概况
地铁车站安华桥站属于八号线二期的一个站点,安华桥站横跨北三环中路,位于安华桥桥梁及鼓楼外大街的西面,布置方向呈南北向,该车站总长度为227m,车站类型为端进式车站,车站的两端中南端跟盾构区间相接,并且接收盾构机,北侧跟矿山区间相接,中间因为道路及安华桥的影响分为两部分的浅埋暗挖形式,两端影响较小,采用双层PBA法工法进行施工,中间部分临近安华桥,靠近安华桥桥基部分的暗挖部分采用单层PBA法工法进行施工,远离安华桥桥基部分采用单层CRD法工法施工。YDK63L281-YDK695.281为单层PBA法和CRD法段,长64.0m,顶板覆土约为11m,底板埋深约为25m, PBA段小导洞内施工条形基础、桩顶冠梁、边桩、回填混凝土,单层段结构的初期支护350mm, 二次衬砲600mm。在结构按地震设防烈度8度进行抗震验算。结构按5级人防设防进行检算。区间结构防水等级为二级。结构抗浮安全系数不计侧壁摩阻力3.05,计侧壁摩阻力15。混凝土允许裂缝开展,结构最大允许裂缝宽度:迎水面0.2mm,背水面0.3mm。结构按8度地震烈度进行抗震验算,梁柱连接点及其他墙板连接点按抗震等级三级釆取构造措施。
3地铁暗挖施工对桥梁的监测分析及与计算结果的对比...............27
3.1针对临近桥梁开挖的施工措施...............27
3.2本工程暗挖施工中对临近桥梁的监测设计...............28
3.3施工中对临近桥梁的技术指标控制...............30
3.4施工中临近桥梁监测基准点的布设情况...............31
3.5施工现场监测数据与计算结果的对比分析...............33
3.6桥基与桥面的监测数据的对比分析...............38
4注浆在施工工程中对桥梁的影响研究...............42
4.1注浆材料...............42
4.2注浆方法与机理...............43
4.4注浆在隧道工程的作用...............46
4.5安华桥车站暗挖施工中采用的注浆技术...............47
4.6注浆抬升数据分析处理及结果...............50
5结论与展望...............55
5.1结论...............55
5.2展望...............55
结论
本论文采用FLAC3D有限差分计算软件对几种浅埋暗挖法的工法及工序进行了模拟及分析,并按照现场施工工法进行了模拟分析,与和现场获得的监测数据进行了对比分析,考虑到施工工程中注浆加固及抬升对桥基的沉降的补偿作用,将获得的监测数据进行分析获取注浆措施对桥基沉降的影响规律,得出了以下的几点结论:
(1)通过对浅埋暗挖法的几种工法及工序进行模拟分析,可以发现,PBA法施工所引起的地面沉降及对桥基的影响要比CRD施工所引起的地面沉降及对桥基的影响要小许多,对于临近工程且限制要求较高的情况可以釆取PBA法施工来控制沉降。
(2)采用浅埋暗挖法施工临近桥梁施工的过程中,采取不同的施工工序及不同施工进度也会对桥梁桥基及地面的沉降带来不同的影响。
(3)通过与现场监测数据的对比,可以发现FLAC3D软件对浅埋暗挖法临近桥梁桥基施工进行提前模拟分析预测具有一定作用,可以相对真实的反应开挖情况。
(4)桥梁桥基为5个条形基础,一般在车站开挖中会受到影响,沉降由近及远为线性沉降,近端沉降量大,远端沉降量小,由于条形基础为钢筋混凝土材料,沉降为线弹性沉降,并且桥基之间会相互影响,发生沉降范围要大于地表沉降曲线的范围。
(5)桥梁桥基之间的间距对桥基的沉降有一定联系,间距较小的情况相互作用,沉降会相对加大,间距较大的桥基,影响较小。
(6)在车站开挖工程中通过一边监测一边注浆加固来补偿由于开挖所带来的沉降的效果十分明显,在一些类似情况可以参考使用这种情况来指导施工。
(7)通过对比分析,可以发现,注浆抬升对临近桥基的影响作用要大于车站开挖对桥基的影响作用,可以认为开挖产生的沉降曲线范围要相对小于注浆抬升产生的沉降曲线范围。
参考文献:
[1]Runon, P.& Kassap.1992.An underpinning schme for the red line subway at southstation, Boston.Civil engineering practic: 67-86;
[2]Itasca,Consulting Group Inc. Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3Dimensions Online Manual, Version 3.0. Minneapolis, USA, 2005 ;
[3]朱汉华,赵宇,孙红月.地下工程平衡稳定理论与应用[M].北京:人民交通出版社,2011;
[4]朱汉华,尚岳全,杨建辉.地下工程平衡稳定理论与应用[M].北京:人民交通出版社,2012;
[5]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004;
[6]王梦恕.浅埋暗挖法设计_施工问题新探[J].地下空间,1992,12(4): 289?294
[7]张成满.地铁邻近桥梁施工既有桥梁现状评估和控制标准研究[D].成都:西南交通大学,2006
[8]陈育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京:中国水利水电出版社,2009;
[9]彭文斌.FLAC3D实用教程[M].北京:机械工业出版社,2009;
[10]李围.隧道及地下工程FLAC解析方法[M].北京:中国水利水电出版社,2008;
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