近距離下穿地下共同交叉管溝節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)分析

文/劉智勇 柴艷飛 李榮昌 智鵬 方文 李鵬

近距離下穿地下共同交叉管溝節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)分析

文/劉智勇 柴艷飛 李榮昌 智鵬 方文 李鵬

盾構(gòu)區(qū)間下穿地下管溝，尤其是多個(gè)管線(xiàn)溝相交叉的節(jié)點(diǎn)部位是施工變形控制的技術(shù)難題。文章通過(guò)有限元計(jì)算盾構(gòu)下穿高壓電力艙和管線(xiàn)共同溝四通節(jié)點(diǎn)不同工況的變形。

交叉管溝；節(jié)點(diǎn)；有限元；豎向位移；盾構(gòu)施工

軌道交通工程在市區(qū)建設(shè)速度逐年加快，由于市政管網(wǎng)規(guī)劃與軌道交通不同步進(jìn)行以及軌道交通線(xiàn)路規(guī)劃的需要，盾構(gòu)區(qū)間隧道會(huì)大量下穿和側(cè)穿建構(gòu)筑物，盾構(gòu)下穿或側(cè)穿管線(xiàn)在實(shí)際工程遇到的較多，工程案例也很多，但是地下管線(xiàn)之間縱橫交錯(cuò)，有共同節(jié)點(diǎn)的情況并不多見(jiàn)，實(shí)際受力情況會(huì)更復(fù)雜。目前盾構(gòu)下穿管線(xiàn)共同溝交叉節(jié)點(diǎn)幾乎沒(méi)有參考的工程實(shí)例，需要迫切進(jìn)行研究。

1　工程概況

某地鐵區(qū)間線(xiàn)路向東沿既有市政道路地下敷設(shè)，隧道行進(jìn)路段周邊現(xiàn)狀為綠化帶和少量農(nóng)宅，區(qū)間線(xiàn)路下穿主要建（構(gòu)）筑物為管線(xiàn)共同溝四通節(jié)點(diǎn)和高壓電力艙以及市政道路路過(guò)街地下通道。區(qū)間線(xiàn)路出始發(fā)站后，沿市政道路地下敷設(shè)，向東行進(jìn)，進(jìn)入接收車(chē)站。盾構(gòu)區(qū)間隧道采用雙洞雙線(xiàn)圓形斷面，凈空直徑為5 500 mm，外徑為6 200 mm，區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工。

2　地質(zhì)概況

區(qū)間隧道從上至下依次為雜填土、中砂、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土，土層特性見(jiàn)表1。

表1　隧道區(qū)間物理力學(xué)性能

地下水主要為賦存于第四系土層中的松散巖類(lèi)孔隙水，包括人工填土中上層滯水及孔隙潛水，賦存于殘積層及全、散體狀強(qiáng)風(fēng)化帶中的風(fēng)化殘積孔隙裂隙水和賦存于碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化～中、微風(fēng)化帶的基巖裂隙水。

3　有限元分析計(jì)算結(jié)果

3.1管線(xiàn)共同溝與盾構(gòu)隧道空間位置關(guān)系

高壓電力艙與隧道結(jié)構(gòu)外緣結(jié)構(gòu)線(xiàn)最近距離為1.6 m，管線(xiàn)溝四通節(jié)點(diǎn)距離與隧道結(jié)構(gòu)外緣線(xiàn)最近距離為5.4 m，根據(jù)軌道交通風(fēng)險(xiǎn)源管理辦法，屬于二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源。

高壓電力艙和管線(xiàn)溝四通節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)權(quán)單位要求確認(rèn)控制，若沒(méi)有，按沉降10 mm，變化速率3 mm/d，傾斜率控制值0.005考慮。

3.2豎向位移計(jì)算

3.2.1共同管溝交叉節(jié)點(diǎn)豎向位移

采用邁達(dá)斯GTS進(jìn)行有限元建模計(jì)算，采用莫爾-庫(kù)倫定律為理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析，共同管線(xiàn)溝結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按照半剛性體處理，共同管線(xiàn)溝結(jié)構(gòu)為PE材料結(jié)構(gòu)，按照柔性體處理，處理后風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由Ⅱ級(jí)降為Ⅲ級(jí)，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　左線(xiàn)開(kāi)挖共同管溝交叉節(jié)點(diǎn)最大豎向位移

圖2　右線(xiàn)開(kāi)挖共同管溝交叉節(jié)點(diǎn)最大豎向位移

經(jīng)有限元分析計(jì)算雙線(xiàn)開(kāi)挖完成后，管線(xiàn)溝最大沉降為1.4 mm，高壓電力艙最大沉降為1.3 mm，市政艙與管線(xiàn)溝四通節(jié)點(diǎn)最大沉降為1.4 mm，滿(mǎn)足控制值要求，四通節(jié)點(diǎn)管線(xiàn)處的變形與單個(gè)管線(xiàn)一致。

當(dāng)采用另一種工況計(jì)算時(shí)，即市政艙與管線(xiàn)共同溝四通節(jié)點(diǎn)為柔性節(jié)點(diǎn)，管溝材料均采用PE管材料，管線(xiàn)溝最大沉降為1.7 mm，高壓電力艙最大沉降為1.6 mm，市政艙與管線(xiàn)溝四通節(jié)點(diǎn)最大沉降為2.4 mm。管線(xiàn)溝由半剛性材料變?yōu)槿嵝圆牧虾筘Q向位移增大了21%，高壓電力艙由半剛性材料變?yōu)槿嵝圆牧虾筘Q向位移增大了23%，市政艙與管線(xiàn)溝四通節(jié)點(diǎn)位移由半剛性材料變?yōu)槿嵝圆牧虾筘Q向位移增大了71%。說(shuō)明材料的剛度和剛性模量對(duì)共同管溝節(jié)點(diǎn)抵抗變形至關(guān)重要，同時(shí)也說(shuō)明共同管溝節(jié)點(diǎn)處位移變形有疊加效應(yīng)，屬于變形最危險(xiǎn)點(diǎn)。

3　結(jié)論

1）組成管線(xiàn)共同溝單個(gè)管線(xiàn)溝槽材料的剛度和彈性模量大小與共同管溝節(jié)點(diǎn)抵抗豎向變形能力呈正相關(guān)趨勢(shì)，在區(qū)間隧道擾動(dòng)不明顯的情況下，尤為明顯。

2）組成共同管溝節(jié)點(diǎn)處位移變形有疊加效應(yīng)，即豎向位移與管線(xiàn)共同溝節(jié)點(diǎn)處管線(xiàn)的數(shù)量呈正相關(guān)。

3）采用有限元進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，可以明確管線(xiàn)變形的趨勢(shì)和變形規(guī)律對(duì)實(shí)際工程有重要的指導(dǎo)意義。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.019

□柴艷飛、李榮昌、智鵬、方文、李鵬/中建六局軌道交通公司。

□U455.43

□C

□1008-3197（2016）05-56-02

□2016-08-08

□劉智勇/男，1982年出生，工程師，中建六局軌道交通公司，從事軌道交通施工技術(shù)管理工作。