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PBA施作地铁车站下穿桥梁影响分析

时间:2016/5/18 10:26:10  作者:未知  来源:网络转载  
 一、论文背景
  随着城市轨道交通建设的发展,出现多处地铁车站下穿桥梁的案例,桥梁下方道路交通疏解困难,在车量拥堵的城市往往采用暗挖法施工地铁车站,往年一些车站下穿桥梁出现了以下问题:
  下穿桥梁导致桥梁出现以下问题:
  (1)大面积开挖卸荷,土体多次扰动
  (2)桥桩侧大面积卸荷
  (3)桥梁纵向出现不均匀沉降
  (4) 桥面开裂
  试图解决的问题:
  • (1)准确的风险分析预测
  • (2)合理的地铁施工方法及工序
  • (3)对地表沉降和桥桩变形的合理保护
  二、PBA工法简介
  暗挖车站的施工工法有:交叉中隔壁法、中洞法和洞桩法。
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  洞桩法优点:施工简单、工期短;破除量小;施工交通、通风条件好。
  洞桩法(PBA)核心思想即是在于开挖前设法形成由侧壁支撑结构和拱部初期支护组成的整体支护体系,保证在进行车站主体部分开挖时足够安全,并有效控制地层沉降。
  PBA工法施工工序:
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  (1)加固开挖小导洞
  (2)下洞作条基、上洞内施作围护桩
  (3)导洞内做底纵梁、中柱及桩顶冠梁、顶纵梁
  (4)挖车站顶部土体并作顶拱初支
  (5)施工顶拱防水层及拱顶二衬
  (6)开挖内部土体及施做楼板、侧墙
  三、案例分析
  ♦工程概况
  北京6号线花园桥站主体位于西三环花园桥主桥垮的下方。车站暗挖段长190m,车站暗挖断里程处覆土厚度为8m左右,底板埋深25m。
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  花园桥1994年竣工通车,为预应力钢筋混凝土连续箱梁,跨径为32m+37m+32m, 桥梁,桩径1.2m,桩长20m。
  桥梁桥桩与车站最近约0.8m。
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  ♦数值模拟
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计算模型
  计算采用FLAC3D有线差分软件进行数值分析计算,该计算采用地层分析法计算,模型纵向取40m计算,即桥两侧各延伸9m,高度取地面以下50m,模型约束除顶面其余五面的法向约束。
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计算结果---竖向变形云图
  计算结果与实际对比分析
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地表沉降对比
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桥墩沉降对比
  监测点的地表沉降实际监测值与计算值相差较小,证明了模拟方法较为合理 。
  结论:导洞开挖阶段导致的地表沉降较大,占最终沉降量的60%以上,该数值分析方法可较为准确的预测风险。
  ♦工序对比
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  工序一:6→5→3→1→2,该工况为“先下后上,先边后中,先远后近” 。
  工序二:6→5→1→3→2,按照“先下后上,先边后中,先近后远” 的原则。
  工序三:2→6→1→5→3,按照“上下交叉、先上后下”的原则。
  工序四:5→3→6→1→2,按照“上下交叉、先下后上”的原则。
  工序五:3→1→2→6→5,按照“先边后中,先上后下”的原则。
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地表沉降对比
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桥墩沉降对比
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  ♦工法对比
  结合以上分析,导洞按照“上下交叉、先上后下” 的原则开挖,地表沉降最小,且桥桩横向变形最小。
  借助数值分析可优化实际施工工序。
  ♦桥桩保护措施
  桩侧地铁车站的施工最关键的就是对桥桩的保护,常见的桥桩加固保护的方法有:注浆加固法、复合锚杆桩隔断法、桥桩托换。
  结合各种加固保护措施,并提出八种加固方案:
  为了消除非对称下穿桥梁造成的不均匀影响,分析采用PBA对称下穿桥梁的工法进行分析
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措施一
  先从地面打车站主体围护桩,上导洞及导洞以上部分采用C15素混凝土桩,桩长14.3m,开挖导洞时进行截桩;导洞以下采用钢筋混凝土桩,桩长19m,比桥桩长处10m。
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措施二
  开挖导洞前,从地面打复合锚杆桩隔离桥桩,D150@800×600。
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措施三
  开挖导洞前拱顶超前深孔注浆,注浆大约1.5m厚度。
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措施四
  先开挖导洞,施作围护桩,然后向围护桩与既有桥桩之间注浆,先注浆后开挖。
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措施五
  在桥桩之间各补做一根桩,并补做承台与既有承台相连成一整体。
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措施六
  在承台之间施加钢筋混凝土梁,该梁与承台之间设置滑动连接铰;该措施可以有效减小桥墩的水平变形。
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措施七
  利用袖阀管进行地面注浆,注浆加固的有效范围为5m×5m。
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措施八
  导洞掌子面玻璃纤维锚杆注浆加固
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八种措施地表沉降控制作用效果
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八种措施桥墩沉降控制作用效果
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八种措施桥墩横向变形控制作用效果
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  掌子面超前注浆可以有效减小导洞开挖导致的应力释放,对桥墩的沉降和水平变形以及地表的沉降都能起到较好的控制作用。
  四、结论
  (1)地层应力法在风险源施工方面可以起到很好的预测作用;PBA车站下穿桥梁施工时,导洞开挖(暗挖)会导致桥桩迅速下沉,其沉降量占总变形量的60%,为最不利施工阶段;控制好导洞开挖对周围土体的影响是控制桥梁变形的关键。
  (2)导洞按照“上下交叉、先上后下” 的原则开挖,地表沉降最小,且桥桩横向变形最小。
  (3)导洞掌子面超前注浆可有效控制桥墩和地表沉降,超前核心土的强度及变形是开挖对周围土体影响的根本原因。
(本文由基础工程网编辑自2016海两岸岩土工程/地工技术交流研讨会,报告人:黄显贵)

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