超大直徑頂管穿越地鐵高架線路設(shè)計(jì)與施工

超大直徑頂管穿越地鐵高架線路設(shè)計(jì)與施工摘要：本文以上海市某工程頂管下穿既有地鐵高架線路為背景，對(duì)頂管穿越高架線路的設(shè)計(jì)方案，有限元分析、工程實(shí)際施工要求及實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)介紹。關(guān)鍵詞：超大直徑頂管；穿越施工；有限元；監(jiān)測(cè)1工程背景上海市污水治理白龍港片區(qū)南線輸送干線完善工程（東段輸送干管）管道起點(diǎn)自外環(huán)線和羅山路交叉口，與原南線西段相接，沿外環(huán)線和迎賓大道自西向東敷設(shè)，至遠(yuǎn)東大道后折向北，沿遠(yuǎn)東大道自南向北敷設(shè)，至龍東大道后折向東，與中線，南干線一起，沿龍東支路分別進(jìn)入白龍港污水廠，處理后外排長(zhǎng)江，十管總長(zhǎng)約26.1km，采用2根內(nèi)徑4m鋼筋混凝土頂管。管道需在華洲路、遠(yuǎn)東大道西側(cè)穿越2號(hào)地鐵東延伸段。此處2號(hào)線為架空段，頂管管道需從線路承臺(tái)下方穿越。2設(shè)計(jì)方案頂管管道穿越處2號(hào)地鐵東延伸段高架承臺(tái)中心距約為28.4m，華洲路跨線橋承臺(tái)中心距約為20.0m。為避讓兩者的承臺(tái)支撐樁基，采用直線頂管方案，2-DN4000鋼筋混凝土頂管分別在華洲路跨線橋兩跨承臺(tái)之間和2號(hào)地鐵東延伸段一跨承臺(tái)之間垂直穿越。穿越處，地坪標(biāo)高約為4.000m，管道內(nèi)底標(biāo)高約為-10.450m，管道距承臺(tái)最近距離為2.83m，距承臺(tái)下樁基最近距離為3.8m。管道頂管穿越2號(hào)地鐵東延伸段處平剖面圖如圖1、2所示。圖2頂管穿越2號(hào)地鐵東延伸段處剖面圖該段頂管管道工作井采用單管圓形工作井，內(nèi)徑11m，接收井采用雙管矩形接收井，內(nèi)尺寸16.5mx7m。頂管工作井、接收井均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，不排水下沉、水下封底。為盡可能減小頂管井在下沉過(guò)程中對(duì)2號(hào)地鐵東延伸段及周圍建筑物的影響，在沉井外側(cè)先加做一圈4850三軸水泥攪拌樁（搭接250，間隔插置型鋼，高度從沉井的起沉標(biāo)高至沉井刃腳底以下5m）作為隔水帷幕及擋土結(jié)構(gòu)。在頂管穿越處2#線承臺(tái)外側(cè)先采用2^900"MJS”工法的高壓旋噴樁（搭接300mm）進(jìn)行樁側(cè)土體加固，總寬度約1.50m，深度從管頂以上4.0m至管底以下4.0m，以減小頂進(jìn)過(guò)程中土體對(duì)承臺(tái)的擠壓效應(yīng)。該工程中頂管管節(jié)進(jìn)行了單獨(dú)設(shè)計(jì)，與普通的頂管管道相比，在F型接頭處設(shè)置了雙道橡膠密封圈，有效地減小管道接口滲漏水現(xiàn)象發(fā)生。另外為了確保該段主干管的正常運(yùn)行，在內(nèi)壁再增加一道不銹鋼板止水，采用雙保險(xiǎn)防止管道滲漏發(fā)生。3有限元分析根據(jù)工程設(shè)計(jì)方案，采用MIDAS-GTS巖土與隧道分析系統(tǒng)的專用有限元分析軟件模擬頂管頂進(jìn)對(duì)樁基、承臺(tái)影響。有限元分析作如下假定：（1）在頂管頂進(jìn)過(guò)程中忽略土體變形的時(shí)間效應(yīng)；（2）頂管管道為各向同性的線彈性材料；（3）假定各土層均呈勻質(zhì)水平層狀分布；（4）不考慮受施工擾動(dòng)影響范圍內(nèi)的土體物理力學(xué)參數(shù)的改變。為方便計(jì)算，分析采用2維有限元模型，將各土層、承臺(tái)的支撐樁、頂管等整體性建模，模擬頂管頂進(jìn)過(guò)程中土體、樁基的變化。土體采用摩爾庫(kù)倫模型，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告確定模擬計(jì)算的參數(shù)，共分為7層；頂管管節(jié)、承臺(tái)、樁基采用梁?jiǎn)卧?，材料屬性根?jù)鋼筋混凝土材料確定，考慮不同截面影響；樁側(cè)土體加固考慮采用土體屬性修改完成。有限元模型如圖3所示。模擬施工階段分為以下3個(gè)步驟：（1）樁側(cè)土體加固，土體固結(jié)完成；（2）左側(cè)頂管土體挖除，頂管管道頂進(jìn)；（3）右側(cè)頂管土體挖除，頂管頂進(jìn)。有限元分析計(jì)算結(jié)果如圖4~圖6所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出，考慮地基加固后的樁基的最大豎向位移約為1.7mm，最大水平向位移約為0.8mm，土體的最大豎向位移約為5.8mm，其值都很?。ň鶠閙m級(jí)）。經(jīng)向2號(hào)地鐵東延伸段運(yùn)行管理部門一一申通公司相關(guān)人員咨詢，2號(hào)地鐵東延伸段的軌道支座是可調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)幅度約為1~2cm，由于本工程頂管穿越產(chǎn)生的支座附加變形不足2mm，是不會(huì)影響2號(hào)地鐵東延伸段正常運(yùn)行的。故按本方案2-DN4000的鋼筋混凝土頂管穿越2號(hào)地鐵東延伸段在理論上是可行的。4施工措施本段頂管施工難度較大，需要滿足在頂管施工過(guò)程中土體超挖損失量不大于1%、管道軸線水平誤差不大于20mm、豎向誤差不大于50mm。施工過(guò)程中重點(diǎn)控制以下方面：（1） 優(yōu)選頂管掘進(jìn)機(jī)采用大刀盤泥水平衡或土壓平衡機(jī)頭。（2） 通過(guò)試頂進(jìn)優(yōu)化頂進(jìn)參數(shù)在穿越2號(hào)地鐵東延伸段前，應(yīng)合理選定施工參數(shù)，嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度，嚴(yán)格控制出土量，穿越施工過(guò)程中再根據(jù)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)進(jìn)行施工參數(shù)的調(diào)整。（3） 采取合理施工措施做好觸變泥漿壓漿控制：在頂管管節(jié)外壁與土層之間形成良好性能的觸變泥漿套，不僅可使頂進(jìn)阻力成倍的下降，而且對(duì)控制地表沉降、減少土體的擾動(dòng)有很好效果。加強(qiáng)施工測(cè)量，嚴(yán)格控制頂進(jìn)姿態(tài)：頂管姿態(tài)取決于頂進(jìn)測(cè)量的精度和糾偏的效果。頂進(jìn)時(shí)做到勤測(cè)勤糾，一旦發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)就進(jìn)行糾偏，及時(shí)調(diào)整頂進(jìn)姿態(tài)。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，信息化施工：施工時(shí)對(duì)穿越處采取嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)措施，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工工藝，發(fā)現(xiàn)不良情況及時(shí)采取應(yīng)急措施，以保證磁懸浮的安全。（4） 重視穿越后施工措施頂管施工結(jié)束以后，對(duì)于穿越2號(hào)地鐵東延伸段地段及時(shí)用遲凝泥漿置換原有的觸變漿液、或?qū)τ|變泥漿進(jìn)行固化。施工結(jié)束后，為解決2號(hào)地鐵東延伸段后期沉降的問(wèn)題，要求對(duì)2號(hào)地鐵東延伸段繼續(xù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，施工監(jiān)測(cè)將持續(xù)到頂進(jìn)施工后1?2個(gè)月，并做好后期注漿加固，直到沉降基本穩(wěn)定為止。6監(jiān)測(cè)在頂管實(shí)施過(guò)程中，有第三方監(jiān)測(cè)單位制定并實(shí)施了嚴(yán)密的施工監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)范圍為以頂管管道與2號(hào)線的平面相交處為中點(diǎn)，兩側(cè)各2根高架立柱（共4根）。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：（1）立柱垂直位移監(jiān)測(cè)；（2）立柱傾斜位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；（3）土體水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。根據(jù)本工程特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率及監(jiān)測(cè)進(jìn)程在"全面、準(zhǔn)確、及時(shí)”的原則下制定。施工前測(cè)量3次初始值；管道進(jìn)入2號(hào)線30m范圍處，按2次/日測(cè)量；管道離開(kāi)2號(hào)線30m范圍處，按1次/日測(cè)量；施工結(jié)束后，按2次/月測(cè)量。工程施工期間監(jiān)測(cè)報(bào)警值根據(jù)《上海市軌道交通管理?xiàng)l例》制定：（1）垂直位移＞5mm或連續(xù)三天同向變化速率＞0.5mm/天；（2）水平位移＞5mm或連續(xù)三天同向變化速率＞0.5mm/天o根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，本次頂管施工中，對(duì)2號(hào)線高架影響主要表現(xiàn)為立柱的垂直位移，立柱周邊土體的水平位移和傾斜變化量均較小。圖7為2號(hào)線高架立柱沉降變化曲線，從中可以看出，當(dāng)頂管頂進(jìn)時(shí)，開(kāi)挖面土體受到水平應(yīng)力大于原始應(yīng)力，使工作面前上方土體受擠壓，導(dǎo)致頂管到達(dá)2號(hào)線監(jiān)測(cè)區(qū)時(shí)，對(duì)2號(hào)線高架結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)為上抬，總沉降量均在4mm內(nèi)，故本頂管穿越工程對(duì)2號(hào)線無(wú)明顯影響。圖72號(hào)線高架立柱沉降曲線7結(jié)語(yǔ)本文介紹了超大直徑頂管管道穿越高架線路時(shí)的設(shè)計(jì)方案，有限元分析結(jié)果為穿越方案的制定提供了初步參考依據(jù)，通過(guò)嚴(yán)格的施工控制和嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)工作，表明超大直徑頂管穿越高架線路是安全、可靠的。參考文獻(xiàn)：葛春輝，頂管設(shè)計(jì)與施工，北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012楊果岳，