·１７４· 第４２卷第４期 ２ ０ ｌ ６年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ Ｉ１ＥＣＴＵＲＥ Ｖｏｌ－４２ Ｎｏ．４ Ｆｅｂ． ２０１６ 文章编号：１００９—６８２５（２０１６）０４—０１７４—０３ 广州地铁１４号线土压平衡盾构掘进土压设置研究 张友功 （中交二航局工程装备分公司，湖北武汉４３００１４） 摘要：结合广州地铁１４号线的工程概况，论述了土压平衡盾构掘进施工中密封仓土压设定方法，探讨了不同土层松散系数经验 值，并提出了土仓压力设置原则，确保了土压盾构掘进的施工质量。 关键词：土压盾构，土仓压力，土层松散系数 中图分类号：ｕ４５５．４３ 文献标识码：Ａ 随着我国城市轨道交通蓬勃发展，沿海经济较为发达地区地 砂岩和砂砾岩。钻探揭露的地下水位埋深变化较小，水位埋深 铁线路日益增多。采用盾构法施工新建地铁隧道时，不可避免的 为１．４５ ｍ～１３．Ｏ０ ｍ，平均埋深为５．４５ ｍ。本区间隧道断面可 将会遇到下穿既有地下结构或是穿越密集地面建筑群的问题…， 分为全断面岩层、上软下硬、全断面砂土层三种类型，地质条件 地面沉降控制显得尤为重要 。对于土压盾构，掘进时土仓压力 复杂。盾构机从明挖段盾构井始发，下穿街北高速后沿从化大 是导致地面隆起或塌陷的主要因素 ，总结盾构周围土压计算 道前行，下穿流溪河、姓钟围房屋群，地面建筑物集群对沉降控 方法合理设定土仓压力能够有效的降低刀具磨损、减少换刀次 制要求较高。 ‘ 数、适应工期要求及防范工程风险，进行土压盾构掘进参数控制 ２密封仓土压设定方法 研究有重要工程意义和使用价值。 基于朗金土压力理论，盾构掘进时的主动土压力、被动土压 １ 工程概况 广州地铁１４号线土建一标位于广州市从化区，土压盾构穿 力和静止土压力的平衡模式如图１所示。 土压盾构掘进时，刀盘前方土体发生扰动产生主动土压力或 越的地层主要有粘土层、砂层、强风化砂砾岩、中风化及微风化粉 被动土压力。土侧压力减小较快土体具有整体下滑趋势时，土体 样，后几步的变化规律又与方法三一样 。 达到设计强度的８０％，时间约为７ ｄ，此外还应计入安装拱上立柱 和钢箱梁的顺序和工期。因此，方法二有较为合理的施工顺序， 不仅能够同时满足桥梁施工、成桥、运营阶段的安全和受力要求， 第一种施工方法 第二种施工方法 第三种施工方法 还能达到缩短工期的目的。 参考文献： ［１］唐鹏．哑铃型钢管混凝土拱桥缀板内填混凝土影响分析 ［Ｄ］．西安：长安大学硕士学位论文，２０１３． ［２］ 陈宝春．钢管混凝土拱桥应用与研究进展［Ｊ］．公路，２００８ 施工步骤 （３）：９５－９７． 图１４三种方法最小稳定系数对比 ［３］ 陈宝春．钢管混凝土拱桥［Ｍ］．第３版．北京：人民交通出版 社．２００６． ４结语 方法，基于钢管拱圈应力、钢管拱圈竖向位移变化、稳定系数等三 法。加之当浇筑钢管内的混凝土强度按要求达到设计强度的 ４］钟善桐．钢管混凝土结构［Ｍ］．第３版．北京：清华大学出版 在钢管拱圈合龙后，后续的拱上建筑假定了三种不同的施工 ［社．２００３． 蔡绍怀．现代钢管混凝土结构［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 方面考虑，对于三种施工顺序进行比较，选取一种较为合理的方 ［５］２００３． 公路桥涵设计通用规范［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９８９． ８０％以上 才能进行下一步工序，而混凝土强度在标准条件下能 ［６］Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｃｈ ｒｉｂ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ Ｔａｎｇ Ｐｅｎｇ Ｇｏｎｇ Ｓａｉ （Ｎａｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｙａｎｇ ４７３００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｍｂｂｅｌｌ—ｓｔｙｌｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ａｐｐｌｙｉｎｇ ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ，ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ，ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐａｒａｔｆｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｐｏｓｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ａｒｃｈ ｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｕｒａｔｉｏｎＫｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ—ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ，ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅ，ｓｔｒｅｓｓ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ． 收稿日期：２０１５—１１－２１ 作者简介：张友功（１９８７一），男，高级工程师 爹 誊荦；努 张友功：广州地铁１４号线土压平衡盾构掘进土压设置研究 Ｋ ＝ ／ ·１７５· （８） （９） 抗剪强度充分发挥，侧向土压力降低到较小水平，土体进入极限 最初松散系数Ｋ。和最终松散系数 ，计算公式如下： 平衡状态，此时对应的土压力为主动土压力Ｐ ： ＝ ／ Ｐ。＝ｏｒ ｔａｌｌ（９０。一 ）一２ｃｔａｎ（４５。一等） （１） 其中， 为土在自然状态下的体积； 为开挖土体在松散状 其中， 为深度 处土层自重应力； 为土层深度；ｃ，妒均为抗 态下的体积； 为土体回填压实后的体积。因此，最初松散系数 剪强度参数。 被动极限平衡位置 弹性平衡位置 ＼ ／ Ｒ—－ 前方开 刀盘盾体 挖面土体 Ｐｎ一 及刀盘支撑 一只 ＼ 主动极限半衙位置 图１盾构掘进土压平衡模式 若土仓内压力较大时，刀盘施加的侧向压力较大，前方土体 可能有向上滑动趋势。此时，处于极限平衡状态的土体内部主要 作用土压力为被动土压力 ： ＰＰ＝ ｔａｎ（９０。 ）＋２ｅｔａｎ（４５。＋ ） （２） 其中，符号意义同式（１），静止弹性平衡状态下原状天然土体 土压计算如下： Ｐｏ＝ ＝ｋｏ＇ｚ： ＾ （３） 其中， 为土体容重； 为土侧压力系数， ＝ （１一 ）， 为土 体泊松比，盾构实际施工中土仓压力一般采用修正后的静止土压 力，即： Ｐ ：Ｐｏ＋Ｐ ＝ 日 Ｐ （４） 其中，Ｐ 为土仓压力设定值；Ｐ 为参照经验修正的土压力值。 同时，土仓压力设定值还应满足Ｏｒ ＋Ｐ。＜Ｐ ＜ ＋Ｐ ，式中水压 力取刀盘后部水压 和Ｏｒ 二者大值。 ＝ｙｈｑ （５） ＝ｙｈ ｇ砂浆 （６） 其中，ｇ为根据不同土层渗透系数确定经验值，砂土中ｑ＝０．８— １．０，粘土中ｑ＝０．３—０．５； 为水的容重； 为地下水位距刀盘顶 部高度；ｑ砂浆＝０．８～１．０； 为补强注浆处和刀盘顶部高差。 ３不同土层松散系数经验值 土压盾构掘进时，出渣量是反映土仓压力是否平衡的一项关 键指标，也是判定地层损失量是否过大进而控制地面沉降量的重 要指标。盾构螺旋机输送渣土简图如图２所示。 土 图２土仓螺旋机出渣简图 图２中Ｄ为开挖面直径；Ｖ为千斤顶推动速度；开挖时间为 时，单位时间内螺旋机出土量可表示为： Ｑ ＝ ，ｒｒＤ２ 实际计算时一般以一环管片作为单位出土量衡量标准，即 ： ， 为管片长度。单位出土量与土质有关，土质决定了不同 土层松散系数不同进而导致了出渣量差异。土的松散系数分为 一般用于计算挖方而最终松散系数用于计算填方量。对于土压 平衡盾构，理论最大出土量Ｑ 和理论最小出土量Ｑ…，其计算公 式见式（１Ｏ），式（１１）。 Ｑ…＝Ｋ Ｑ （１Ｏ） Ｑ…＝ Ｑ （１１） 其中，最初松散系数 。和最终松散系数 参见表１，表中根 据土的普氏分类将土划分为Ⅷ类。 表１ 土体挖方和填方松散系数经验值 普氏分类 Ｋ１ １．Ｏ８—１．１７ １．Ｏｌ一１．Ｏ３ Ｉ类土（松软土） １．２０～１．３０ １．Ｏ３～１．０４ Ⅱ类土（普通土） １．１４一１．２８ １．０２一１．Ｏ５ Ⅲ类土（坚土） １．２４～１．３０ １．０４～１．０７ Ⅳ类土（砂砾坚土） １．２６—１．３２ １．０６—１．ｏ９ １．３３一１．３７ １．１１一１．１５ Ｖ类土（软土） １．２６—１．３２ １．０６～１．０９ Ⅵ类土（次坚土）Ⅶ类土（坚岩】 １．３Ｏ一１．４５ １．１０一１．２０ Ⅷ类土（特坚石） １．４５—１．５Ｏ １．２Ｏ一１．３０ ４土仓压力设置原则 土仓压力设定及调整原则见图３。 图３土仓压力设定及调整原则 总结以上盾构掘进刀盘前方土压计算方法及出渣量控制经 验系数，盾构实际推进过程中，主要参照如下三种操作控制原则： １）控制出渣量的土压检测控制模式。通过实际出渣量与理 论计算出渣量对比，通过改变螺旋输送机传送速度控制出渣量来 保证开挖面稳定。此时，盾构掘进参照事先给定的推进速度。 ２）控制土仓进土量的土压平衡控制。通过检测土仓内土压， 控制盾构推进液压缸的推进速度，控制进土量来保证土仓内外压 力平衡。此时，螺旋机输送渣土转速按事先设定值保持不变。 ３）根据土压监测，对液压缸推进速度和螺旋机输送渣土转速 进行协同控制，来保证土压平衡。 参考文献： ［１］ 张凤祥．盾构隧道［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０ｏ４． ［２１ 张扬，林本海，牛九格．地铁盾构隧道施工对既有老式建 筑的影响分析［Ｊ］．广东土木与建筑，２０１５（４）：８０—８１． 邓彬，顾小芳．上软下硬地层盾构技术研究［Ｊ］．现代隧道 技术，２０１２，４９（２）：５９—６４． ［４］ 叶康慨，王延民．土压平衡盾构施工土压力的确定［Ｊ］．隧道 建设，２００３（２）：５＿７． 第４２卷第４期 ·１７６· ２ ０ １ ６年２月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖ０ｌＩ．４２ Ｎｏ．４ Ｆｅｂ． ２０１６ 文章编号：１００９—６８２５（２０１６）０４—０１７６—０２ 曲线连续Ｔ型刚构桥应力优化 范琴锋 （中铁四院集团广州设计院有限公司，广东广州５１０６００） 摘要：以穗莞深城际铁路新塘站特大桥为背景，采用Ｍｉｄａｓ ｃｉｖｉｌ ２０１２建立该桥的空间有限元模型，并对调整前后的预应力钢束 张拉控制应力进行模拟计算，结果表明：调整曲线梁桥内外侧预应力钢束张拉控制应力，可明显减小曲线梁桥截面内外侧的应力差。 关键词：Ｔ型刚构桥，曲线梁桥，应力优化 中图分类号：Ｕ４４８．２３１ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 梁跨中及边跨端部截面中心处梁高为４．０３３ ｍ，中支点截面中心 ｍ，箱梁顶宽７．２ ｍ，底板宽５．０ ｍ，顶板厚０．４ ｍ， 穗莞深城际铁路新塘站特大桥上跨既有广深铁路的连接线４ 处梁高为７．０３３ 线采用半径Ｒ＝４１０ ｍ的曲线。受既有广深铁路新塘站站场以及 底板厚０．５ ｍ一１．０ ｍ，其厚度方程为（单位：ｃｍ）：ｄ＝ 规划线的影响，综合考虑桥梁的整体稳定性、墩高较矮、主桥前半 ￣／２９ ３０９．８ 一 一￣／２４ ４７０．７ 一 一４ ７８９．１， 的变化范围为： 部分位于圆曲线与缓和曲线上等情况，主桥采用（６２＋８２＋６２）ｍ连 ０≤ ≤３ ８２０；箱梁变化段范围内梁高按圆曲线变化，其截面中心处 续Ｔ型刚构桥跨越，２号墩为墩梁固结，３号墩与梁之间设置支 梁高方程为（单位：ｃｍ）：日＝４０３．３＋２４ ４７０．７～￣／２４ ４７０．７ 一 ， 座。全桥曲线部分采用曲线曲做，主桥桥形布置与平面布置图如 的变化范围为：０≤ ≤３ ８２０；腹板厚０．５ ｍ～１．０ ｍ，按折线变 图１，图２所示。 化；全联在中支点和边支点处设置端横隔板，在边跨跨中和中跨 跨中分别设置３０ ｃｍ厚的中横隔板，端横隔板和中横隔板均设置 过人洞，主梁跨中及墩顶横截面如图３，图４所示。 １号 ２号 ３号 ４号 图１（６２＋８２＋６２）ｍ连续Ｔ型刚构桥布置图（单位：ｅｍ） 图２（６２＋８２＋６２Ｉｍ连续Ｔ型刚构桥平面布置图（单位：ｃｍ） 桥梁主要技术标准：１）设计速度：８Ｏ ｋｍ／ｈ；２）线路情况：单 线，城市轨道交通；３）轨道类型：无砟轨道；４）设计活载：０．６ＵＩＣ； ５）地震设防烈度：设计地震动峰值加速度０．１ｇ，地震动反应谱特 征周期０．３５ Ｓ。 ２主要建筑材料 梁体采用Ｃ５０混凝土，墩采用Ｃ４０混凝土，桩基础采用Ｃ３５ １５一 １５．２４ ｍｍ和１２一 ｌ５．２４ ｍｍ高强度低松弛钢绞线。箱梁 ４竖向预应力钢筋采用直径３２ ｍｍ的ＰＳＢ８３０螺纹钢筋，ＪＬＭ－３２ ＨＲＢ４００。 图３主梁跨中横截面（单位：ｃｍ） 桥梁结构按纵、竖双向预应力体系设计，纵向按全预应力构 ｃｍ设置一根。 混凝土；梁体纵向预应力钢束采用１７一 １５．２４ ｍｍ， 件设计。竖向预应力钢筋在腹板沿顺桥向每５０ 施工方法 主梁采用挂篮悬臂现浇法施工，其主要施工顺序如下：１）依 轧丝锚锚固，内径５０ ｍｍ铁皮波纹管成孔；粱体普通钢筋采用 次完成桩基础、承台及墩身施工，架设０号块现浇支架，在支架上 施工０号块，待０号块施工完毕后，依次悬臂现浇剩余节段；２）合 龙顺序：先合龙边跨，后合龙中跨；３）施工桥面系等附属设施，完 ３桥梁结构设计 桥梁结构形式采用单箱单室变高度直腹板等宽箱形截面，桥 成全桥施工。 ［５］ 张凤祥，傅德明，杨国祥，等．盾构隧道施工手册［Ｍ］．北京： 人民交通出版社，２００５． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＥＰＢ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｓｕｂｗａｙ ｌｉｎｅ Ｎｏ．１ ４ Ｚｈａｎｇ Ｙｏｕｇｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２ｎｄ Ａｉｒｌｉｎｅ Ｂｕｒｅａｕ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｓｕｂｗａｙ ｌｉｎｅ Ｎｏ．１４ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｓｅａｌｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ＥＰＢ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｏｉｌ ｌｏｏｓｉｎｇ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｅａｒｔｈ ｃｈａｍｂｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉ— ｐｌｅｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ＥＰＢ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｈｉｅｌｄ，ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｃｈａｍｂｅｒ，ｓｏｉｌ ｌｏｏｓｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ 收稿日期：２０１５—１１—２４ 作者简介：范琴锋（１９８２一），男，硕士，工程师
