列车动载对管幕施工影响的分析研究.doc

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1、列车动载对管幕施工影响的分析研究【摘要】厦门杏林大桥主体工程c标段，下穿铁路隧道部分洞顶覆土厚度1.6〜2・5ni,采用直径4）299min管幕超前支护的施工方法。本工程通过对列车动载对管幕施工摩阻力、精度的影响分析研究，首先从理论上得出相关结论并指导现场施工，顺利地完成了下穿铁路隧道的管幕施工，有效地控制了管幕施工精度。【关键词】下穿铁路隧道列车动载超前管幕支护摩阻力精度影响研究一、工程概况厦门杏林大桥主体工程C标段，是连接杏林大桥和厦门高崎机场的公路过渡段。其中下穿铁路隧道部分洞顶覆土厚度1.6m~2.5m,铁路隧道左线长78叫右线长110叽暗挖隧

2、道为分离式。隧道主体结构采用单层单跨的微拱形，开挖断血13.37m宽X9・25ni高。为控制地表及铁路沉降，保证铁路的安全、畅通，超前支护采用（I）299mmX6mm钢管管幕，并注浆加固掌子面地层，采用三层结构形式，即由喷混凝土、工字钢架、钢筋网组成的初期支护与两层模筑钢筋混凝土组成。本工程科技含量高，施工难度大，被列为福建省住房和城乡建设厅2008年科学技术项目计划。本工程隧道断曲设计如图1所示，隧道与铁路平面关系如图2所示。二、列车动荷载对管幕施工影响本工程上覆土厚度最为1.6m,施工期间，铁路仍需正常运营，列车通过时对管幕的成孔、进管均会产生影响

3、，对控制管幕施工精度极为不利。本工程管幕施工采用导向钻进、前拉后夯的施工工艺，该工艺分为钻导向孔、扩孔、进管三部分，施工导向孔采用直径©159的钻头成孔，扩孔采用不人丁管幕钢管的外径扩孔，然后进行拉管。（一）、列车荷载对管幕施工摩阻力影响管壁与孔壁之间的摩擦力计算公式为:式中：w-管壁与孔壁之间摩擦力P-土对管线的压力pO-管线每米的重量R0-主动土压力系数（一般取0.3）■土与管壁间的摩擦系数（取0.2〜0.6）L-管幕长度管幕按照110m考虑,通过计算不考虑列车荷载时最大摩阻力约630KN,考虑列车荷载作用时，最人摩阻力约1260KNo本工程采用T

4、T-350气动夯锤，该夯锤单次夯击力3000-5000KN,夯击力满足施工。（二）、列车荷载对管幕施工精度影响本工程管幕施工允许误差3%。，上方有列车动载时管幕施工误差控制更加严格。为明确本工程中考虑列车动荷载管幕施工的合理允许误差值，拟利用动力有限元计算法进行研究。2.1研究的总体思路计算考虑两条铁路共同作用下不利情况。根据路基下动应力扩散特点（如图3所示），即当管幕埋深超过临界深度h0时，相邻两条铁路动应力在线路中间出现叠加，即最大动位移位置出现在两线路中轴线对称的中心位置上（即观察点A）；当管幕埋深小于临界深度hO时，该埋深下管幕端部出现最大动位

5、移的位置是铁路止下方（即观察点B）,此时即使有多条铁路，管幕最大动位移也可以只按照一条铁路考虑。鉴于此，这里通过动力有限元分析法，首先确定出动应力扩散角度，然后按照两线路的最小允许间距找出管幕临界深度hO,分小于和大于临界深度hO的两种工况。2.2动力有限元模型及动力计算参数（1）动力有限元模型有限元模型如图4所示，其中地表作用有两条铁路线，按最小屮心线间距4m布置。通过输入不同车速下路基面上的不同反力谱來探讨列车动载对管幕施工的影响。模型中土体采用线弹性模型，管幕根据抗弯等效原则采用等截面的实心钢管模拟。（2）动力计算参数（3）输入列车荷载在管幕施工

6、期间，客车限速80〜90km/h,将机车通过道床下的动荷载作为输入荷载，并考虑三维实际与二维计算结果之间等效荷载折减系数0.5,确定出本计算分析中的输入荷载形式及其大小，如图5所示。图5等效列车荷载图示2.3结果分析通过分析可知，由于列车动荷载大小、线路间距、管幕埋深和地质条件不同，导致动应力扩散角度不同，从而铁路下方管幕端部出现最大动位移位置亦不同。为指导施工并保证施工精度，需定量地确定出管幕临界深度hO。通过分析最小间距条件下管幕施工控制的临界深度，反推出动应力扩散角度，进而利用线路间距、动应力扩散角度和临界深度的儿何关系建立出该地质条件下临界深度

7、的计算公式，并在此基础上讨论不同管幕入土深度和埋深条件下的最大允许偏差。(1)动应力扩散角度及管幕施工控制临界深度的确定列车车速80km/h时，最小中心间距竖向动应力的分布如图6所示。图6竖向动应力分布情况图7动应力扩散角示意图为找出临界深度，可在动荷载出现最大幅值时，观察铁路下方同一深度位置上的动位移变化情况。尽管由于阻尼的存在，动荷载最大时刻与动位移最大时刻并非同一时刻(动位移滞后于动荷载)，但在浅埋条件下偏差可忽略不计。经过分析可发现：当中心间距为4m,在列车车速80km/h(120km/h)引起的动荷载最大幅值时刻，地表以下2.5in(3m)深

8、度上下位置最大动位移出现的位置不同，在埋深小于2.5m(3m)时，两条铁路线路中任意条铁路正下