倒掛井壁法施工中圓角與直角豎井?dāng)嗝娴氖芰Ψ治?/h1>
2019-09-03 09:33:14王崇鑒
四川建筑 2019年2期
王崇鑒
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031)
城市地鐵施工過程中，采用施工豎井可為礦山法區(qū)間增加工作面，加快施工效率[1-3]。因考慮到側(cè)向土壓力的荷載[3-4]，倒掛井壁法施工的豎井常在角部增加斜撐以減小斷面跨度，優(yōu)化相應(yīng)彎矩，減小配筋面積。但斜撐對(duì)豎井的使用過程中有一定影響，如減小豎井可使用的長度及寬度，對(duì)樓梯的架設(shè)，吊車使用的空間皆有一定的干擾。同時(shí)斜撐的架設(shè)對(duì)施工的效率、豎井的工程量皆有影響。
使用圓角的豎井?dāng)嗝鎸⑻娲睋问褂玫墓δ埽疚囊郧鄭u地鐵4號(hào)線嶗山六中站～西登瀛站區(qū)間施工豎井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為背景，剪力有限元計(jì)算模型，分析不同豎井襯砌斷面在相同的圍巖環(huán)境中受力的影響，對(duì)比圓角、直角的豎井襯砌斷面受力的特點(diǎn)，為類似的豎井設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的借鑒。
1 工程背景
1.1 工程概況
青島地鐵4號(hào)線嶗山六中站～西登瀛站區(qū)間是位于青島市嶗山區(qū)嶗山六中站至西登瀛站之間的礦山法施工區(qū)間，區(qū)間于ZDK28+742.606(YDK28+735.702)處設(shè)置一座施工豎井。施工豎井上部采用旋噴樁φ0.9 m@0.6 m作為止水結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁φ1.0 m@1.3 m作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，下部采用倒掛井壁法開挖。豎井內(nèi)徑空尺寸為8 m×6 m，豎井深度為31.250 m。
倒掛井壁法施工步序：初噴混凝土、架立格柵鋼架，施作中空注漿錨桿和鋼筋網(wǎng)，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度再向下開挖，重復(fù)上述步驟，每次開挖不得超過每榀格柵間距的長度。
1.2 地質(zhì)概況
根據(jù)勘察成果顯示，場(chǎng)區(qū)第四系厚度為8.20～13.80 m，主要由全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)、全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)組成，下伏基巖為燕山晚期粗?；◢弾r(γ53)，受構(gòu)造作用影響，局部發(fā)育塊狀碎裂巖。場(chǎng)區(qū)地層按自上而下分別為第①層素填土、第⑤層粗砂、第⑦層粉質(zhì)黏土、第⑨層粗砂～礫砂、第層花崗巖中等風(fēng)化帶、第層花崗巖微風(fēng)化帶。巖土設(shè)計(jì)參數(shù)見表1所示，豎井剖面及地質(zhì)情況如圖1所示。
圖1 豎井剖面
1.3 襯砌斷面類型對(duì)比
豎井襯砌斷面形式分為A、B、C三種(圖2)。其中A型襯砌斷面轉(zhuǎn)角處采用角度為90 °的圓角結(jié)構(gòu)，半徑分別為1 m、1.5 m。B型襯砌斷面轉(zhuǎn)角處皆為直角，并設(shè)立臨時(shí)角撐。兩種斷面形式的相關(guān)尺寸見表2所示，開挖面積皆不考慮施工外放范圍。
1.4 支護(hù)參數(shù)
A、B、C型豎井?dāng)嗝娲颂幗圆捎玫箳炀诜ㄊ┕?，井壁的初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚度為300 mm；格柵鋼架的間距皆為800 mm；井壁打設(shè)3.5 m長φ25中空注漿錨桿，間距1.0 m×0.8 m，梅花型布置。鋼筋網(wǎng)為雙層φ8HPB300鋼筋，間距0.2 m×0.2 m。
表1 巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議
A型
B型
C型圖2 豎井襯砌斷面
2 模型計(jì)算及分析
本結(jié)果以埋深12 m土、巖交界面處豎井橫斷面為特征斷
表2 豎井襯砌斷面相關(guān)尺寸
面，對(duì)圓角及直角豎井?dāng)嗝孢M(jìn)行關(guān)于圍巖變形及結(jié)構(gòu)受力影響的探究。
2.1 荷載計(jì)算
根據(jù)表1所得的巖土參數(shù)，及地面荷載20 kPa，采用朗肯土壓力計(jì)算公式進(jìn)行側(cè)向土壓力計(jì)算，所得豎井埋深12 m處側(cè)向土壓力FT為：
FT=0.22×[1.35×1.1×(2.2×17.5+2×17.5+
3.8×19.7+4×18.5)+1.4×20]=78.8kN·m
2.2 計(jì)算模型
計(jì)算模型采用荷載結(jié)構(gòu)模型(圖3)。結(jié)構(gòu)分析軟件采用Midas/GTS NX。襯砌結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧瑐?cè)向彈簧剛度按所在地層的水平基床系數(shù)所取。
圖3 豎井襯砌斷面計(jì)算模型
2.3 計(jì)算結(jié)果
根據(jù)側(cè)向土壓力計(jì)算出的A型、B型、C型襯砌斷面的位移、彎矩、軸力、剪力結(jié)果見圖4～圖7。
由計(jì)算結(jié)果可得，圓角A、C型斷面最大彎矩處皆處于豎井短邊跨中，B型斷面最大彎矩處處于長邊跨中。
表3 A、B、C三種豎井截面長邊跨中受力對(duì)比
表4 A、B、C三種豎井截面短邊跨中受力對(duì)比
由表3、表4可得，豎井采用圓角截面對(duì)長邊部分擁有更好的受力情況，更小的配筋面積。同時(shí)，當(dāng)圓角的半徑增大時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的位移、彎矩、剪力、軸力都有優(yōu)化。
A型
B型
C型
A型
B型
C型
A型
B型
C型
A型
B型
C型
3 結(jié)論
(1)豎井截面采用圓角截面時(shí)，擁有更小的開挖面積，同時(shí)因考慮到斜撐對(duì)豎井空間的影響，導(dǎo)致圓角截面擁有更大的使用面積。因此豎井圓角截面有助于減少工程量，加快施工效率。
(2)在滿足施工要求的前提下，可采用圓角的豎井?dāng)嗝?，并將豎井圓角的半徑進(jìn)行適量加大，將會(huì)優(yōu)化襯砌的受力情況，減小相關(guān)配筋面積。
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王崇鑒
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使用圓角的豎井?dāng)嗝鎸⑻娲睋问褂玫墓δ埽疚囊郧鄭u地鐵4號(hào)線嶗山六中站～西登瀛站區(qū)間施工豎井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為背景，剪力有限元計(jì)算模型，分析不同豎井襯砌斷面在相同的圍巖環(huán)境中受力的影響，對(duì)比圓角、直角的豎井襯砌斷面受力的特點(diǎn)，為類似的豎井設(shè)計(jì)提供優(yōu)化的借鑒。
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圖1 豎井剖面
1.3 襯砌斷面類型對(duì)比
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1.4 支護(hù)參數(shù)
A、B、C型豎井?dāng)嗝娲颂幗圆捎玫箳炀诜ㄊ┕?，井壁的初期支護(hù)采用C25噴射混凝土，厚度為300 mm；格柵鋼架的間距皆為800 mm；井壁打設(shè)3.5 m長φ25中空注漿錨桿，間距1.0 m×0.8 m，梅花型布置。鋼筋網(wǎng)為雙層φ8HPB300鋼筋，間距0.2 m×0.2 m。
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根據(jù)表1所得的巖土參數(shù)，及地面荷載20 kPa，采用朗肯土壓力計(jì)算公式進(jìn)行側(cè)向土壓力計(jì)算，所得豎井埋深12 m處側(cè)向土壓力FT為：
FT=0.22×[1.35×1.1×(2.2×17.5+2×17.5+
3.8×19.7+4×18.5)+1.4×20]=78.8kN·m
2.2 計(jì)算模型
計(jì)算模型采用荷載結(jié)構(gòu)模型(圖3)。結(jié)構(gòu)分析軟件采用Midas/GTS NX。襯砌結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧瑐?cè)向彈簧剛度按所在地層的水平基床系數(shù)所取。
圖3 豎井襯砌斷面計(jì)算模型
2.3 計(jì)算結(jié)果
根據(jù)側(cè)向土壓力計(jì)算出的A型、B型、C型襯砌斷面的位移、彎矩、軸力、剪力結(jié)果見圖4～圖7。
由計(jì)算結(jié)果可得，圓角A、C型斷面最大彎矩處皆處于豎井短邊跨中，B型斷面最大彎矩處處于長邊跨中。
表3 A、B、C三種豎井截面長邊跨中受力對(duì)比
表4 A、B、C三種豎井截面短邊跨中受力對(duì)比
由表3、表4可得，豎井采用圓角截面對(duì)長邊部分擁有更好的受力情況，更小的配筋面積。同時(shí)，當(dāng)圓角的半徑增大時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的位移、彎矩、剪力、軸力都有優(yōu)化。
A型
B型
C型
A型
B型
C型
A型
B型
C型
A型
B型
C型
3 結(jié)論
(1)豎井截面采用圓角截面時(shí)，擁有更小的開挖面積，同時(shí)因考慮到斜撐對(duì)豎井空間的影響，導(dǎo)致圓角截面擁有更大的使用面積。因此豎井圓角截面有助于減少工程量，加快施工效率。
(2)在滿足施工要求的前提下，可采用圓角的豎井?dāng)嗝?，并將豎井圓角的半徑進(jìn)行適量加大，將會(huì)優(yōu)化襯砌的受力情況，減小相關(guān)配筋面積。
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