隧道联络通道冻结加固的力学计算

针对工程实例,进行了隧道联络通道冻结加固计算。通过合理选用参数,简化计算模型,采用结构力学计算方法,给出了联络通道水平通道段和喇叭1：3段的最大组合应力值,计算结果安全系数满足规范要求。实际施工结果满足设计要求.也说明结构力学计算方法是可行的.可以对冻土帷幕强度进行验算。

第 1期 (总第 1 8期 ) 3 2 0 0 9年 2月

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隧道联络通道冻结加固的力学计算尚逸飞，杨超，郭力，王涛(国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州 2 10 )中 2 0 8

摘要：针对工程实例，进行了隧道联络通道冻结加固计算。通过合理选用参数，简化计算模型，采用结构力学计算方法，给出了联络通道水平通道段和喇叭 1段的最大组合应力值，计算结果安全系数满足规范要求。实际施工结果满足： 3设计要求 .也说明结构力学计算方法是可行的 .可以对冻土帷幕强度进行验算。关键词：联络通道；冻结加固；冻结帷幕；力学模型

中图分类号：U 5 . 文献标识码：A文章编号：1 0— 6 5 ( 0 9)0— 0 1 0 4 54 9 04 4 5 2 0 10 6—2

1工程概况

时还容易发生水土流失因此 .在施工联络通道时必

以上海某地铁区间隧道联络通道为背景 .进行冻土结构的结构力学模型计算。该联络通道处上、下行盾构隧道中心距为 1 .9 27 95m.由与隧道钢管片相连

须对施工影响范围内土体进行稳妥、可靠的加固处理。2计算参数的选取

联络通道冻土帷幕厚度设计如下：水平通道外围

的喇叭 V、水平通道和容纳泵站的集水井构成 (图 I见 1。采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工，以 )确保施工安全和减轻对周围地面环境的影响

冻土帷幕有效厚度为 1 . m.喇叭口处冻土帷幕有效厚 8度为 1 . m.冻土帷幕平均温度为<一 0℃ 5 1设计取一 O℃冻土的弹性模量和泊松比分别为 1

10NP 5 a和 03 .,冻土强度指标为：抗压 36MP,抗 . a折2 a . MP .抗剪 1 a 0 . MP 5冻土壁承载力验算采用许用应力法 .根据

D/J0— 0 - 2 0{ GT 8 9 2 0 6旁通道冻结法技术规程》中的Ⅲ类冻土帷幕强度检验，安全系数取：抗压 20 ..抗折30 .,抗剪 20 .。

冻土帷幕顶面所受土压力根据开挖

向下变形特性

按主动土压力计算 .侧面承受水土压力按地质勘查报告取静止土压力系数 07计算 .土的平均重度取 .1 . N m 85k/。图 1联络通道结构示意图

3冻结帷幕计算模型冻土加固帷幕为直墙拱形结构 .喇叭口和水平通道段冻结帷幕分别如图 2 )图 2 )示取联络通 a和 b所道长度方向上 lm来研究 .将冻土帷幕简化为平面 问题计算分析

1联络通道的水平通道为直墙圆弧拱结构通道 )

采用两次衬砌 (支架喷射混凝土 )钢，厚度为 2 0mm. 0 通道的开挖轮廓高约为 40m.宽约为 33m(叭口 . . 喇 处高约 43m,约为 39m) . 宽 . 2地面及地层条件。根据工程勘察资料。联络通 )

对于喇叭口段，由于下部冻结帷幕远比上部1 . m厚度要大，可将上部冻结壁看作固定在固定支 5座上，计算模型为直墙拱结构

道开挖所在土层范围为④淤泥质黏土和④灰色黏质粉土。

由于上述部分地层的承载力较低、高压缩性、在动力作用下易流变，所以开挖后天然土体难以自稳

对于水平通道段 .考虑到下部的集水井 .可以整个冻土帷幕看作中间带横撑的直墙拱结构 .横撑与侧墙为刚性连接 .底板受自下往上的压力根据对称性

其中粉质黏土，孑隙水压较大，遇动力水作用 .施工 L收稿 I期：2 0— 7 1 B 08 0—0

和模型变形特征，取计算模型 1/行计算，计算简 2进化模型如图2 ) d所示 c~ )

6l

针对工程实例,进行了隧道联络通道冻结加固计算。通过合理选用参数,简化计算模型,采用结构力学计算方法,给出了联络通道水平通道段和喇叭1：3段的最大组合应力值,计算结果安全系数满足规范要求。实际施工结果满足设计要求.也说明结构力学计算方法是可行的.可以对冻土帷幕强度进行验算。

中跋 圄薯

尚飞杨，力等隧联通 逸，超郭，:道络道譬=+

……一~ 兰 _一 .…… . .要lK T o( H+2 ) 0 () 2

冻土帷幕侧面土压力计算公式为

…

/,

+

—、+十’} /十

:::+::::

式中：P为冻土帷幕侧面土压力；K为静止侧压力 s。

:十

:++

系数 .取 07 .。按照式 ( ) 1、式 ( )算各关键点处水 2计土压力 .结果如表 l示。所表 1联络通道关键点荷载计算 水土压力顶板处/P侧墙上端/P侧墙下端/P底板轴线/P ka ka ka ka喇叭口 21 8. 6 17 9

26 6

f+

州1一::++

+

+

亏亏

r●■+ k_二

+

f l+ + +

+f【}++

水平通道

21 8. 6

17 9

25 9

21 4

5结构力学计算按照结构力学的计算方法。可以计算出各处的轴力、剪力和弯矩，进而求出最大组合应力值『 2。 I 3

a )喇叭口段模型

b )水平通道段模型

轴向正应力计算公式为=

M+N

() j 3, () 4

:

O

A=bXh

() 5

式中：为拉 ( )正应力； 压弯

为最大弯矩；Ⅳ为拉

( );压力c )喇叭口段计算简化模型 d水平通道计算简化模型 )

为冻土帷幕截面模量；A为计算截面面

积：b为计算截面宽度；h为计算截面高度。

计算时 .喇叭口的截面模量和面积分别为：= 03 5m3=1 :水平通道的截面模量和面积分 . ,A 7 . m2 5别为：W=05 A=18I。 .4i, n .T I 最大剪应力的计算公式为" r r r m=1 . . 5 () 6

图 2联络通道冻结帷幕计算模型

4荷载取值荷载选取分为喇叭口和水平通道两部分。冻结壁承受的荷载主要有顶板水土压力和侧面土压力…。 冻土帷幕顶板土压力计算公式为只=y+2 H 0 () 1

式中：

为最大剪应力；Q为最大剪力；A为计算

式中：为冻土帷幕顶板土压力；为土的重度； 为土的计算深度：2 0为地面超载，k a P。水平通道段

截面面积由以上的公式可计算出冻结帷幕的最大应力处组合应力，计算结果见表 2。喇叭口段

表 2通道冻结帷幕最大应力值及安全系数应力计算值冻土强度/ a指标/ MP MP a 2O .实际冻土强度实际

安全系数5O .

位置冻土顶板上侧

计算值/ a MP04 .3

指标/ a安全系数 MP20 . 47 .

位置冻土顶板上侧

(弯应力 )拉

04 .0

∞(弯应力 )压下最大剪应力吣

11 .204 .8

36 .1 . 5

32 -31 .

侧墙顶板交界处侧墙底板处

12 . 404 .6

36 .2

. 0

25 .44 .

侧墙顶板交界处侧墙底板处交接面

由表 2计算可知 .各处冻土壁承载力安全系数均满足规程要求6工程实例

C) 4。下行线布置 1 (号 C )个编 1。每个测温孑内布置 L7个温度测点 .以监测冻结壁发展情况测温孔及泄压孑的布置详见图 3 L 冻结机从 20 0 7年 6月 2日开机至 9月 1 1日停

根据冻结帷幕设计及联络通道的结构 .冻结孔按

上仰、近水平、下俯 3种角度布置在联络通道和泵站的周围 .共布置冻结孑 6个 (行线隧道内布置 5 L6下 3

机 .共冻结 3多月 .冻结干管盐水温度在后 2个月个内一直保持在一 6C 2￣以下现以测温孔 2的数据为例

个冻结孔 .编号为 D1~D 3 5 .上行线布置 1 3个冻结孔编号为 D 4 D 6。 5 6 )

说明开挖前冻结土体的温度已经降至一 0C以下，冻 1￣结帷幕厚在2m左右。完全满足设计计算指标。 (第 6]转 5页 )

测温孑 L 4个 .其中上行线布置 3个 (编号为 C 2

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针对工程实例,进行了隧道联络通道冻结加固计算。通过合理选用参数,简化计算模型,采用结构力学计算方法,给出了联络通道水平通道段和喇叭1：3段的最大组合应力值,计算结果安全系数满足规范要求。实际施工结果满足设计要求.也说明结构力学计算方法是可行的.可以对冻土帷幕强度进行验算。

中回千程跋工

季良工量单价式定计区及越国：程清计模与额价别优性

2O年期 O9第1

责，并承担相应的风险具体体现在 (同另有约定合除外 )“程量清单漏项或设计变更引起新的工程量 工

合工程内容概要 (量要求 )质 .能更真实地反映工程实际成本。综合单价内容明确、表现直观、操作方便、法律概念准确，方便建设工程招投标和预结算工作。 2工程量清单综合单价计价可以将各种经济、技 )

清单项目，则其综合单价由承包人提出，经发包人确认后作为结算依据由于工程量清单错误或设计变更

引起工程量增减 .属合同约定幅度以内的，应执行原有综合单价 .属合同约定幅度以外的 .则其综合单价由承包人提出 .经发包人确认后作为结算依据因”此，建设单位必须花精力做好招标前施工图设计 .杜

术、质量、进度等因素充分细化考虑到综合单价的确定上，因而可以做到科学、准确和反映实际情况。 3清单计价模式是将工程计价同国际惯例接轨 . )

目的在于进一步简化施工报价程序 .以综合单价报价

绝“三边”工程：还要对投

标单位的资格预审、招标文件、评标办法把好关：还必须注重合同条款内容是

体现报价人的意志 .更适合外资投资工程 .避免了以往采用的直接费、管理费、各种取费等过于复杂程式。

否全面，对含糊不清、容易引起纠纷的条款进行修订。施工过程中因变更引起的项目更改或新增内容， 分清权责。总之 .如果工作出现失误，建设单位承担的风险也就相应增加

4清单计价模式把定价的自主权交给了投标单 )位投标人在投标填报综合单价时 .必须考虑工程本身的内容、范围、规模、技术特点要求以及招标文件

的有关规定、工程现场情况等因素 5清单计价模式有利于实现风险的合理分担。建 )筑工程一般比较复杂，建设周期长 .工程变更多。采

工程量清单计价又是综合单价计价 .结算时综合单价 (同另有规定除外 )又不因施工数量、施工难合

易程度、施工技术差异及取费等变化而调整，可以减少施工单位不合理索赔的可能4清单计价模式的优越性

用工程量清单报价方式后 .投标单位只对自己所报的综合单价负责 .而对工程量的变更或计算错误等不负

责任：相应的 .这一部分风险由业主承担同时 .综合单价的确定有利于业主控制工程索赔以及工程造价这种格局符合风险合理分担与责权利关系对等的原则 .

1清单计价模式中的综合单价是施工过程中支付 )工程进度款的依据当发生工程变更时 .综合单价也是合同单价调整或索赔的重要参考标准 .综合单价结

(接第 6上 2页 )

0泄压孔

△透孔

隧道下行线冻结孔及测温 L置布

隧道上行线冻结及测温孔布置 L

图 3联络通道测温孔及测温子的布置 L

7结语冻结帷幕的设计按照结构力学的方法进行基本假设和相应计算 .结果是可以满足抵抗周围水土压力要

参考文献：[]赵明华， 1俞晓.土力学与基础工程[ . M]武汉：武汉理工大学出版社，2 0 . 0 0

求的。工程施工结果也证明了设计满足工程要求结构力学计算方法可以对冻结帷幕强度进行验算

[]朱伯钦，周竞欧，许哲明 .构力学[ .海：济大学出版社， 2结 M]上

同2 o . O 4

[]贺永年，志强 . 3刘隧道工程[ .州：国矿业大学出版社，0 2 M]徐中 20 .

6 5

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