11-铁路营业线桥涵施工测斜技术研究及变形机制分析_任高峰.pdf
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1、40施工技术CONSTUCTION TECHNOLOGY2014 年 6 月上第 43 卷第 11 期DOI: 10. 7672/sgjs2014110040铁路营业线桥涵施工测斜技术研究及变形机制分析*任高峰1, 张卅卅1, 胡仲春1, 2, 刘永成2( 1 武汉理工大学资源与环境工程学院, 湖北武汉430070; 2 中铁十四局集团有限公司, 山东济南250014) 摘要在铁路营业线桥涵施工中, 采用人工挖孔桩上架设便梁作为施工加固体系, 通过在南京宁启线某标段的下穿顶进涵施工中的实际运用, 介绍了测斜仪的工作原理及应用, 总结了测斜技术在铁路营业线桥涵施工中出现的若干关键问题, 并分别从
2、测斜管的布置、 埋设、 精度分析、 采集频率、 数据处理、 预警预报等方面进行探讨, 总结人工挖孔桩在土体开挖过程中及列车静、 动荷载影响下的变形机制及位移规律, 优化开挖施工方案, 提高铁运及施工的安全性。 关键词框架涵; 施工技术; 测斜仪; 变形; 位移 中图分类号U449. 5 文献标识码A 文章编号1002- 8498( 2014) 11- 0040- 05Study on Inclinometer Technology for Bridge and Culvert Construction onOperating ailway Line and Analysis of Deform
3、ation Mechanismen Gaofeng1,Zhang Sasa1,Hu Zhongchun1, 2,Liu Yongcheng2( 1 School of esource and Environment Engineering,Wuhan University of Technology,Wuhan, Hubei430070,China;2 China ailway 14th Construction Bureau Co , Ltd , Ji nan, Shandong250014,China)Abstract: In the bridge and culvert construc
4、tion on operating railway line,the buttress- girder temporarysupport system is used as the construction reinforcement This paper introduces the application andworking principle of portable digital inclinometer through the practical application in culvert jackingconstruction under somewhere on Nanjin
5、g Ningqi existing railway line This paper summarizes a numberof key issues of inclinometer technology in bridge and culvert construction on operating railway line anddiscusses from the aspects of the layout of inclinometer tube,laying design,accuracy analysis,collectionfrequency,data processing,earl
6、y warning and forecasting; analyzes the deformation mechanism anddisplacement rule of manual hole digging pile under the impact of soil excavation and trainsstatic anddynamic load,which optimizes the excavation and construction program,improves the safety of railwaytransportationKey words: frame cul
7、verts;construction;inclinometers;deformation;displacement*国家自然科学基金项目( 51104112) ; 湖北省自然科学基金项目( 2011CDB433) 作者简介任高峰, 副教授, 博士, E- mail: rgfwhut163 com收稿日期2013- 07- 060引言随着铁路营业线扩能、 扩建项目日益增多, 受施工地点土体性质、 列车静动荷载冲击、 施工工艺等诸多因素影响, 极易造成营业线轨道的变形, 从而导致列车晃车或更为严重的铁路交通事故发生1 。为了同时保证列车的安全不间断通行及营业线桥涵施工的安全和进度, 多采用人工挖孔
8、桩2 支墩上架设 D 型便梁作为施工临时防护体系。同时响应 “和谐铁路”3 的号召, 施工人员必须及时掌握桥涵施工期间防护体系的位移变形值, 采用先进的观测技术及设备通过高精度监测, 科学地指导营业线桥涵安全施工, 通过分析土体开挖过程中挖孔桩的测斜数据, 为施工人员提供调整参考。测斜技术由于能够监测桩体或岩土体深部变形特征, 在重大建筑物施工和环境工程中得到了广泛应用, 其中在深基坑工程中的应用尤为广泛。谢桂娟等4 对深基坑测斜技术进行了探讨, 总结了测斜技术在深基坑监测中出现的若干关键问题; 黄毅等5 结合上海地铁工程实际情况, 通过大量的测斜数据挖掘分析, 提出了基于远程监控管理系统的深
9、基坑测斜数据分析及变形警戒值; 丁宁华6 根据对某深基坑工程土方开挖过程中测斜数据的变化分2014 No 11任高峰等: 铁路营业线桥涵施工测斜技术研究及变形机制分析41析, 总结其规律, 优化了土方开挖方案; 陈开圣等7 将测斜仪应用于滑坡变形监测中, 分析测斜曲线数据并与钻探成果对照, 较好地对滑动面的分布情况和滑动机制作出预判; 王义锋8 通过对向家坝水电工程马延坡蠕滑变形体的内部位移监测, 提出变形曲线与蠕滑变形体形态的对应关系, 阐明蠕滑变形机制; 刘继平9 结合宁启铁路既有线提速改造工程, 分析涵洞接长或顶进、 架设便梁等影响既有线轨道几何状态的主要因素, 提出加强既有线轨道几何状
10、态动静态监控、 加强线路沉降观测和线路检查等措施; 蒋清吉等10 将测斜仪应用于码头变形监测中, 分析高桩码头的工作原理、 损伤机理及测斜仪的局限性。虽然测斜仪应用广泛, 但在铁路营业线桥涵施工中却用之甚少, 以上研究工作对营业线桥涵施工中人工挖孔桩测斜数据分析起到一定启发作用。本文以南京市六合区横梁镇宁启线某下穿顶进涵为施工背景, 采用 D24 型便梁加固线路11 , 以 4 个人工挖孔桩支墩承载便梁, 从测斜管的布置埋设、精度分析、 采集频率、 数据处理、 预警预报等方面进行探讨, 监测在土体开挖过程中及列车静、 动荷载影响下的人工挖孔桩支墩不同深度的内部位移, 总结测斜数据的变形规律,
11、及时预警并优化开挖施工方案, 提高铁运及施工的安全性。1测斜仪工作原理测斜仪一般由测斜管、 探头、 电缆、 数据采集仪( 读数仪) 4 部分组成。在营业线桥涵施工应用中,首先在人工挖孔桩浇筑前预埋测斜管, 当桩体发生变形后, 测斜管也随之产生相应变形, 通过拉放电缆使测斜探头滑轮顺槽逐点量测, 可精确测出桩体不同深度的水平位移量。然后根据位移大小、 变化率及累计位移量, 作出曲线图及预报, 为施工提供指导及调整参考。测斜仪工作原理如图 1 所示。在测斜过程中, 测斜仪每个测试间距所测得的测斜管偏移量为 Di, 其中 Di= Lsini, L 为测试间距,设定为 0. 5m; i为某一深度倾斜角
12、。当人工挖孔桩深入基岩或相对稳定土层时, 可认为测斜管底部不发生位移, 即为位移基准点, 管口的水平位移值 Dn为各个测试分段位移变化量的总和。Dn=ni =1Di=ni =1Lsini当人工挖孔桩周围为软泥等不稳定土体时, 测斜管底部可能也要发生位移, 不能再作为位移基准点, 此时要首先确定测斜管顶端水平位移量 Dn, 再从上往下依次推算出各个深层的测点位移量 Dm:图 1便携式数字测斜仪工作原理Fig 1Working principle of portabledigital inclinometerDm= Dnni = m+1Lsini采集的测斜数据可以通过 Excel 软件生成直观明确
13、的数据曲线图及报表, 清楚地了解在桥涵施工中人工挖孔桩的内部深层位移情况, 预判施工的安全性, 降低施工及铁运风险。2桥涵施工概况本文研究对象是位于南京市六合区横梁镇某区段的宁启线下穿顶进涵施工, 现场采用 D24 型便梁加固既有铁路线进行施工顶进, 以 4 个人工挖孔桩支墩承载便梁, 挖孔桩支墩采用直径 1. 5m、 桩长13m, C30 混凝土支墩。在顶进开挖面一侧的左、 右人工挖孔桩中预埋 PVC 测斜管, 列车限速 40km/h,本项目为平改立工程, 改建为 1 9m 框架涵, 净高5. 1m, 本段为双绕段, =5 000m, 箱身长 19m, 立交箱身中心线与铁路中心线法线夹角为
14、32, 如图 2, 3所示; 框架涵箱身基底设计应力 max= 114. 5kPa。地下水较发育, 地下水位埋深为 0. 3 1. 2m, 主要是赋存于黏性土中的潜水, 由地表径流及大气降水补给。1) 地层岩性地表土层为素填土, 褐黄色, 厚约 1m; 第 2 层为粉质黏土层, 地基基本承载力为180kPa, 第 3 层为粉质黏土层, 地基基本承载力为200kPa, 厚约 3m, 该处涵洞基底位于第 3 层粉质黏土层。2) 水文地质条件地表水不发育, 仅局部水塘有水, 地下水为上部黏性土中孔隙潜水, 受大气降水补给, 水量一般, 水位随季节变化。3桥涵测斜技术探讨将便携式数字测斜仪应用于铁路营
15、业线桥涵顶进施工中, 体现出桥涵基坑开挖施工精细化管理的趋势, 测斜分层控制指标体现着过程控制的思想12 , 与基坑变形系统过程的“预测控制再预42施工技术第 43 卷图 2桥涵顶进施工横断面Fig 2The cross section in bridge and culvertjacking construction图 3桥涵顶进施工测斜管布置Fig 3The layout of inclinometer tube in bridge andculvert jacking construction测再控制” 思想相同, 将挖孔桩变形控制从最终总量控制前移到过程控制, 更好地保护营业线轨道参数
16、正常及铁运施工安全。3. 1测斜管布置埋设及保护选用合理的测斜管布置位置至关重要, 是决定能否反映营业线铁轨变形情况的关键因素, 是整个监测项目及施工铁运预警预报成败的关键所在。在铁路营业线桥涵顶进施工中, 人工挖孔桩首当其冲, 由于受到周围土体的开挖剥离及营业列车静、动荷载的影响, 变形位移问题必然会发生, 因此将测斜管布置在能够及时反映变形情况的顶进面一侧的左、 右人工挖孔桩中, 有效地监测顶进施工中土体及铁轨的变形位移情况, 如图 3 所示。确定测斜管布置位置后, 正确稳定地埋设、 保护测斜管是营业线桥涵施工中的重中之重, 因为只有准确稳定、 内壁洁净的测斜管才能测出正确有效的数据, 才
17、能为施工提供正确的变形曲线图及指导建议。为了保护测斜管免于外界干扰及杂物的侵入等威胁, 应该做好以下工作: 测斜管下放之前,一定要检查底部封闭盖是否封盖严实牢固, 避免泥浆或混凝土侵入; 绑扎时, 使测斜管底部标高高于钢筋笼底部 0. 5m, 防止钢筋笼扎入硬岩, 损坏测斜管底部封闭盖; 将测斜管中互相垂直的导槽分别对向平行于铁轨方向和垂直于铁轨方向, 尽量减少测斜管的扭曲变形; 在钢筋笼吊装到位后, 应该逐层检查测斜管的方向, 确保导槽的方向; 分段测斜管连接部位应该密封处理, 并在浇筑混凝土过程中适时向管内注入清水, 防止泥浆或混凝土渗入, 同时减小测斜管变形; 测斜管连接、 截取和安放过
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