(2023-5-25于)浅析新建管线下穿道路的工前评估-郑凯(1).docx

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1、浅析新建管线下穿运食道路的工前技木评估郑凯魏振超（新疆交通科学研究院有限责任公司乌鲁木齐830000）摘要：新建管线下穿正在使用中的运营道路，为降低顶管施工对道路运行的影响,-通过结构力学理论和有限元建模计算，对工作井及顶管下穿道路进行三维全过程施工模拟，综合分析施工扰动引起的道路沉降变形规律，并对变形的影响进行评估，为顶管施工提供科学的依据。关键词：顶管；道路；评估1前言改革开放以来，国家基础建设发展突飞猛进，电力、给排水、燃气和通讯等基础设施与道路交叉的情况时有发生。顶管法作为一种非开挖技术，具有投资少，工期短，对周边环境及道路交通的影响小等优点，而被广泛应用在管道下穿道路施工项目中。同时

2、，在顶管施工过程中，也伴随着土体扰动引起地层变形，致使道路沉降或隆起，套在影响其正常使用的风险。因此，为保证道路本身及行驶车辆的安全.-在顶管施工前，开展管线下穿道路的工前技丞评估，对地层变化体现在道路上的沉降情况进行分析，是十分有必要的。本文以某电力管线顶管法施工下穿道路为工程背景进行相关分析，重点就下穿过程中的道路变形进行数值模拟计算桥，分析顶管下穿施工引起道路土体的变形情况，为更科学地制定管线施工方案，保证工程安全顺利完成，提供有力支撑。2工程概况2.1电力管线工程概况某新建电力管线工程，干线长度为1359m,在桩号0+3390+381处穿越城市遒路。由于现场施工条件限制，拟采用顶管法施

3、工此段管线结构，在道路南侧新建始发井（10#圆I竖井|）、北恻改建检查井作为接收井（1作圆竖井），下穿城一批注Iuser1）:钢筋混凝土沉井吗市道路。其中，10#圆竖井基坑规格：5.73mX7.615m,11#圆竖井基坑规格：5.73mX7.765m,10#至11#竖井间采用外径1650mm、内经135Omm钢筋混凝土管顶管，管底至地表埋深6.635m,顶管总长度42m。人行10电力型4M0.37二二电二W：W：W现状地表11”电力量并管线与道路相对位置示意图（单位：cm）2. 2下穿道路概况顶管穿越道路为城市主干路，主路宽16.6m,双向4车道，两恻设有机非隔离带与人行道。机动车道路面结构如

4、下：沥青面层17cm+5%水泥稳定碎石16cm+水泥稳定碎石32Cm1非机动车道路面结构：沥青面层IoCin+水泥稳定碎石36cm。道路状况分析情况：根据工前检测结果，沥青路面行驶质量评价为A级，沥青路面损坏状况评价为A级，道路病害形式主要为路面的裂缝。经地下空洞探查，该段道路IOin深度范围内未见明显疏松及空洞等病害。3. 3工程地质、水文条件本项目野外勘探、原位测试及室内土工试验成果资料显示，勘探最大孔深20.Oom深度范围内所揭露地层，按成因年代将地面下20.OOm-深度范围内的地层划分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，并根据各土层岩性及工程性质指标进一步划分为5个大层及亚层

5、。本工程竖井主要穿越土层为：细砂素填土-粉砂素填土层，新近沉积的细砂-中砂层，卵石-圆砾层。顶管主要穿越土层为：卵石-圆砾层。本工程根据沿线已有资料与钻孔中实测地下水稳定水位标高为30.04m-30.44m（埋深10.30m10.60m）,地下水类型为潜水，本工程基坑深度最深为8.73m,因此，不考虑地下水影响。3计算方案3.1 计算模型（1）模型尺寸采用有限元软件ANSYS软件婕立工作井邻近及顶管模型，模型主要尺寸按照工作井、顶管直径及地层特点设计，综合勘察设计资料和圣维南原理，建立的模型尺寸为80mX70mX30m顶管为圆形，管径1350mm,管壁厚150mm。有限元有限元模型如图3.1-

6、1,3.1-2所示。图3.1-2工作井及顶管位置关系图1-1三维数值计算模型（2）网格划分对计算模型进行三维有限元网格划分，顶管附近网格较密集，向周边网格划分逐渐稀疏。三维模型共有78148个单元，92142个节点，如图3.1-34所示。图3.1-3道路和工作井及顶管位置关系网格图3.1-4顶管网格划分（3）边界条件根据现有资料分析，所处地应力环境主要受自重应力场控制，初始应力可按照岩土体物理特性进行自重应力场计算。模型底部边界在z(垂直)方向施加位移约束；模型左右两端在X方向(垂直顶管轴线方向)施加位移约束；模型前后两端在Y方向(平行顶管轴线方向)施加约束，模型上部为自由面。假面位置施加20

7、kPa法向荷载。I批注user2):是否已考虑路面堆我和路面活载影响3.2模型参数(I)岩土层分布根据工程勘察资料和顶管埋藏条件，将顶管施工围岩土层分为5层，由上到下分别为：细砂素填土-粉砂素填土、细砂-中砂、卵石-圆砾、有机质黏土、卵石-圆砾。(2)本构模型及参数本构模型是对岩土材料力学性质特性的数学描述，反映外载条件下岩土体的应力应变关系。ANSYS提供多种弹塑性本构模型，对岩土体材料，一般选用摩尔-库伦弹塑性模型。根据现场勘察，地层计算参数按照实测值给出，工作井采用C20喷射混凝土材料，顶管构件为混凝土材料，其力学参数参考C20混凝土指标给出。详见表3.2-1o表3.2-1物理力学参数取

8、值土层密度(kgm)弹性模量(MPa)泊松比内聚力(kPa)摩擦角C)细砂素填土-粉砂素填土1800150.3010细砂-中砂2000170.3015卵石一圆砾2100250.3030有机质黏土194515.650.30.02521.5卵石-圆砾2120550.25038工作并24003.25X100.2/顶管24003.25X100.2/3.3施工模拟(1)施工过程模拟初始地应力场计算完成后，模拟道路修建完成后的应力场，然后模拟10号、11号工作井施工,顶管施工按照2m一个步长进行模拟。首先模拟开挖掏土过程，在一个步长的掏土完成后，再开始该步长的顶管施工，至此完成一个步长的施工循环，依次进行

9、。施工过程中通过施加学子面压力来模拟顶进施工，以有效控制地层应力释放率。具体施工步序见表3.3-1。表3.3-1施工步序工序工序内容备注初始地应力场道路建成后施加车载位移清零工序1H号井施工/工序210号井施工/工序3顶管施工/4、结果分析4.1 初始地应力位移清零，数值计算各工况结果如下:4.2 工序1施工完成后，道路以沉降变形为主，11号竖井开挖造成竖井周边土体及道路地表产生一定沉降，靠近11号竖井一侧主路发生最大沉降为5.8mnio工序1地层沉降云图见图4.1T20图4.IT整体沉降云图5Ttf-W9H(ORSY9-0rKX1rc-.c3n3(-.0064622X-.23ttrC3CMK

10、-.00578SM4.005779-.005779-.005134-.OU1-.003844-.003199-.002554-.001909-.001264一.619E-O3.257E-O4图4.1-2道路沉降云图4.3 工序2施工完成后，道路以沉降变形为主，10号竖井开挖造成竖井周边土体及道路地表产生一定沉降。因10号竖井距离道路较远，在此过程中，道路最大沉降值为靠近11号竖井的人行道，沉降值为5.7mm。靠近10号井一侧的辅路发生最大沉降值为12mu工序2地层沉降云图见图4.2T20图4.2T整体沉降云图DMX-.005745SM-.005742-.005742-.005101-.0044

11、6-.003819-.003178-.002537-.001896-.001255-.614E-03.271E-04图4.2-2道路沉降云图工序3施工完成后，道路以沉降为主，顶管施工造成地层扰动，进而引起地层沉降，顶管完成后，靠近11号竖井一侧主路发生最大累计沉降为6.2mm。仅工序3顶管施工造成路面沉降值为O.5mm。工序3地层沉降云图见图4.3-12。5.结论和英议1）根据工作井及顶管施工模拟显示，在正常施工条件下，引起路面欠最大沉降为62mm,未超过相关控制标准，施工对既有路面不会产生大的危害。2）建议在工作井及顶管施工前，在相应地表和道路路面布置监测点，记录沉降变形情况,在施工过程中实时监测,做好变形调整的应急预案。参考文献：1 .DB11/T716-2019,穿越既有交通基础设施工程技术要求2 .CJJ36-2016,城镇道路养护技术规范3 .GB50497-2019,建筑基坑工程监测技术规范4 .CJJ37-2012,城市道路工程设计规范5 .施惮辉,何平，卞晓琳.拟建隧道下穿热力顶管的现状评估.北京：北京交6 通大学学报，20107 .王赛，聂奥翔.综合管廊矩形顶管下穿高速公路影响性分析.北京：特种结构，2023