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铁路顶管施工中路基面沉降的研究

  • 来源:基础工程网
  • 发表于:2019-04-28 15:59:42
  • 点击:313

前言

对铁路而言,在列车运动时,如果铁轨由于列车的运动而发生位移上的变化,这对于列车而言是致命的,所以在铁路建设的过程中,如果顶进桥涵或圆涵的结构尺寸较小时,或者该地段的地基牢固,土层密实,也就意味着该地段不需要加固处理,只需限制该地段列车行驶的速度,同时还应当具有专人进行维护。在施工中,对于上述地段的判断,主要依靠施工人员的经验,以此来判断是否对线路进行加固,保证列车通过时路线位移变化较小,从而提高顶管施工的效率以及列车行驶时的安全性。

一、顶管施工引起地面变形分析

顶管施工能够引起地层位移的变化,一般情况下是引起地面的沉降,造成这种现象的主要原因有两个多方面:一是“地层损失”。“地层损失”是指在管道施工过程中,由于地层的变化,从而产生管道体积与挖出土的体积之间的差异,产生这种结果是必然的,因为在施工过程中,施工工具所产生的误差是必然的,它是造成地层沉降的主要原因;二是在顶管的施工过程中必然会产生一定的震动,这会造成周围土层的晃动,从而产生地面的沉降。地面的沉降将会影响列车的行走,影响该种现象的原因有多种,这些因素全部来自施工现场的施工,在施工时,使得周围地层的压力产生变化,从而影响地层的变化。

二、铁路顶管施工中路面基沉降的分析方法

1.路基土体本构模型

对于铁路顶管的施工而言,岩土的本构模型的发展是该项工程的重要组成元素,近几年,前赴后继,已经有大量的专家学者应力—应变模型的研究。因为铁路上的土层情况将直接影响列车的运行,影响乘客的人身安全,所以对于该种模型的研究能够使得人们更加了解路线的地层组成以及现状。同时铁路路基的建设要求较高,其安全系数要就较高,所以应当引起研究人员的重视,对于路基土体本构模型的研究将直接决定铁路的安全系数,所以本文对于路基土采用Drucker-Prager模型分析和研究铁路施工所引起的沉降[1]。

2.路基计算模型

铁路的路基所承担的载荷有两个方面,分别是列车竖向的活载和轨道的静载。这两方面将直接影响路基的沉降,所应当对这两方面进行计算。列车的活载在中华人民共和国的标准中已经有明显体现,并对列车在铁路上的行驶速度有明确的规定。所以在对路基的计算过程中可以将静载和活载一起换算成与路基土体容重相同的矩形土体,活载主要在路基的宽度上,但是对于不同的轨道,对于两项的计算是不同的,所以必须查阅相关的资料,对于路基的边界一定要考虑路基的固定,对于路基的加固一定要考虑路路基横向和竖向的位移[2]。

3.顶管开挖的模拟

在顶管施工的过程中,如果施工方法合适这时由于施工过程的各种因素造成顶管与土之间产生的摩擦可以忽略,它所造成的地面沉降较小,在对于铁路路基沉降的计算中可以忽略。对于路基沉降的影响主要取决于顶管施工过程中产生载荷所产生的影响,在采用有限元的计算方法时,通常应用“重力转移法”进行计算,该种计算方法能够对载荷所产生的作用进行模拟,应用有限元网络对所得到的分析进行验证,这样能够确定施工过程中所产生的应力、位移和应变之间的差异[3]。但是该种方法也存在一定的缺陷,它的使用范围较窄,只适用于全断面一次开挖,对于复杂的铁路路基而言,这种使用范围是不能满足铁路路基的需要的,所以在实际的施工中采用重力转移法计算方法,这样就能避免上述情况的发生,符合实际的要求。

在顶管的实际施工中,顶进需要几次甚至几十次才能够完成,所以为了方便施工过程的开挖,在实际的施工中常常会依据顶进的进程来规定开挖的长度。这种顶管顶进的方法在实际中取得了明显的效果,根据相关调查数据显示,这种顶管顶进的方法在实际中的应用使得顶管产生的位移较小,所以不影响路基的牢固性,从而使得路基不会发生较大的位移变化,对铁路路基沉降的影响也较小,而整个路基地面的沉降就是由于顶管的施工而造成的。

三、结束语

综上所述,对于铁路顶管施工,采用有限元方法来计算,其原因是在顶管的施工过程中会引起路基的沉降,而这种方法能够最大限度的减小这种沉降,所以对于路基的施工具有重要的意义,同时对于列车的安全也能够提供一定的安全保证。

参考文献:

[1]魏纲,黄志义,徐日庆,章瑞文.顶管施工引起地面变形的计算方法研究[J].岩石力学与工程学报,2005,S2:5808-5815.

[2]郭亚娟,李宏哲,蔡海波.考虑土体内部病害情况下顶管施工引起的路面沉降分析[J].土木工程学报,2011,S2:139-143.

[3]刘高锋.浅谈基于随机模型的隧道施工引起地面沉降的小波分析[J].北方交通,2013,12:51-53.


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