11号线龙华~云锦.ppt

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1、 上海轨道交通上海轨道交通11号线北段工程号线北段工程 （龙华站（龙华站云锦路站）云锦路站）联络通道冻结法设计联络通道冻结法设计中中 煤煤 科科 工工 集集 团团 南南 京京 设设 计计 研研 究究 院院China Coal Technology&Engineering Group corp Nanjing Design&Reserarch Insititute中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/一

2、、工程概况一、工程概况 v旁通道处上、下行线盾构隧道里程为旁通道处上、下行线盾构隧道里程为SDK38+450.000(XDK38+462.925),中心距为中心距为15.671m，上行线隧道中心标高上行线隧道中心标高-14.559m，下行线隧道中心标高，下行线隧道中心标高-14.496m，地面标高约为，地面标高约为+4.84m，位于云锦路西侧绿地下方。，位于云锦路西侧绿地下方。v旁通道由与隧道钢管片相连的喇叭口和水平通道组成旁通道由与隧道钢管片相连的喇叭口和水平通道组成，采用水平冻，采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工。结法加固地层，矿山暗挖法施工。v联络通道水平通道为直墙圆弧拱结构，通道采

3、用两次衬砌，初次衬砌联络通道水平通道为直墙圆弧拱结构，通道采用两次衬砌，初次衬砌（钢支架喷射混凝土）厚度为（钢支架喷射混凝土）厚度为200mm，通道的开挖轮廓高约为，通道的开挖轮廓高约为3.943m，宽约为，宽约为3.300m（喇叭口处高约（喇叭口处高约4.243m，宽约为，宽约为3.900m）；开挖区标高范围为）；开挖区标高范围为-12.896m-16.836m。一、工程概况一、工程概况中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/一、工程概况一、工程概况中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院ht

4、tp:/一、工程概况一、工程概况旁通道位置地层特征表旁通道位置地层特征表联络通道所在范围为联络通道所在范围为灰色淤泥质粘土、灰色淤泥质粘土、1a1a灰色砂质粉土灰色砂质粉土层土 层 名 称固结快剪(峰值)静止侧压力系数无侧限抗压强度渗透系数建议值序C(kpa)(。)K0Qu(kpa)K(cm/s)褐黄灰黄色粉质粘土1918.00.49883.0E-06灰色淤泥质粉质粘土1019.50.45349.0E-06灰色淤泥质粘土1012.50.56295.0E-071a灰色砂质粉土431.50.383.0E-041-2灰色粉质粘土1518.00.46536.0E-063灰色粉质粘土1717.00.47

5、597.0E-063a灰色砂质粉土夹粉质粘土829.00.383.0E-04中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕v1、冻土帷幕参数确定、冻土帷幕参数确定根据联络通道埋置深度和旁通道位置土层性质，确定根据联络通道埋置深度和旁通道位置土层性质，确定冻土帷幕厚度为：通道位置厚度冻土帷幕厚度为：通道位置厚度1.9m，喇叭口位置厚，喇叭口位置厚度度1.6m。设计冻土帷幕平均温度设计冻土

6、帷幕平均温度10，设计取，设计取-10冻土的弹冻土的弹性模量和泊松比分别为性模量和泊松比分别为90MPa和和0.25，冻土强度指标，冻土强度指标为：抗压为：抗压3.6MPa，抗折，抗折2.0MPa，抗剪，抗剪1.5MPa。静止侧压力系数，按静止侧压力系数，按0.7计算；土的平均重度取计算；土的平均重度取18.5kN/m3。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕 v2、冻结孔布置：、冻结孔布置：冻结管采用冻结管采用89X8无缝钢管，共设冻结孔无缝钢管，共设冻结

7、孔49个，其个，其中冻结站对侧隧道布置中冻结站对侧隧道布置7个。个。设透孔设透孔4个，用于给冻结站对侧冻结管和冷冻排管个，用于给冻结站对侧冻结管和冷冻排管供冷。冻结站对侧管片设供冷。冻结站对侧管片设5排冷冻排管，以保障冻排冷冻排管，以保障冻土和管片交界面冻土温度和厚度。土和管片交界面冻土温度和厚度。冻结孔终孔间距：冻结孔终孔间距：1.3m。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕 中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、

8、冻土帷幕 v3、主要冻结技术参数、主要冻结技术参数中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕 v4、冻土强度验算有限元方法、冻土强度验算有限元方法喇叭口和水平通道冻土帷幕力学分析采用均质线弹性喇叭口和水平通道冻土帷幕力学分析采用均质线弹性三维模型，其力学特性参数取冻土帷幕平均温度下的三维模型，其力学特性参数取冻土帷幕平均温度下的冻土力学特性值。根据旁通道对称性，取结构的冻土力学特性值。根据旁通道对称性，取结构的1/4作作为计算模型。为计算模型。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕喇叭口1分布喇叭口

9、3分布喇叭口位移分布中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕正常段1分布正常段3分布正常段位移分布中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/二、冻土帷幕二、冻土帷幕计算结果计算结果中间通道项目压/弯拉应力（MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.171.220.7514.4强度指标2.03.61.50安全系数11.83.02.0喇叭口位置项目压/弯拉应力（MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.671.340.758.2强度指标2.03.61.50安全系数3.02.72.0二、

10、冻土帷幕二、冻土帷幕中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/v5 5、冻土强度验算结构力学方法、冻土强度验算结构力学方法模型简化模型简化二、冻土帷幕二、冻土帷幕中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/喇叭口计算结果喇叭口计算结果二、冻土帷幕二、冻土帷幕中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/通道计算结果通道计算结果二、冻土帷幕二、冻土帷幕中间通道项目压/弯拉应力（MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.641.690.557.7强度指标2.03.61.5安全系数3.12.12.7位置冻土顶板上侧侧墙

11、底板交界处侧墙底板处顶板中间位置喇叭口位置项目压/弯拉应力（MPa）剪应力（MPa）位移（mm）13maxUmax计算值0.602.260.659.9强度指标2.03.61.5安全系数3.32.11.6位置侧墙底板交界处侧墙顶板交界处侧墙底板处交接面顶板中间位置中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/计算结果汇总计算结果汇总二、冻土帷幕二、冻土帷幕v小结：小结：综合有限元计算和经典结构力学计算两种计算方综合有限元计算和经典结构力学计算两种计算方法可知：冻土应力峰值均小于冻土强度指标；喇叭口法可知：冻土应力峰值均小于冻土强度指标；喇叭口位置应力峰值安全系数偏小，相对较薄弱

12、；节点最大位置应力峰值安全系数偏小，相对较薄弱；节点最大位移扣除杆件压缩后均能满足相关规程要求。因此，位移扣除杆件压缩后均能满足相关规程要求。因此，设计采用厚冻结壁厚度设计采用厚冻结壁厚度1.9m（喇叭口（喇叭口1.6m），平均温），平均温度度-10能够满足施工要求。能够满足施工要求。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论三、临时支护结构三、临时支护结构中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研

13、究院http:/三、临时支护结构三、临时支护结构v1 1、旁通道内临时支架计算、旁通道内临时支架计算计算采用北京中科院计算采用北京中科院PKPM软件，按钢结构计算；软件，按钢结构计算；正常段支撑间距取正常段支撑间距取0.60m，喇叭口处支架计算单元间，喇叭口处支架计算单元间距为距为0.50m；荷载根据荷载根据旁通道冻结法技术规程旁通道冻结法技术规程规定，取水土压力规定，取水土压力的的25%。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/三、临时支护结构三、临时支护结构中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/正常段：正常段：三、临时支护结构三、临时支护结

14、构中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/喇叭口：喇叭口：三、临时支护结构三、临时支护结构 木背板受弯构件的抗弯验算，采用东北落叶松，强度等级TC17，抗弯强度17MPa。取宽1m木背板验算，隧道内支撑间距600mm，型钢支撑间净间距：按支架承担25水土压力计算，木背板上最大弯矩：木背板内最大压（拉）应力：中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/v3 3、木背板计算、木背板计算中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论四

15、、应急防护门四、应急防护门v1 1、应急防护门形式、应急防护门形式中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/四、应急防护门四、应急防护门门顶处门顶处：门底处：门底处：则，则，设计荷载：设计荷载：式中：式中：q计算水土压力，计算水土压力，MPa；qt设计水土压力，设计水土压力，MPa；k 冲击动力系数，冲击动力系数，1.3。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/四、应急防护门四、应急防护门（b）门上连接螺栓强度的验算:n=2057.020/97.92=21个，取个，取44个，满足要求，满足要求。(c)门框的对接焊缝强度计算选用大六角头8.8级高强螺

16、栓，每个螺栓能承受的拉力为97.92kN，则需要螺栓个数：中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/（a）门的强度验算中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论五、预应力支架五、预应力支架v1、预应力支架形式、预应力支架形式在上、下行线隧道旁通道口两侧各架在上、下行线隧道旁通道口两侧各架2榀预应力隧榀预应力隧道支架，各榀钢支架间距道支架，各榀钢支架间距2.40m，在旁通道两侧，在旁通道两侧沿隧道方向对称布置。沿隧道方向对称布置。每榀支架有每榀支架

17、有8个支点，有个支点，有6个个OLD50螺旋千斤顶螺旋千斤顶提供预应力，施加预应力最大为提供预应力，施加预应力最大为500KN。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/五、预应力支架五、预应力支架中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/五、预应力支架五、预应力支架v2、预应力支架计算、预应力支架计算结构计算简图结构计算简图荷载图荷载图 应力比图应力比图 中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/五、预应力支架五、预应力支架位移图位移图 偏载下荷载图偏载下荷载图 偏载下应力比图偏载下应力比图 偏载下位移图偏载下位移图 中煤科工

18、集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/五、预应力支架五、预应力支架由pkpm位移计算可见，在最大荷载（每个节点受500kN）作用下，最大位移为1.9mm，可以满足变形要求。通过计算，支架结构在正常荷载工况和偏载条件下均能满足要求。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/ 冻土帷幕冻土帷幕临时支护结构临时支护结构工程概况工程概况应急防护门应急防护门预应力支架预应力支架结论结论六、结论 v通过有限元方法和结构力学计算，设计采用冻结帷通过有限元方法和结构力学计算，设计采用冻结帷幕厚度幕厚度1.9

19、m（喇叭口（喇叭口1.6m），平均温度），平均温度-10能够能够满足施工要求。满足施工要求。v临时支护结构和应急防护门能达到设计强度要求。临时支护结构和应急防护门能达到设计强度要求。v通过计算，隧道预应力支架在正常荷载工况和偏载通过计算，隧道预应力支架在正常荷载工况和偏载条件下均能满足要求。条件下均能满足要求。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/需要说明的几个问题v中煤国际工程集团南京设计研究院改名为中煤国际工程集团南京设计研究院改名为中煤科工集团南京设计中煤科工集团南京设计研究院；研究院；v取消维护冻结。取消维护冻结。v融沉注浆要求：一天地层沉降大于融沉注浆要求：一天地层沉降大于0.5mm，或累计地层沉降大于，或累计地层沉降大于3mm时应进行融沉补偿注浆；地层隆起达到时应进行融沉补偿注浆；地层隆起达到3mm时应暂停注浆；时应暂停注浆；冻结壁已全部融化，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于冻结壁已全部融化，且实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，可停止融沉补偿注浆。，可停止融沉补偿注浆。中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/中煤科工集团南京设计研究院中煤科工集团南京设计研究院http:/