城市地铁施工地面沉降允许值分析与计算

城市地铁施工地面沉降允许值分析与计算

【=====窭警==】专题研究lZHUANTIYANJIU

城市地铁施工地面沉隆允许值分析与计算

苏无疾韩日美/西安市地下铁道有限责任公司

[摘要]本文以Peck公式描述的地面沉降曲线方程为基础,对保障地铁隧道结构,地面建筑物,地下通道,管线和运营线路安全

的地面沉降控制标准分别进行了分析和计算,其方法和结论谨供地铁设计和施工参考.

[关键词]地铁沉降Peck公式

1,引言

城市地铁施工常常处在繁华街市,这些区间建筑稠密,交

通繁忙,地下管线密集,因此施工中对沉降必须严格控制.对

于沉降控制指标的确定,国内一些城市通常以30mm作为地面

沉降允许值,并一直将这一标准作为地铁工程施工对地面环境

造成影响的最小值.但随着地铁施工工程的不断增加,高难度

施工项目不断出现,这一标准已不能满足施工需要,施工中必

须根据现场实际条件,通过分析和计算来确定合理的沉降控制

值.

2,按地铁隧道结构安全和地层稳定确定地面沉降允许值

从保障地层与隧道结构稳定的角度出发,地面沉降控带4标

准必然与当地的地质条件,施工规模,结构埋深,结构尺寸和

施工方法等有关,一般应根据模型试验和数值方法所提供的分

析结果加以确定.实际上,地铁工程一般埋深较浅,围岩压力

值小,拱顶下沉和水平收敛也较小,隧道设计强度常具有较大

的安全度,因此隧道结构本身对沉降控制标准要求较底,可不

于考虑.就地层安全而言,国内外地铁施工经验表明,典型的

地面沉降曲线如图1所示,可用Peck公式描述:

S=Smexp(一/2i)(1)

式中:为距隧道中心线的距离,m;S为距隧道中心线

为x的地表沉降量,m;为隧道中心线处最大沉降量,m;

为变曲点距隧道中线的距离,/11.

i可由下列经验公式计算:

(2)

图1Peck模型中地面沉降横向正态分布图

当隧道埋深小于34m时,对于黏性土地层,不同深度处沉

降槽曲线规律可用经验公式计算:

fi一0.43Z(3)

式中,为管线水平面上沉降槽宽度系数,in;为从地

表至管线轴线的深度,m.

对Peck公式求导可得沉降曲线的最大斜率(发生在

X=l处):

=

0.61S

(4)

如假设地层的极限剪应变y与叩相等,则

,===0.61S

~

于是j:

(5)

(6)

6.谐波失真

音频非线性失真是指被测信号中各次谐波的总有效值电压与被测信号中基波的有效值电压的比值.

测试条件及方法:

发射机和测试仪之间的"预加重"有无要保持一致,测量

时为自动测量.

女≤湃|鹫≮#誊簟潆《|警l嚣J冒餐II簟

嚣黪《露≯蒋辫鬻誊纂器嚣爨≯雾|饕簿i雾曩螽雾黪g

埘艄荔j量i羹l鬣甏;≤翟I

?_—i镛0_

|露哆掰I#辨嵌皿》黟||#

_慨;÷—黼翻

谐波失真测试界面

结果对比:甲级指标为<1%所测指标为O.19%

7.信噪比

信噪比是指信号电平与噪声电平之比

S/N=20logUs/UUs

,U分别为有用的信号电平与噪声电

平,信噪比直接影响音质的好坏,所以在测试时要高度重视.

测试条件及方法:

(1)发射机和测试仪器必须带"去加重"进行测试,因

为发射机的有去加重就是为了提高其自身的信噪比,所以测试仪也是要带有去加重.

(2)在通道内只送lkHz信号,达到75kHz频偏.

(3)测试时要断开发射机的音频输人.

(4)测试仪与发射机要有良好的接地连接,还要关闭附

近的计算机和用电设备.

信噪比测试界面

结果对比:甲级标准为S/N≥58dB,测试结果为60dB

以上就是调频发射机几大指标的测试方法,测试仪器可能

有所不同,但方法与测试条件是一样的,希望能为大家测试发射机带来一些参考.

78科学时代?2011年第09期

式中,【fJ为地层抗剪强度,G为地层剪切模量.式(6)

即为从隧道施T本身的安全稳定性推求的地面沉降最大允许值.

3,按地面建筑物安全稳定确定地面沉降允许值

地面建筑物对地面沉降的控制要求,按《建筑物地基基础

设计规范》(GBJ7—89)规定,砌体承重结构基础的局部倾斜在2‰～3%.以内,多层及高层建筑物基础根据建筑物高度控制在1.5%.～4%.以内.下面就从既有建筑物的容许倾斜率来分析计算地铁隧道施工地面沉降的容许值.

一

Z

\

L

I

图2隧道施工沉降对地面建筑物影响不恿

如图2所示,地铁隧道施工时,在隧道两侧存在着破裂面,

假定破裂面以外不产生地面沉降,则建筑物的倾斜率可按下式推算:

=

D+2(+h)/tanf450+等l(7)

,,:/2(8)

式中,H为隧道上方覆土厚度,h.为隧道洞高,D为隧道

洞径,A为隧道开挖影响到的横截面宽度,建筑物不均匀沉降由式(1)可得:

:exp-1,212iz)一exp(-(A/2)12iz)](9)

通常位于隧道边墙所在的铅直线上,即i=m2,当建

筑物不均匀沉降等于最大允许值时,地面沉降最大容许值为: S:f~l/[exp(-2ll2/D)-exp(-A/2D.)](10)

此时建筑物的容许倾斜率:

】-(f_f1):△f_『1](11)

则:,,

]=川A—f1](12)二/

用允许斜率表示的地面沉降允许值即为:

:

_fl1xp(-2f1/D.)一exp(_A2/2D)](13)

4,按既有通道安全稳定确定地面沉降允许值

地铁隧道施工下穿既有人行通道等条形建筑物时,使既有

结构沿纵向产生不均匀沉降,超过既有结构允许差异沉降极限值时,变会引起既有结构纵向破坏,对此可用既有结构的极限伸长值和抗拉强度作为不均匀下沉中容许坡度值的判断依据, 采用极限纵坡法进行计算.

…^'●

-●●●

●●.…●……………………'

…～..-

…

:…曼………………I.

b.

图3隧道施工沉降对既有通道影响示意图

如图3所示,通道的不均匀沉降坡度为:

m=m/b(14)

通道所能承受的最大不均匀沉降坡度称为极限坡度,其大

小取决于通道的强度和弹性模量,一般用下式计算:——

m

]=1『I譬+1I一1(15)

式中,为通道所用混凝土等材料抗拉强度设计值,E为

相应的弹性模量.

假定通道变形与地层沉降同步,则通道的变形可用Peck

公式来分析,

即:m=Sp,b=f(当X=f时沉降槽曲线斜率最大),

则:

m￡=Spm"/i≤tmJ(16)

则:

S≤卜i(17)

…即为通道最大沉降控制值.

SmxtmLJi'/(18)

5,按地下管线安全使用确定地面沉降允许值

隧道下穿污水管,雨水管,上水管,热力管及煤气,天然

气等地下管线施工时,对沉降的控制标准尤为严格,特别是修筑年代已久的污水管线,长期渗水使周围地层条件严重恶化, 地铁施工中多次出现污水管断裂造成路面塌陷等严重工程事故,已经引起了大家高度重视.

地下管线根据接头形式可分为刚性接头和柔性接头,前者

可按照通道等条形构筑物的情况来计算,后者主要根据管段之间的接缝伸缩强度计算.

～～一一～

—～

～～二一二—一一

△

图4隧道施.沉降对既有管线影响示意图

如图4所示,当管道与隧道正交时,直径为D的管段在曲

率最大处接缝的张开值达到最大,其值为

A=DL/R=,(19)

式中:△为管道接头缝张开值;R…管段平面上沉降曲线

的最小曲率半径;L为管节长度.

由Peek公式S曲线图不难看,管段平面上沉降曲线的

最小曲率半径位于X=0处,其值:

…i一(20)

带人上式得:

^2

S=(21)

当管道接口的张开量达到极限值『△1时,则有:

一j:(22)

相应的地表允许沉降量为:

】=(23)

从上式可以看出,该条件下地表允许沉降随管道埋置深度

的增加而减小,并同时随管径的增大而减小,因此在制定相应

科学时代?2011年第o9期79

[===专题研究lZHUANTIYANJIU

电缆线路远程无线核相装置

完整尹元亚潘天云戴刚/安徽省电力公司芜湖供电公司

[摘要]为了有效解决运行中电缆线路的核相和验电的问题,应用无线数字信号对比技术解决电缆带电情况下的远程核相问题.

[关键词]电缆线路无线核相

1,引言

随着城市发展及亮化_T程要求的不断提高,对城市配网发

展的要求也越来越高,为了积极配合城市发展的需求,配电网

建设步伐不断加快.中压配电网形式多样,设备选型与科技投

入力度加大.目前,市区配网10kV架空线路均下地采用电缆

线路,对老线路的绝缘化改造也正在加紧进行.随着这些电缆

线路的不断投入运行,一方面解决了较为突出的线树矛盾,提

高了中压供电可靠率及外破事故的发生,另一方面也带来了新

的矛盾和问题,集中反映在由此产生了电缆环网线路核相和验

电困难的问题.为此我们研发了电缆线路远程无线核相装置.

2,现状

在两变电所之间全电缆线路环网改接工作中,由于电缆线

路处在全绝缘全屏蔽的状况下,现有核相装置无法满足电缆线

路的核相要求.使停电工作时间延长,给企业形象造成了负面

影响.现应用无线信号采样对比来解决这个问题是非常好的方法.

3,电缆远程核相方案

在电缆线路负荷改接等工作中,要求两个变电所及用户的

三相交流电源的相序相位与需保持一致,这是保证供电质量的必要条件之一,传统核相方法已无法满足现有的核相需求,电

缆远程核相技术急需得到发展应用.通过总结经验和学习研制出如下方案:

电缆远程核相方案结构框图:

区

4,电缆远程核相硬件

远程核相仪分为两部分:核相发起端和核相判断端.核相

发起端由电压波形整形电路,核相发起模块和数传电台组成. 电压波形整形电路把三相电压波形信号都整形为50Hz方波信号.核相发起模块,选取其中一相的方波信号的上升沿为触发

信号,用数传电台输出触发信号(每20ms会出现一次触发信号),经过延时时间tl后(该延时值由电台的性能参数决定).

核相判断端的数传电台收到该触发信号,核相判断模块对该触发信号再做t2延时.tl+t2满足20ms的整数倍,保证接收到的信号与原始信号在相位时序上误差尽可能小.经延时处理后的触发信号与核相判断端的三相触发信号做时序上的比较,时序差最小的可以判断为同相.并通过数传电台回馈核相成功信息的地表沉降控制基准时,应选取施工范同内管径及埋深均相对较大的管道作为控制对象.

6,按既有运营线路正常行车要求确定地面沉降允许值

隧道开挖引起的地表沉降对既有地面铁路线路或地下铁路

线路的影响主要表现在3个方面:一是可能造成水平(指线路两股钢轨顶面的相对高差)超限;二是可能造成前后高差(指

沿线路方向的竖向平顺性)超限;三是可能造成道岔不能搬动. 《铁路线路维修规则》规定:两股钢轨顶面水平的容许偏

差,正线及到发线不得大于4mm,其它站线不得大于5mm.

一

般情况下,超过允许限值的水平差,只是引起车辆摇晃和两

股钢轨的受力不均,导致钢轨的不均匀磨损.但如果在延长不

足18m的距离内出现水平差超过4ram的三角坑,将导致一个车轮减载或悬空,如果此时出现较大横向力作用,有可能发生

脱轨事故.

前后高低不平顺对线路运营危害较大.列车通过这些地方

时,冲击动力可能成倍增加,加速道床变形,从而更进一步扩

大轨道不平顺,加剧机车车辆对轨道的破坏,形成恶性循环.

一

般情况下,前后高低不平顺的破坏作用同不平顺(坑洼)的

长度成反比,而同它的深度成正比.规范规定:线路轨道前后

高低差用L=10m弦量测的最大矢度值不应超过4ram.

《北京市地铁工程维修规则》规定:整体道床岔区轨顶

面水平的容许偏差和10m弦的最大矢度值均不应超过5ram; 轨距在一般位置容许误差为+4ram,一2mm,尖轨部位为

+2ram,一2mm.《铁路线路维修规则》规定:碎石道床岔区

轨顶面水平的容许偏差和lOre弦的最大矢度值均不应超过

6ram;轨距在一般位置容许误差为+5ram,一3mm.

根据隧道施T引起的地层沉降槽规律,地层横向不均匀变

形要比沿隧道轴线方向的不均匀变形显着.当下穿既有线路正线时,既有线路的运营安全主要受控于轨道的前后高低不平顺. 当下穿既有运营线路岔区时,则主要受控于尖轨与轨道的水平位移,因此必须对其进行专门监测,采取更加严格的沉降控制

措施,确保运营安全

7,结语

由于现场施T环境复杂,地面沉降允许值控制标准不但与

既有结构的强度,几何形态及与地铁隧道的相对位置关系有关, 而且与既有结构本身的使用年限,老化程度,运行状况关系密切,也与既有结构的重要程度有关,在确定地面沉降标准时,

一

定要结合实际情况,综合考虑各方面因素的影响,得出合理

的控制标准.

参考文献:

[1]地铁设计规范[M_JfGB50157—20031.北京:中国计划出

版社,2003.

I2I地下铁道工程施工及验收规范.【GB50299—1999].北京: 中国计划出版社,2003.

[3】王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽:安徽教

育出版社,2004

【4I北京城建集团.城市快速轨道交通工程施工工艺标准[M】.北京:中国计划出版社,2004.

f5】夏永旭,王永东.隧道结构力学计算[M1.北京:人民交

通出版社,2004.

80科学时代?2011年第09期

～圈图

圜一r,Jr●r_J一()0,』～固