隧道仰拱栈桥施工方案

PAGEPAGE6仰拱栈桥方案编制：复核：审批：中铁二十四局集团有限公司新建九景衢铁路浙江段站前I标四分部二〇一四年十二月仰拱栈桥施工方案一、工程概述随着施工进度要求，我标段各隧道即将进入仰拱部位的施工，为了保证仰拱施工连续进行并且隧道开挖出渣和洞内材料运输不受仰拱开挖的影响，故在仰拱开挖槽上搭设仰拱栈桥。隔跨跳跃施工，待已浇筑的仰拱混凝土强度满足通车强度要求后，即强度达到设计强度的100%，方可移走栈桥，到下一隧底开挖槽上，依次循环使用。二、仰拱栈桥的选型按照我公司以往施工经验和现场施工实际情况，并按照尽早开挖尽快封闭成环的原则，一般仰拱施工段落为6米。根据现场工字钢的供应情况，并保证栈桥结构的强度刚度满足整个隧道施工循环内相关车辆通行的要求。每幅栈桥采用4根40a#工字钢，四根并排设置，中间两根焊在一起，两边各一根与中间型钢间距30cm。顶部用Φ22螺纹钢筋连成整体，纵向间距10~15cm，以提高栈桥结构的平面内、外强度和刚度，I40a纵向两端做成2m长坡道方便车辆通行，靠洞口一侧下部加设3m长I20a工字钢，I20a工字钢设0.8m长坡道。两幅栈桥横向间距根据车轮轮距布置，保证车轮压在栈桥中部。I40a工字钢长度为16米，栈桥总长16.8m，净跨度按12m进行计算，设计详图见图图1栈桥纵向设计图图2栈桥横向设计图三、仰拱栈桥结构计算栈桥结构为两部各4根I40a工字钢并排布置作为纵梁，每两根工字钢上下翼缘板通长焊接，横向顶部用Φ22螺纹钢筋连接，保证在车轮荷载作用下纵梁能够共同受力，并且能够提高栈桥桥面的横向刚度。设计荷载按出渣车40t重车，前后轮轮距为4.5m，前轴分配总荷载的1/3，后轴为2/3，左右侧轮各承担1/2轴重，工字钢为整体共同承担重车荷载，工字钢自重、按1.15系数设计，动载及安全系数设计为1.11、力学简化梁两端都有转动及伸缩的可能，故计算简图可采用简支梁（如图b）。图3栈桥受力简化图由于截面上的弯矩随荷载的位置变化而变化的，因此在进行结构强度计算时，应使在危险截面上即最大弯矩截面上的最大正应力不超过材料的弯曲许用应力［σ］故需确定荷载的最不利位置，经荷载不同位置处的弯矩比较在检算最大正应力时，应取P/3荷载在跨中位置（如图c）：图4栈桥最大正应力时受力图计算最大剪应力时，取荷载靠近支座位置（如图d）。图5栈桥最大剪应力时受力图2、检算过程（1）栈桥结构检算1）、用静力平衡求出最大弯矩和剪力P--车辆荷载（N）Mmax—最大弯矩值（KN.m）Qmax–最大剪力值（KN）2）、根据初选结构进行力学计算：按每侧共4根工字钢进行检算查热轧普通工字钢截面特性表，得40a型工字钢。；1））平面内强度计算；σmax—工字钢最大弯曲应力（MPa）[σ]钢材容许弯曲应力（MPa）Wxx轴截面抵抗矩(cm3)Wyy轴截面抵抗矩(cm3)由以上计算可知，单侧按照4根工字钢选用，平面内强度可以满足工作要求，且未考虑工字钢、横向连接螺纹钢筋共同作用的富余系数，平面内是偏于安全的。2））平面外强度计算考虑到车辆行驶在栈桥上时，方向不一定与桥纵向平行，存在横向弯矩，按平面最大弯矩的10%考虑，计算如下：由以上计算也可知，按照单边4根工字钢选用，平面外强度可以满足设计要求。3））、剪应力计算使用剪应力强度条件公式校核最大剪应力需先计算40a型工字钢截面中性轴一侧的面积对中心轴的静矩每根工字钢分担的最大剪力为查表得40a型工字钢，，，故得到栈桥纵梁最大剪应力，并据此校核剪应力强度τmax最大剪应力[τ]钢材容许剪应力(MPa)Q剪力(KN)Sxmax最大半截面面积矩(cm3)Ix轴截面惯性矩(cm4)d腹板厚度(mm)剪应力满足要求，此栈桥结构可用。江县现修建一条道路，道路全长1.6Km，包括785m道路和815m隧江下游,属山、岗、丘、平原并有的丘陵地。西南、西北多山,东北地势平坦,平均海拔200米。该工程位于西北部，所在地地质结构稳定，地，为工程施工提供准确的定位信息、实时监关变化量及周围构筑物、管线等的影响变化，为工程施测量数据适当调整作业进度和措施方法，确保工程顺利1《工程测量规范》(GB50026-2007)；2《公路勘测规范》(JTGC10-2007)；4公路隧道施工技术规范》(JTJ042—94)；5隧道施工设计图纸(主要是隧道轴线平面控制点及曲线要素表、纵断面设计高程数据和施工设计图)；过地进行施工复测，检查并确认两端洞口的中线控制桩(也称为洞口投点)的位量两部分。和高程控制测设置1、在每个洞口应测设不少于3个平面控制点(包括洞口投点及其相联系的三角点或导线点)2个高程控制点。中3、在曲线隧道上，应在两端洞口的切线上各确定两个间距不小于200m的中线证隧4.1.2洞外平面控制测量平面形状、线路通过地区的地形和环境等条1．中线法(平面控制简单、直观，精度不高)测设在地表上，经反复核对改正误差后，把中线，用经纬仪正倒镜延伸直线法测设中线；在曲精确标出两端切线方向，然后测出转向角，将切线路中线测设到地面上。经反复校核，与两端线路正确衔接后，再以切线上的控制点(或曲线主点及转点等)为准，将中线引入洞内。设计阶段所标定的中线或离开中线一定距离布设导满足上面要求外，导线点还应根据隧道长度和辅助导线宜采用长边，且尽量以直伸形式布设，这样可误差和测角误差对隧道横向贯通误差的影响。为了个闭合环的闭合导线网，在一个控制网中，导线环的个数不宜少于4个；每个环的边数宜为4~6条。合表角和右角。左、右角分别取中数后应按式(1)计算圆周角闭合差⊿，其值应符合表二⊿＝[左角]中﹢[右角]中﹣360°(1) (″) 式中m——设计所需的测角中误差(″)； (3)导线环(网)的平差计算:进出口之间，以一条高精度的基线作为起始边，并在以增加检核和平差的条件。三角测量的方向控制较。但从其精度、工作量等方面综合用。经过近似或严密平差计算可求得各三角点和隧全天候观4.1.3洞外高程控制测量施测各开挖洞口附近水准点之间的高差，以内，以保证在高程方向按规定精度正确贯通，并电测距三角高程的方法进行。(但当山势陡峻采用水准测量困难时，)等等级，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一个洞口应埋设不少于2个水准点，以相互检核；两水准点的Δ ) )观测次数合往返较差或闭合差(mm)平丘地山地四五法法—往返往往±±±4.1.4本工程洞外控制测量方案本工程由于通视条件差，故洞外控制测量在导线控制和GPS控制之间做选则。根据洞外导线控制测量设计方案和GPS控制测量设计方案的对比，拟定最终确定采用GPS布设方案。响。而GPS技术不仅具有精度高，工期短的优点，而且由于GPS测量本身的特点，高标，同时2.由于现在GPS测量技术要求高，作业周期短，并且有两台接收机同时作业，在调组织工作，能合理安排，协调作业，认真细致紊地进行等等，从而为高精度、高效率的成果得到更1)建立GPS隧道控制网同样关注网内控制点间相对精度，虽然GPS测量本身不要求如洞口需布设至少3个控制点，并至少两方向通视。2)隧道进行GPS控制网施测前应进行网形设计即GPS控制网设计和GPS观测网设口及地貌特点、测站道路交通及通讯状况等)、点间基线长度、控制区域等因素布设控制点位，把所选定的控制点以环形网(大地四边形、三角形、多边形)结构确定后进之间以接边或接网的方式扩网，从而形成封闭式的整体括按星历编制测前卫星预报计。3)GPS网的基准设计点坐标)、方位基准(已知边方位角)和尺度基准(已知边距离及统一的距离度量单位)，可以是国家高斯平面坐标系统(如Beijing54，Bei—jing80等)或任意经度的中央子用独立坐标系统。同常规测量网一样为了施工方便，常以隧道主轴线进口至出口方向为X轴正向，隧道的某一线路中线里程为Xy轴，坐标原点处y坐标值可以为正常数也可为0。取系统投影面。②GPS网点应尽量设在视野开阔地带，同时站点周围视场角应不低于15。。③隧道GPS网洞口控制点应进行同步观测，同步观测的卫星颗数>4，越多越好且GPS为垂线系统)，各切线上宜布设2个GPS控制点。闭合差Wx=≤0.2`δni=1i Wy=≤0 S①建立项目及坐标系统(选择参考椭球参数，确定中央子午线经纬度)，确定位置及方。③在WG84坐标系下进行三维无约束平差，平差时最好在网中选择一具有已知高精WG定度。基准并不与隧道施工控制测量所要求的坐标系统一GPS观测采用静态相对定位模式，严格按《公路勘测规范》要求执行，其长，通过坐标反算，求出洞内待定点与洞口控制点(或洞口投点)之间的距离和夹角关系，可按极坐标方法或其它方法测。X上拨角β1和β2，就得到隧道口的进洞方向。测时所测得的偏角值可能不相符，应按此时所得α值和设计所采用曲线半径R和缓和 即计算定测时原投点偏离中线(理论中线)的偏移量和移桩夹角,并将它移到正确 (2)洞口控制点与曲线上任一点关系计算法计算出施工坐标，在洞口控制点上安置仪器4.2.2辅助坑道的进洞测量量联系起来,从而把洞外控制的方向和坐标传递给洞内导线，构成一,这种导线称为联系导线。联系导线是一种支导线，其测角误差和边长误差将直接影响洞内控制测量并进而影响1)经由斜井或横洞传递高程：测视线很短，测站数增多，加之观测环境2)经由竖井传递高程的方法：悬挂钢尺方法：即在井上悬挂一根带标准重锤的经过检定的长钢尺或者钢丝(井上读数，由此求得井下水准点的高程。井下水准点HB=HA＋a－[(L1－L2)＋△t十△k]－b(5)式中HA——井上水准点A的高程；△t——钢尺温度改正数，△t＝αL(t均一t0)；t△k——钢尺尺长改正数。伸进展，需要不断给出隧道的掘进方向。为了正确最后的准确贯通，应进行洞内控制测量。此项工测量的基础上展开的，包括洞内平面控制测量和4.3.1洞内平面控制测量故洞内平面控制常采用:中线法或导线法两种形式。m000m的直线隧道)伸作为洞内平面控制。这是一种特殊的支导线形式，即的测角、量距，可以计算出新点实际的精确点误差，再将新点移到正确的中线位置上，这种方法2．导线法(洞内导线平面控制方法适用于长大隧道)也较简单，而且可有多种检核过平差，还可提高点位的横向精度。施工放样时 (2)导线环如图所示，是长大隧道洞内控制测量的首选形式，有较好的检核条件，而且每增设一对新点，如5和5′点，可按两点坐标反算5~5′的距离，然后与实地丈量的5~5′距离比较，这样每前进一步均有检核。3)主、副导线环。主导线既测角又测边长，副导线便主能以平差角传算3~4边的方位角。主副导线环可对测量角度进行平差， (1)每次建立新点，都必须检测前一个旧点的稳定性，确认旧点没有发生位移， (2)导线点应布设在避免施工干扰、稳固可靠的地段，尽量形成闭合环。导线边 (3)测角时，必须经过通风排烟，使空气澄清以后，能见度恢复时进行。根据测 4.3.2洞内高程控制测量洞内高程控制测量是将洞外高程控制点的高程通过联系测量引测到洞内,作贯通。测；四、五等也可采3．洞内应每隔200~500m设立一对高程控制点以便检核.为了施工便利,应在导坑hAB=a-b，但对于零端在顶上的挂尺(如图中B点挂尺)，读数应作为负值计算，记录4.3.3本工程洞内控制测量方案水平方向角及边长的测量，水平方观测左右角，奇数站测左角，偶数站测右角；边长进行行仪器加、乘常数改正。控制导线观测技术要求控制导线观测技术要求见表6、表7及表8。等级等级DJ2级仪器水平角方向观测法技术要求3″8″一测回中2C较差13″差9″读数(℃)气压最小测定时间数据间读数(Pa)取用每边两端100始平均末值 5测回间 7 中误差5n15n1.8km0n2.4km50n2.4kmmm62差m对22测回数22等级等级，按四等水准规范精度要求进行往四五Δ ) )法法—观测往返次数环线或附合往返较差或闭合差(mm)平丘地山地往±±往4.4控制网贯通精度预算4.4.1导线控制网方式横向贯通精度预算取2倍中误差为测量限差，设隧道总的横向贯通限差为△q，则贯通中误差的限差①控制测量、地下两相向开挖的洞内施工导线各作为1个独立因素；而在增加有1个斜井或竖井施工时则亦增加1个独立因素，将各独立因素按等精度影响考虑计算其总的误差所引起的横向贯通中误差为②③式进行的贯通面有n个，结合式(2)⑤估算根据导线测量特点，其观测量分别为边长和角度，观测精度以边长相对中误差m因为实际地面导线网环均为双导线闭合环，故式(6)估算的影响值为近似且偏大，偏引起的横向贯通影响值的估算公式为⑦1)据式(6)或(7)计算出地面导线网对横向贯通影响值mq外。2)⑧根据式(8)计算出洞内测量误差对横向贯通误差影响值mq内值。内测距相Sy对于近似直线延伸布设的洞内导线闭合环网，式(6)、(7)dyi近似为零，则式(6)、(7)中主要为根式内的第二项数值计算)，这样在已知了m／S，Σdyi、ΣRyi后，测角精度太高难以施测，则需重新设计网形结构4.4.2GPS控制网方式横向贯通精度影响值估算GPSGPS控制引测入洞起算点(洞口投点)的点位误差、洞口GPS定向边的方向测量误差、起算mt、定向边方向误差影响值mα、边长误差影响值mys，按照误差传播定律计算其⑨要达到的测角精度、测距精度同上述导线控制网中的相应计算方法(此处略)。4.4.3高程控制的高程贯通允许中误差为Mh，则地⑩从而完成了高程控制测量的设计。确定高程测量的等级后，选取经济合理，又能保证高程传递精度的测量方法，如水准i贝0量、三角高程4.4.4本工程贯通中误差估算与分析勘测规范》等中对隧道施工贯通中