盾构隧道下穿电力铁塔托换施工技术

盾构隧道下穿电力铁塔托换施工技术　徐润泽　中铁十三局集团第二工程有限公司广东深圳５３Ｂ０００　摘要：本文结合成都地铁２号线土建２标盾构下穿侯红线１１０ＫＶ电力铁塔时，对铁塔基础采用桩基托换、临时拉线加固等措施进行加固情况介　绍，就受影响电力铁塔基础加固方案必选，采用桩基承台托换方式，临时进行电力铁塔拉线施Ｘ－等技术，进行了相关的分析研究与实践，，为同　类工程积累了经验。　关键词：盾构下穿电力铁塔托换　１．工程实例　成都地铁２号线一期工程土建２标由【成灌客运站～红色村站区　处，左右线盾构隧道２次下穿侯红线１　１　０ｋＶ高压电缆铁塔，铁塔编号　间】、【红色村站～黄忠路口站区间】、【黄忠路口站～羊西二环　分别为里程ＹＤＫ２２＋４６２编号ＮＳ０和ＹＤＫ２３＋０２８编号Ｎ４８。根据现场　站区间】３个盾构区问隧道构成，工作内容包括土建施］＿和盾构法区　调查：侯红线为成都市西片区重要输电线路，承担成都市约１／４城　间施工图设计，三个区间线路总长５８９５．７７３ｍ，为双孔圆形隧道。区　市电力供应，２处高压电缆塔上部为钢桁架结构，塔高约３０ｍ；下　间隧道顶面最大埋深２０．７７６米，最小埋深９．４１　７米，最大ｆ｝｝ｉ线半径３０００　部为钢筋混凝　基础（支墩）；其中在ＹＤＫ２２＋４６２塔基平面约　米，最小曲线半径５００米，最小坡度２‰，最大坡度２４．００１％。，线间距　４．６＊３．３ｍ，塔基支墩平面０．６＊０．６ｍ，埋深约２．９ｍ，基底垂直距离隧顶　１１－１５ｍ。　约５．７ｍ；ＹＤＫ２３＋０２８塔基平面约５．８＊５．７ｍ，塔基支墩平面０．８＊０．８ｍ，　在成灌客运站～红色村站区间右线里程ＹＤＫ２２＋４６２和ＹＤＫ２３＋０２８　埋深约２．９ｍ，基底垂直距离隧顶约ｌ】．７ｍ。地表为杂填土。高压电缆　铁塔塔基与区间盾构隧道平面关系分别见　１和图２。　经调查城市地铁施Ｔ盾构隧道下穿高压电缆铁塔以往没有任何施　工经验可供借鉴参考，经咨询电力管理、运营、设计部门，高压电缆　铁塔对基础差异沉降要求达到苛刻的５ｍｍ要求，铁塔运营过程中作用　力还有特殊的上拔力要求。　根据成都地铁１号线一期工程施工经验，一般地表累计沉降不超　过２０ｒａｍ，但由于铁塔基础距离隧道顶埋深较浅，且Ｎ４８铁塔有一个　基础支墩在隧道　方，无法采用完全通过洞内控制掘进参数的方法确　保铁塔基础差异沉降在５ｍｍ要求范围内。需要采取基础加固措施确保　盾构通过期问铁塔的安全。　２．塔基加同方案　图１　Ｎ５０高压电缆铁塔塔基与区间盾构隧道平面关系图　２．１方案比选　由于电塔塔基为四个分别基础，铁塔叉在左右线隧道中间，　左右线盾构通过时发生的地层沉降均会对铁塔基础产生影响，因此需　要将这种影响通过结构传递到铁塔基础不受影响的范围外。　方案ｌ：采用在地表设置横梁的方法将铁塔基础托起，通过每个　铁塔水平设置２道横梁，横梁和铁塔基础同结，横梁跨过２条隧道延伸　到隧道影响线外侧。　方案２：采用桩基＋承台托换方式将铁塔基础托起，每个铁塔基础　表１横梁方案和桩基托换方案优缺点比较　１＿苫　埔地　—疆土蹙地面＊＃琨制，Ｎ４８谯石膏　●、匹道路，无掊进行开挖。　横ｇ　１自　Ｄ　ｒＩ　ｌ彳地　Ｉ　：横集需要跨过两蒹嗟道长度至少番募在２５Ｉ　Ｕ上，　横集自身的挠壁市一定能遮到铁塔墓础差异沉降要隶。　３横集两请需要设置基础．成车太．　１垃基　施Ｉ　目Ｊ　地・　ｔ目月边　［　基托　叶　怔　在＃　范　置　｝　置，舡基　１　目＾ＴＡＥ孔舡需要进行掩工降ｍ。　围２　Ｎ４８高压电缆铁塔塔基与区间盾构隧道平面关系图　在非执　范围　可孔　：　程最　＿固　壹．堡塑　建筑施工　ＣｏＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ　位置设置承台连接成～　体，在承台下方设置２根桩基，桩基长度延伸　至隧道底板化置，使桩基础底持力层在盾构施工扰动土层之下。　方案优缺点：两种方案优缺点比较见表１　２－２方案选定　通过方案必选，桩基托换方案能够确保铁塔基础沉降要求、铁塔　附近场地具备相应施ｌＴ条件、总体成本相对较低，因此选用在高压电　缆塔下方适当位置施作挖孔桩和承台，对塔基进行基础托换。　２ｌ３桩基托换方案设计　通过现场实际调查及咨询电力设计部门，电力设计部门提供ｌ『２　个铁塔基础作用力相关数据，详细数据见表２、表３。　根据电力部门提供的数据并结合铁塔与线路实际位置关系，经设　计计算采用挖孔桩桩径１．２ｍ，承台板厚０．８ｍ，两个铁塔桩基承台托换　设计具体如下。　３．桩基托换设计计算　为验证荩础托换技术措施是否满足结构受力和变形要求，需要对　桩基托换设计进行计算，计算依据主要包括：四川电力设计咨询有限　责任公司输电丁程部提供的“成都地区１１０ｋＶ侯红线路铁塔基础作用　监　搿　精　。。　糍　．　黼、　、　，　一　。。　ｌｌ　／ｎ　辩　尊㈦　，＿｜　ｆ　、　、　ｒ　ｈｉ　　ｉ’　ｌｌ　ｌ　　１，　图４　Ｎ５０高压电缆铁塔基桩基托换及承台设置与盾构隧道剖面关　系图　图５　Ｎ４８高压电缆铁塔基桩基托换及承台设置与盾构隧　道平面关系图　圈６　Ｎ４８高压电缆铁塔基桩基托换及承台设置与盾构隧道剖面　关系图　表２成都地铁１　１　ＯＫＶ侯红线路Ｎ４８铁塔基础作用力表　基础　枉枉　怍用　ＥＮ　称　培型　上持　ｌ曼葚　Ｅ　ｌ千力　下压　受其对应水平由　高　Ｔ　再　Ｔ—　Ｉ　＿ｔ　ｉ　＿＿　Ｔ＿Ｈｖ　一　。＝　ｉ　。。　。　：　Ｉ　５２３．６１　；４６．２８　１　￣９．１２　表３成都地铁１　１ＯＫＶ侯红线路Ｎ５０铁塔基础作用力表　基础　柱怔　ＩＥ昭　Ｈ　培型　稚　————上　　ｆ—　　Ｉ下　），爱　对应　平　＾　——１　一　．．．Ｔ…～Ｔ～———１　最计值。　｝Ｈｚ‘设Ｈ值。　Ｈ　最１，　ｒ　ｉ　Ｚ　Ｊ　Ｈ　译计值　；Ｈｘ　最计值　Ｈｙ（ｉ￣ｉｔｌｉｄ　：Ｉ　５７　４８　ｉ　１ｉ　　Ｉ：　【］　　ｌｉ’２，３　　１１４ｌ０　力”；根据电力部门的技术要求，塔基不均匀沉降不大于５ｍｍ；相关　的设计技术规范。　３．１　ＹＤＫ２２＋４６２高压电缆铁塔　拟采用两种方法进行结构分析：一种为解析方法，按结构力学基　本原理将基础托换结构体系简化为悬臂梁，并以其计算结果为验算结　构设计的主要依据；另一种为数值方法，即采片】有限元方法针对基础　托换结构体系进行力学分析，用于验证或修正解析方法的有关结论，　并为辅助施工措施提供理论支持。　由于盾构施Ｔ将导致拟建承台下　土体一定程度的松散或沉降，　为安全起见，结构分析不考虑ｔ　对承台的承载作用。承载下方桩基　则按或近似按刚结考虑。另外根据有关部门的技术要求，结构分析只　需考虑一种工况，即在电缆塔基支墩作用相应的上拔力或下压力（具　体位置和数值按有关部门提供的技术资料），参见图７计算图式。　，．　ｘ１　Ｘ２　　．１　一Ｉ　Ｉ　Ｆ１　＋Ｆ２　¨Ｉ　Ｉ　ｌ　ｌ　４　ｌ¨¨Ｌ１ｔ＿；ｉ　ｌ　ｉ｛ｌ　ｉ　ｉ　４　ｉ　ｌ¨Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｊ　ａ　图７计算图式　３．１．１解析方法　３．１．１．１计算图式　将承俞简化为梁，说桩基础为刚节点，具体如图ｌ所示。其中　Ｆ１＝２　５２３．６１＝１０４７．２２ｋＮ．Ｆ２＝２　３９３．８９＝７８７．７８ｋＮ．Ｌ１＝Ｌ２＝４．２５ｍ　Ｘ１＝Ｘ２＝２．３ｍ．ｑ＝７．５　２．５　１０　０．８＝１５０　ｋＮ／ｍ。　３．１．】．２结构分析及验算　堕壹壅塑＿圄　１．承台的结构受力和变形验算　（１）正截面受弯承载力验算　设计弯矩Ｍｂｓ＝１．０＂１．３５＊（０．５　１５０＂４．２５　４．２５＋１０４７．２２＊２．３）＝５０８０　ｋＮ．ｍ　４。　表４解析方法与数值方法主要计算结果对比及分析　序　项目　号　解析方法　数值方法　备注　所需截面配筋率ｐ：Ｏ．４２％，实配中２５＠１　５０，截面配筋率为　０．４７％，满足要求。　（２）剪切强度验算（非集中荷载作用）　０ｌ　承台弯矩（每延　５０２ｋＮ．ｍ　桩顶６０４ｋＮ．ｍ　解析方法的假定增加了桩基　米１　０２　塔基不均匀沉　０．９ｍｍ　降　桩间４８３ｋＮ．ｍ　对承台的约束刚度，数值方　３．０ｍｍ　法的计算结果更符合实际，　但仍符合相关的技术要求。　２　ＹＤＫ２３＋０２８高压电缆铁塔　设计剪力Ｑｂｓ＝１．０＂１．３５＊（１５０＂４．２５＋１０４７．２２）＝２２７５　ｋＮ，构造配　３．筋。　（３）受冲切计算，按《建筑桩基技术规范》　冲切力设计值　＝１．０＂１．３５＊（１５０＇４．２５＋１０４７．２２）＝２２７５　ｋＮ　可以满足　ｑＣ，ｕ　ｈ。的要求。　（４）变形验算　糕　锨降　：等等．。　，一求。　２．桩基的结构受力验算　为充分发挥桩基的受力特点，减少工程规模和投资，设计要求在　集中荷载Ｆ２（即塔基支墩）处堆载，堆载重量Ｆ２＜Ｗ＜Ｆ１，以尽量减少　桩顶弯矩。　（１）圆截面偏压强度验算　桩顶设计弯矩Ｍｚｓ＝１．０＂１．３５＊０．５　１０４７．２２＊２．３＝１６２６　ｋＮ．ｍ　桩顶设计轴力Ｎｚｓ＝１．０＂１．０＂０．５　（１５０＂８．５＋１０４７．２２）＝ｌ１６１　ｋＮ　所需截面配筋率ｐ＝０．７３％，实配２００２０，截面配筋率０．７３％，满　足要求。　（２）圆形截面剪切强度验算（非集中荷载作用）　桩顶设计剪力Ｑｚｓ＝１．Ｏ　１．３５＊（５６．２４＋６７．４９）＝１６７ｋＮ，构造配　筋。　３．１．２数值方法　３．１．２．１有限元模型　数值方法采用有限元分析，有限元模型如图８：Ｚ向位移分布如图９．　数值方法计算结果如图１Ｏ、图ｌ１　◆　／！Ｉ　』　’　图８有限元模型　圈９　ｚ向位移分布　一一一一…　一　Ｉ¨　＿＝¨　＿　图１　１　Ｙ向应力分布　图１Ｏ　ｘ向应力分布　３．１．２．２计算结果及分析　有限元分析结果与上述解析方法的主要计算结果对比及分析如表　采用两种方法进行结构分析，即解析方法和数值方法，参见３．１　相关内容。由于桩基布置的不对称，对解析方法不易得出的有关数　据，诸如承台弯矩、塔基沉降等，参考表４结论，直接以数值方法的　计算结果为结构验算依据。　由于ＹＤＫ２３＋０２８高压电缆塔基础托换体系的结构设计参数与　ＹＤＫ２２＋４６２高压电缆塔大致相同，以下列举结构分析的主要结果，而　省略相应的结构分析及验算过程。　３．２．１解析方法　承台设计剪力Ｑｂｓ＝１．Ｏ　１．３５＊（２０＊１０＂５＋２＂２０４．７０）＝１９０３　ｋＮ　承台冲切力设计值＝１．０　１．３５　（２０＂１０＂５＋２＂２０４．７０）＝１９０３　ｋＮ　桩顶设计轴力Ｎｚｓ＝１．０　１．０＂０．５　（２０＂１０＂１０＋２＂２０４．７０）＝１２０５　ｋＮ　桩顶设计剪力Ｑｚｓ＝１．０　１．３５＊（１８．６７＋２２．２４）＝５５　ｋＮ　３．２．２数值方法　承台弯矩（每延米）Ｍ＝５１９ｋＮ．ｍ（桩顶）、４３０ｋＮ．ｍ（桩间）　塔基不均匀沉降＝２．６ｒａｍ。　３－３设计计算结论　（１）相应的基础托换结构体系设计符合结构受力和变形验算要　紧　Ａ　Ａ、Ｂ　Ｃ、Ｄ　图１２　Ｎ４８号铁塔塔位拉线正面示意圉　图１３　Ｎ４８号铁塔塔位拉线俯视示意图　建筑施工　ｌ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ　ｌ　托换施工完成后进行铁塔接地网的重新敷设，接地网敷设完成后　进行承台顶面回填，场地清理、恢复原地表。　临时拉线在盾构掘进通过塔基沉降稳定后拆除。　６．盾构下穿铁塔监测结果分析　盾构机通过电力铁塔之前在铁塔４个塔基保护帽顶设置沉降监测　点，监测点编号为贴片１、贴片２、贴片３、贴片４，并进行初始监测。　目前左右线盾构机已经分别通过Ｎ５０电力铁塔，左线盾构先于右　线盾构下穿铁塔，截至２００９年９月３０日通过对铁塔基础持续监测数据　图１４拉线盘埋设图　求。　（２）为充分发挥桩基的受力特点，减少工程规模和投资，设计　要求在远离盾构施Ｔ一侧的塔基支墩处堆载，堆载重量以尽量减少桩　顶弯矩为原则。另外根据施工的实际情况在承台下方进行跟踪注浆对　改善基础托换结构体系的受力和变形。　４．临时安全措施方案　由于挖孔桩和承台施工要挖去原基坑回填土，将使施工期间基础　抗拔力不能满足抗拔要求，需要采用临时安全措施方案确保桩基托换　施Ｔ过程的安全。　经会同电力设计部门共同研究，采用以下临时安全措施方案确保　桩基托换施Ｔ过程的安全。　（１）在Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ腿主材（Ｎ４８号铁塔在下横担下平面下３．５ｍ　横隔面处，Ｎ５０号铁塔在塔身瓶口处。）设置临时拉线，拉线型号　为ＧＪ一１２０镀锌钢绞线（１ＸＩ９—１４．５—１２７０一Ａ—ＧＢ１２００—８８），拉线盘为　ＬＰ２１，埋深不小于２　５米。塔身拉线点处用ＧＪ一１２０镀锌钢绞线绑扎，　绑扎后用ｕＴ型可调式线夹与拉线连接。拉线与铁塔横担轴线方向成　４５度夹角且与地面成６０度夹角。　（２）拉盘埋设开挖成马槽状，并使拉盘上平面垂直于拉线。　（３）临时拉线的初张力取５０００～６０００Ｎ。　ｆ４）拉线设置完毕后，先进行桩基开挖，然后开挖基础回填土进行　承台施工。　（５）基础托换施丁完毕后应立即回填土体，并分层夯实。夯实后可　拆除临时拉线。　（６）Ｎ４８铁塔拉线设置见图１６、图１７，拉线盘埋设见图１８，Ｎ５０铁　塔拉线设置同Ｎ４８铁塔拉线设置类似不在作图。　５．桩基托换施工　桩基托换前按临时安全措施方案进行了拉线施工，拉线施工由电　力部门专业队伍实施。　人工挖孔桩施工前在铁塔附近打设降水井，地下水位降低到桩底　标高后进行人丁挖孔桩施Ｔ，挖孔桩施工严格执行各项安全、质量措　施。　挖孔桩施工完成后进行塔基上层覆土的开挖，开挖采用小挖掘机　开挖，人工进行基坑周边及基底清理，铁塔基础表面清洗、凿毛、植　筋，桩基钢筋弯直、表面清洁，承台钢筋绑扎，承台混凝土浇注，完　成　个托换施Ｔ　的采集、计算、分析，铁塔基础沉降已经完成，铁塔基础２次沉降量　如下表。　表５左右线盾构机分别下穿Ｎ５０电力铁塔后铁塔基础累计沉降表　ｌ＿　号　左线盾构下穿后塔基累计　右线盾构下穿后塔基累计　沉降值（ｍｍ）　沉降值（ｍｍ）　贴片１　．３３２　．２　０１　贴片２　３　９１　．１．４８　贴片３　．１．４１　．３．８６　Ｉ贴片４　一Ｏ．８６　—４　６４　计算表中数据，左线盾构机下穿通过时塔基差异沉降最大为　３．０５ｍｍ，右线盾构机下穿通过时塔基差异沉降最大为３．１６ｒａｍ，虽然　铁塔基础实际差异沉降值稍大于设计计算值，但满足电力方面不大于　５ｍｍ的要求，确保了电力线路的安全。　结束语　城市地铁盾构施工会经常在房屋、桥梁等建（构）筑物下方或　侧面穿越，一般均采用各种注浆或托换加固措施，盾构隧道下穿电力　铁塔没有相类似经验可以借鉴，并且电力铁塔基础对差异沉降的要求　很苛刻。通过借鉴房屋、桥梁等建（构）筑物采用桩基托换的加固措　施，并针对电力铁塔所具有的特殊作用力形式，经过严格的设计计　算，采用桩基础加承台连接的方式将铁塔作用力传递到盾构隧道掘进　影响地层以下，有效地解决盾构掘进所引起的地层沉降对铁塔基础造　成差异导致铁塔不稳定的问题，对保证施工安全具有重要意义。　参考文献：　［１】张凤祥《盾构遂道施工手册》人民交通出版社２０ｏ５年６月　［２１朱永全《隧道工程》中国铁道出版社２０ｏ７年８月　［　电力企业联合会ｕ。～　００ＫＶ架空送电线路施工及验收规范　【４］中华人民共和国国家标准盾构法隧道施工与验收规范ＧＢ　５０４６６—２００８　壹堕塑■墨