¿Diseño de estructura de intervalo de escudo?

El método de protección se usa ampliamente en proyectos subterráneos, municipales y otros debido a sus ventajas únicas en el ahorro de recursos del espacio subterráneo, la reducción del impacto en el medio ambiente circundante y la reducción de los costos del proyecto.

Tomando principalmente la sección de protección de la Línea 2 de tránsito ferroviario de Guangzhou y la Línea 8 desde la nueva estación de pasajeros de Guangzhou hasta la estación Shipi como base de ingeniería, este artículo explica los puntos de diseño de la sección de protección.

2. Descripción general del proyecto

La línea izquierda del tránsito ferroviario de Guangzhou desde la nueva estación de pasajeros de Guangzhou hasta la estación Shipi tiene 728,862 m (incluida la longitud total de la línea derecha). es de 728.41m; todos los tramos utilizan escudos Construcción estructural, en la cual el canal de contacto se fija en Z(Y)CK1 100 el radio de curva mínimo es de 1500m, la pendiente longitudinal máxima es de 15.668‰ y la longitud máxima de pendiente es de 530m.

Plan maestro de sección de la nueva estación de tren de Guangzhou-estación Shibi

Vista de sección longitudinal de la nueva estación de tren de Guangzhou-estación Shibi

Principales principios y estándares de diseño La estructura el diseño debe cumplir con los requisitos de construcción, operación, planificación urbana, defensa aérea civil, impermeabilización, prevención de incendios y prevención de corrientes parásitas; la estructura debe tener suficiente resistencia y durabilidad para satisfacer las necesidades de la vida útil;

La vida útil del diseño estructural es de 100 años; el nivel de seguridad estructural es el Nivel 1; el nivel de impermeabilidad de la estructura del túnel es el Nivel 2; el espacio libre del túnel circular del escudo es de 5200 mm.

4. Ingeniería geológica e hidrogeológica Las capas de suelo atravesadas por la construcción del túnel de protección en este proyecto son: arena medianamente gruesa, arcilla limosa, arcilla limosa plástica dura y zona de lecho rojo del Cretácico fuertemente erosionada. La profundidad de enterramiento del túnel es de 5 m a 9 m.

5. Diseño de la estructura del segmento 1) Diámetro interior del túnel:

El túnel circular del metro tiene un espacio libre circular de φ5200 mm. La determinación del diámetro interior del túnel debe considerar de manera integral factores como el espacio libre, el error de construcción, el error de medición, el error de ajuste de la línea, el asentamiento desigual, etc.

Basado en la exitosa experiencia del Metro de Guangzhou, el diámetro interior del túnel es de 5400 mm.

2) Forma y espesor del segmento:

Según escudo construcción de túneles en Guangzhou, Shanghai y otros lugares La experiencia exitosa de túneles y proyectos extranjeros similares muestra que es razonable utilizar un revestimiento flexible de una sola capa con cierta rigidez. La deformación del revestimiento, la expansión de las juntas y el desarrollo de grietas en el concreto se pueden controlar dentro de los requisitos esperados, cumpliendo plenamente con los requisitos de diseño de los túneles subterráneos. Con el uso de revestimiento de una sola capa, la tecnología de construcción es simple, el período de ejecución del proyecto es corto y se ahorra inversión. En vista de las razones anteriores, el túnel de protección adopta un revestimiento prefabricado de una sola capa, y la forma del segmento es un segmento de hormigón armado plano de uso común. Considerando que la vida útil de la estructura es de 100 años, tomando como referencia ejemplos de ingeniería existentes, el espesor del revestimiento de hormigón armado es de 300 mm y se utilizan dovelas de hormigón C50.

3) Ancho y bloqueo del segmento:

Cuanto mayor sea el ancho del anillo de revestimiento, es decir, cuanto más ancho sea el segmento, menos uniones del revestimiento anillo, por lo que el anillo de fuga y Cuantos menos pernos, más rápida y económica será la construcción. Sin embargo, la carrera del gato de la máquina de protección es más larga y la dificultad de construcción también aumenta hasta cierto punto. En la curva de radio pequeño, el error de ajuste de diseño de la sección de 1,5 m es mayor que el de las secciones de 1,2 m y 1,0 m de ancho. Sin embargo, el radio de curva mínimo del túnel de protección en este proyecto es de 1500 m, y el error de ajuste es. pequeñito.

En comparación con el segmento con un ancho de anillo de 1,2 m, el segmento con un ancho de anillo de 1,5 m tiene las siguientes ventajas: por un lado, reduce el número de costuras del anillo en un 20%, reduce la probabilidad de fugas en las costuras y mejora la calidad impermeable del túnel, por otro lado, se reduce el uso de materiales impermeabilizantes para juntas y pernos de conexión, además, el tiempo de montaje se puede reducir en un 20% y la construcción; se aumenta la velocidad.

Basado en las condiciones mecánicas actuales de la máquina de escudos en Guangzhou y considerando las necesidades de producción de segmentos, transporte, ensamblaje y construcción de curvas, se decidió adoptar un ancho de anillo de 1,5 m.

La división del anillo de revestimiento se basa principalmente en Está determinada por factores como la producción del segmento, impermeabilización, transporte, montaje y propiedades mecánicas estructurales. El número de segmentos comúnmente utilizados en los túneles del metro es seis y siete. No hay mucha diferencia entre seis y siete bloques en producción, transporte y construcción. A nivel nacional, la Línea 1 del Metro de Shanghai y las Líneas 1, 2 y 3 del Metro de Guangzhou utilizan 6 opciones para túneles protectores.

Basado en la experiencia práctica de túneles y considerando la conveniencia de la construcción y la necesidad de tensión estructural, los bloques de coronación actuales generalmente tienden a adoptar la forma de pequeños bloques de coronación.

Existen varias formas de ensamblaje de bloques de remate, como cuña radial e inserción longitudinal. Las líneas a ambos lados del insertador radial deben estar internamente ensanchadas o paralelas, y es fácil deslizarse hacia abajo después de la carga, lo cual es una desventaja. El bloque prensaestopas insertado longitudinalmente está en buenas condiciones de tensión y no es fácil de deslizar hacia adentro después de la carga. Su desventaja es que requiere alargar la carrera del gato de protección.

Este diseño utiliza seis planos, un bloque rematado, dos bloques adyacentes y tres bloques estándar.

4) Anillos, costuras longitudinales y estructuras de conexión:

La estructura de conexión del segmento incluye el diseño de ranuras para juntas, ranuras para calafateo y espigas cóncavas y convexas, de las cuales la primera es Un método de construcción común, ya sea para establecer espigas cóncavas y convexas, tiene diferentes interpretaciones en diferentes períodos y regiones. El ajuste de espigas cóncavas y convexas ayuda a mejorar la rigidez de la junta, controlar el asentamiento desigual, mejorar el rendimiento impermeable de la junta y también facilita el montaje de los segmentos. Sin embargo, también aumenta la dificultad de fabricación y montaje de los segmentos. , lo que puede provocar grietas y grietas de los segmentos durante el montaje. Uno de los factores del asentamiento posterior debilita objetivamente el rendimiento impermeable del segmento.

De acuerdo con las condiciones geológicas de este tramo, considerando reducir la dificultad de construcción, no existen espigas cóncavas y convexas en las juntas longitudinales del anillo.

El lado exterior del anillo en forma de sector está provisto de una ranura de junta elástica y el lado interior está provisto de una ranura de calafateo. Los anillos están conectados con 10 pernos longitudinales M24, que no solo pueden adaptarse a ciertas deformaciones, sino también controlar la deformación longitudinal del túnel dentro de un rango que cumple con los requisitos de impermeabilización. Los segmentos están conectados con 12 pernos de aro M24, que pueden reducir efectivamente la apertura de la junta longitudinal y la deformación estructural.

El método de conexión entre el segmento y el anillo de revestimiento se puede dividir en conexión flexible y conexión rígida según las características de tensión. La práctica ha demostrado que las conexiones rígidas no sólo son difíciles de montar y costosas, sino que también producen grandes tensiones secundarias en el anillo de revestimiento, lo que traerá consecuencias adversas. Por eso actualmente las más comunes son las conexiones flexibles.

Según la forma de la conexión de perno, se puede dividir en conexión de perno curvo, conexión de perno recto, conexión de perno oblicuo y conexión de pasador de mortaja y espiga. Las uniones conectadas mediante pernos curvados tienen cierto grado de libertad y son muy cómodas de instalar. Los pernos doblados se utilizan ampliamente en proyectos de transporte subterráneo y subterráneos nacionales en Alemania, Francia, Reino Unido, Singapur, Dinamarca y otros países. Este sistema conjunto tiene mucho éxito. Los pernos rectos y los pernos inclinados son formas de conexión de segmentos que se han desarrollado en los últimos años. Tienen orificios de mano pequeños y pequeñas pérdidas de resistencia del segmento, y son fáciles de lograr con una instalación mecanizada rápida, sin embargo, son más difíciles de instalar y tienen errores de construcción más pequeños. .

Basado en la exitosa experiencia de las líneas 1, 2 y 3 del metro de Guangzhou, la conexión entre segmentos y anillos en este diseño utiliza la conexión de perno curvado relativamente madura de Guangzhou.

5) Estructura de las nervaduras y de los extremos

Al diseñar la forma del orificio para la mano, para reducir el debilitamiento del orificio para la mano, la longitud de la nervadura del anillo y de la nervadura del extremo es unos 180 mm.

6) Forma del anillo de revestimiento y método de ensamblaje

Forma del anillo de revestimiento:

Para satisfacer las necesidades de deflexión del túnel del escudo y corrección de serpenteo en curvas, Se debe diseñar un anillo de revestimiento de cuña. Actualmente existen tres tipos de anillos de revestimiento comúnmente utilizados a nivel internacional.

a) Combinación de anillo de casquillo en forma de cuña y anillo de casquillo lineal.

En la curva, el diseño del túnel de protección consiste en utilizar varias polilíneas (la longitud de polilínea más corta es el ancho de un anillo) para ajustarse a una curva suave. El diseño y la construcción adoptan una combinación optimizada de casquillos en forma de cuña y casquillos lineales para el ajuste de líneas. De acuerdo con la dirección de giro de la línea y la necesidad de corregir la desviación durante la construcción, se diseñan un anillo de revestimiento en forma de cuña y un anillo de revestimiento lineal con giros hacia la izquierda y hacia la derecha. En el diseño, todo el anillo de revestimiento de la línea se dispone de acuerdo con las condiciones de la línea y el error de ajuste del diseño del túnel se controla dentro del rango permitido. Cuando el escudo avanza, el tipo de revestimiento del siguiente anillo se determina según el diagrama de disposición y el error de construcción actual. Dado que el tipo de anillo de revestimiento utilizado no está completamente determinado, esto plantea ciertas dificultades para el suministro de segmentos.

b) Parte general.

Los segmentos generales son actualmente populares en Europa. Solo utiliza un anillo de revestimiento en forma de cuña. El ángulo de rotación del anillo inferior está determinado por la información proporcionada al gato por el sensor del anillo interior de la máquina de protección durante la excavación de la protección, de modo que la cantidad máxima de cuña esté configurada en. la carrera más larga del gato, es decir, el segmento. El anillo de respaldo se puede girar 360°. El metro de Shenzhen adopta segmentos universales por primera vez. Debido a que solo requiere un tipo de segmento, el costo del molde del segmento se puede reducir y no habrá problemas de calidad de ingeniería causados ​​por ningún tipo de segmento. Sin embargo, ensamblar segmentos universales es difícil y requiere operadores de tuneladoras con experiencia.

c) Los anillos de revestimiento en forma de cuña se combinan entre sí.

Este tipo de combinación de segmentos actualmente sólo se utiliza en la construcción del metro de Nanjing en China. Utiliza varios tipos de casquillos en forma de cuña y su diseño y construcción adoptan una combinación optimizada de casquillos en forma de cuña para el ajuste de líneas. De acuerdo con la dirección de deflexión de la línea y la necesidad de corregir la desviación de la construcción, se diseña un anillo de revestimiento en forma de cuña de giro a la izquierda y a la derecha. En la sección recta, los anillos de revestimiento de giro a la izquierda y a la derecha se combinan uno. -a uno para formar una línea recta. En el diseño, todo el anillo de revestimiento de la línea se dispone de acuerdo con las condiciones de la línea y el error de ajuste del diseño del túnel se controla dentro del rango permitido. Cuando el escudo avanza, el tipo de revestimiento del siguiente anillo se determina según el diagrama de disposición y el error de construcción actual. Dado que el tipo de anillo de revestimiento utilizado no está completamente determinado, esto plantea ciertas dificultades para el suministro de segmentos.

Basándonos en la situación real en Guangzhou, se utilizan tres anillos de revestimiento: anillo estándar, anillo giratorio a la izquierda y anillo giratorio a la derecha, entre los cuales el anillo giratorio se utiliza para corregir la desviación del túnel.

7) Forma de ensamblaje del segmento:

El anillo de revestimiento tiene dos formas de ensamblaje: costura al tresbolillo y costura recta. El ensamblaje de nodos escalonados puede hacer que la distribución de rigidez de los nodos del anillo sea uniforme, reducir la deformación estructural y obtener una mejor rigidez espacial. Sin embargo, la fuerza interna del anillo de revestimiento es mayor que la del ensamblaje de costura recta, y cuando la precisión de fabricación no es suficiente, los segmentos son fáciles de agrietar o incluso romper durante el proceso de avance. La construcción del conjunto de junta recta es menos difícil y la fuerza interna del anillo de revestimiento es menor que la del anillo de revestimiento de junta escalonada, lo que puede reducir la cantidad de refuerzo del segmento, pero la rigidez del espacio del revestimiento es ligeramente peor.

Basado en la experiencia exitosa de las líneas 1, 2 y 3 del metro de Guangzhou y el nivel de precisión de la producción de segmentos existente, este proyecto decidió utilizar el ensamblaje de segmentos escalonados.

8) Marca de segmentación

Cada segmento de bucle se divide en seis bloques, a saber, tres bloques estándar (A1, A2, A3), dos bloques adyacentes (B, C) y un bloque. bloque (K). Hay tres tipos de anillos de respaldo: anillo estándar (P), anillo que gira hacia la izquierda (L) y anillo de cuña que gira hacia la derecha (R).

La señalización de los tramos viarios se divide en señalización permanente y señalización temporal. La marca permanente se crea en forma de espejo en el molde de acero durante la fabricación, lo que refleja principalmente el tipo de anillo del segmento (anillo estándar, anillo giratorio a la izquierda, anillo giratorio a la derecha), tipo de bloque (bloque estándar, bloque adyacente, bloque de tapa), conexión del extremo del segmento. marcas, marcas de tope de orificios de pernos. Una vez desmoldado el segmento, se marca temporalmente mediante pulverización, principalmente marcando el número del segmento y la fecha de producción.

9) Diseño segmentado especial

El canal de evacuación de emergencia y el canal de la sala de bombas de aguas residuales están conectados al túnel principal.

Este segmento está diseñado como un anillo de segmento especial, que puede desmontar algunos segmentos en el túnel principal.

Cuando se utilizan segmentos de tubería de acero para segmentos especiales, los segmentos de tubería de acero temporales son fáciles de desmontar, pero el procesamiento es difícil y costoso. Aunque las dovelas de hormigón armado son difíciles de desmontar, son de bajo coste y sencillas de producir. El desarrollo de la tecnología de corte y colocación de barras de refuerzo de hormigón armado se ha vuelto muy común y se recomienda utilizar secciones especiales de hormigón armado.

6. Diseño de la estructura del segmento

6.1 Principio de cálculo

1) La presión del agua y del suelo en suelo arenoso se calcula por separado, y la presión del agua y del suelo en suelo arenoso. el suelo arcilloso se calcula económicamente;

2) La carga vertical debe considerar el peso del suelo suprayacente. La fuerza de reacción de la formación se equilibra con la presión vertical del agua y del suelo, el peso propio del revestimiento y la sobrecarga del suelo;

3) La carga lateral se calcula de acuerdo con el coeficiente de presión lateral de la formación o el C y φ ángulo; la sobrecarga del suelo es de 20 KPa;

4) La combinación de acción sísmica y carga principal se utiliza para verificar la estructura, lo que mejora la resistencia sísmica general del nodo;

5 ) El cálculo del revestimiento tiene en cuenta la influencia de la rigidez de la junta, la tensión de montaje y la fuerza del gato de protección.

6) Factor de seguridad antiflotación estructural: ≥1,15 cuando se considera el rozamiento, ≥1,05 cuando no se considera el rozamiento.

7) Ancho de fisura del segmento ≤ 0,2 mm.

6.2 Cálculo de cargas El diseño estructural de túneles de escudo considera principalmente las siguientes cargas:

Sobrecarga del terreno (general Calculado en base a 20kpa)

Peso propio de la estructura g

Presión del suelo vertical y horizontal Q1, E1-E2

Presión del agua

Resistencia de formación lateral

Generar reacción

Carga de construcción (fuerza del gato de escudo)

Carga interna de la estructura

Carga especial (carga sísmica, carga civil carga de defensa aérea)

En el diseño estructural, la resistencia estructural, la rigidez y el ancho de la grieta se compararon respectivamente con las combinaciones de carga más desfavorables que pueden ocurrir durante la etapa de construcción y la etapa de operación normal. Sin embargo, en la etapa de carga especial, solo se combina una carga especial a la vez y se considera el coeficiente de ajuste integral de la resistencia del material (no es necesario verificar el ancho de la grieta).

6.3 Diagrama de cálculo Sección YCK1 400, la profundidad enterrada es de aproximadamente 9 m, la carga calculada adopta valores estándar. Los resultados del cálculo se muestran en la Figura 4.1-2:

Figura 1 Modelo de cálculo

6.4 Análisis

Situación de refuerzo (cada anillo):

Anillo Barras de acero direccionales: 12φ18; barras de acero longitudinales: 18~10. El refuerzo específico se muestra en la siguiente imagen:

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