城市地铁施工地面沉降允许值分析与计算.docx
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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.
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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
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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
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