基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站结构安全分析

北京地铁14号线将台站主体结构基于大直径盾构隧道扩挖形成,设计提出的扩挖方案为CRD法。在充分考虑扩挖车站部位地质条件及环境条件的基础上,分析了设计方案的弊端,提出采用洞桩法(PBA工法)作为扩挖大盾构隧道建造地铁车站施工方案,为有效控制地面沉降及扩挖施工对周围环境的影响,取消地面施工降水方案,扩挖前洞内采用超前深孔注浆堵水。并以将台站作为工程背景,采用有限元数值模拟方法,针对车站扩挖施工的优化方案,研究了关键施工阶段的结构体系受力转换规律。计算结果表明：在扩挖施工中,结构受力转换频繁,封顶块管片两侧的小管片拆除后,中洞拱部的初期支护压应力数值急剧增大,且超出了初期支护强度允许值,根据计算结果对中洞的初期支护参数和开挖方案进行了调整。从侧导洞开挖到中洞开挖支护期间,管片最大主应力为压应力,且未超出管片结构强度允许值,在封顶块两侧的管片拆除后,尽管管片结构的最大主应力由压应力变为拉应力,但由于拱部已经完成开挖支护,两侧管片的应力状态并不制约结构的整体稳定性;中隔墙最大主应力也出现在封顶块两侧的管片拆除后,但未超出中墙结构强度允许值。数值模拟结论和施工实践均表明基于本工程地质条件及环境条件所提出的车站扩挖施工优化方案能够保证车站结构安全。     

大盾构扩挖车站受力转换及施工关键技术研究

北京地铁14号线将台站采用大直径土压平衡盾构先行通过,扩挖形成地铁车站。通过数值模拟进行受力转换计算并与实际监测数据进行对比分析认为:导洞开挖引起的地表沉降要大于大盾构施工引起的地表沉降,且最大沉降点逐步由导洞上方移动到盾构上方,体现出群垌效应;初支扣拱弯矩最大部位发生在初支与盾构K管片接触部位,是受力转换的关键;导洞开挖和初支扣拱阶段引起的地表沉降约占总沉降量的85%,是沉降控制关键环节。提出了扩挖施工关键技术:盾构管片拼装施工、初期支护、管片拆除、二衬施工。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键技术研究

采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间,并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线大直径盾构扩挖地铁车站作为工程背景,详细讨论了大直径盾构穿越车站的方案和技术措施,首次提出了"盾构先行通过,后施工风道结构"的盾构通过风道模式,突破了"先形成风道结构,盾构再通过"的常规模式,成功解决了隧道和车站施工相互制约的矛盾;创造了"利用大直径盾构隧道作为施工通道和作业平台进行车站扩挖"的方法,并在高家园站成功应用,为地面占地困难的地铁车站施工提供了解决方法;根据大直径盾构隧道扩挖车站施工阶段关键工况的分析,对扩挖方案及管片拆除方法进行了优化;创造了一种用于对扩挖阶段的盾构隧道管片进行拆除的方法,并对盾构隧道内的临时支撑设置进行了优化。工程实践表明:在扩挖施工过程中结构自身风险及周边环境风险均得到有效控制。     

盾构扩挖隧道洞内始挖及爆破开挖施工技术

广州地铁某区间中间风井采用盾构扩挖隧道洞内始挖施工方法,由于该法的施工风险远大于常规洞外竖井始挖,故先进行了地层预加固,确保了管片安全拆除。采用盾构扩挖隧道爆破开挖技术,解决了岩层开挖难题,加快了开挖进度。     

软弱地层双连拱隧道中隔墙结构型式选择及稳定性研究

中隔墙作为连拱隧道最主要的受力结构,其稳定性既关系到施工期间的结构安全,还直接影响后期隧道的运营安全。如何确保中隔墙的稳定是软弱地层双连拱隧道设计施工的关键难题之一,而不同结构型式的中隔墙对双连拱隧道整体结构和中隔墙稳定性影响较大。文中以南山路双连拱隧道为背景,从中隔墙受力机理入手,通过理论分析、三维数值模拟并结合现场实测,分析对称和不对称型式中隔墙的受力特点及稳定性。结果表明:(1)非对称式中隔墙在地表偏压区适应性更强,比对称式中隔墙有明显的优势;(2)在双连拱隧道开挖过程中,中隔墙始终有向先行洞一侧偏转的趋势;(3)双连拱隧道开挖过程中,中隔墙应力变化复杂,墙顶处偏压明显,在后行洞上台阶开挖时其偏压最大;开挖结束后,中隔墙仍存在局部偏压。因此,为防止中隔墙倾覆,建议先行主洞施工时要在中隔墙另一侧施加横撑或回填片石作为临时支撑。     

地面卸载作用下软土大直径轨道交通盾构隧道结构变形预测

上海轨道交通L16采用外径为11.36 m的大直径盾构隧道,运营期邻近开挖卸载对大直径隧道的影响是隧道养护管理工作需要考虑的问题之一。借助有限元分析软件ABAQUS,建立包含内部结构的错缝拼装大直径轨道交通盾构隧道3D模型,计算分析隧道两侧土体对称开挖卸载工况下管片环的直径变形量、接缝张开量、中隔墙应力及石岩棉压缩量与土体开挖深度的关系。计算结果表明:模型每组拼装循环中的2个管片环受力变形基本一致;管片环整体变形呈"横鸭蛋"状;管片环变形与接缝变形在不同工况下达到规范规定的限值;中隔墙压应力的变化与石岩棉压缩量存在密切的关系。计算结果可为盾构隧道运营期的保护标准制订提供参考。     

通道开口对超大直径盾构法车站结构力学行为影响研究及结构优化

针对狭窄空间地铁车站施工困难以及明挖施工造成道路长期封堵等工程现状,提出采用顶管法结合超大直径盾构隧道暗挖地铁车站的工法。针对工法中拆除管片后,未拆除管片轴力骤降,附近纵缝剪切和抗弯性能降低的结构特性,同时也为体现管片空间力学特征,文章提出采用基于荷载 结构模式的壳 接触计算模型,研究在拆除管片和拆除内部支撑的两个关键工序中结构的整体力学性能,确定上述暗挖车站新工法隧道开口时衬砌管片、管片接缝和内支撑体系协同受力特征,并据此提出结构优化方向：①调整衬砌开口位置上部第一个纵缝,使其远离开口上边缘,可明显减小衬砌结构变形,降低该纵缝环向螺栓拉力;②建议在拆除内部支撑、完成顶管通道与盾构隧道连接之后,再施作车站中板;③顶管通道与盾构隧道衬砌实际连接形式难以确定,建议设计时取刚接、铰接包络设计;④增强衬砌环间整体性可有效控制结构响应。     

新型支护结构修建浅埋暗挖地铁车站数值分析

STS(Steel Tube Slab)管幕结合洞桩工法被用于修建沈阳地铁某车站,此工法是国内首次用来修建超浅埋暗挖车站,缺乏工程经验。采用FLAC3D对车站施工过程进行数值模拟,分析导洞施工过程、车站主体施工对地表沉降和管幕受力的影响。研究表明:STS管幕在车站施工过程中有效的降低了地表沉降,起到了一定的支护作用;在导洞开挖过程中,横向影响范围大概是导洞两侧5倍洞径;导洞开挖对掌子面的影响范围大概在掌子面后1倍洞径;导洞开挖面前后1倍洞径处,地表沉降影响最大,占总沉降量的70%左右;车站主体施工过程中,管幕所受横向最大拉应力和纵向最大拉应力均远小于设计标准,管幕处于安全状态,为现场地铁车站施工提供指导和参考。     

盾构隧道扩挖修建地铁车站对周边建筑影响分析

以北京地铁盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站为背景,采用有限元模型,研究了盾构扩挖修建地铁车站对地表及周边环境的影响,研究表明,小导洞开挖和主洞开挖对地表沉降影响最大;车站扩挖施工对建(构)筑物的影响程度受到相对位置关系、建筑物与土体相对刚度等控制,现场监测和数值分析表明,打设隔离锚杆桩是临近建(构)筑物施工中控制建(构)筑物沉降变形的有效方法。     

可跳仓施作暗挖地铁站拱部二衬分离式模板台车研制应用

北京地铁12号线芳园里站采用暗挖PBA工法施工,在车站拱部开挖支护阶段,设置了临时中隔墙,但拱部二衬施工前需要分段拆除临时中隔墙.为减少临时中隔墙拆除对地层的扰动,采用了跳仓拆除方法,相应的二衬浇筑也采用了跳仓方法.为便于利用台车施工车站拱部二衬,研制了可跳仓施作二衬的分离式台车,即:将传统一体式模板台车跨中1.2 m...     

相邻线路盾构施工对既有隧道的影响

 在刚度迁移原理的基础上,提出求解各施工步影响的沉降差值法,由单步增量求得相邻线路盾构施工对既有隧道影响全量。对某市地铁隧道的后施工线路盾构推进过程进行仿真计算,发现后施工隧道所产生之塌落拱拱脚作用在临近既有隧道斜上方这一受力机制,得到单施工步引起的既有线路管片最大环向拉应力值为0.13 MPa,最大累积附加拉应力为0.857 MPa;结合对考虑拼接缝的既有隧道管片受力状态的分析,找到裂缝隔片产生在连接块上的重要内在原因。研究成果丰富了模拟相邻巷道施工影响的仿真计算方法,并对城市地铁隧道等类似工程在设计和施工中预防裂缝出现具有一定的指导意义。     

基于开挖卸荷效应的地铁隧道施工过程数值分析

 在地铁隧道实际施工过程中,围岩处于加、卸载的复杂变化过程中。隧道的开挖与支护过程是一个多步骤的、且上一步开挖都会对随后的各次开挖产生影响的复杂过程。依据地下工程问题的特点,即“先受力,后开挖,再支护”,描述并模拟地铁隧道开挖卸荷效应下的真实施工过程。对地铁隧道施工中开挖卸荷效应进行详细分析,提出模拟地铁隧道开挖卸荷效应的四阶段模拟方法。以北京地铁8号线二期01标段西清区间隧道为工程背景,对地铁隧道盾构施工真实过程和开挖卸荷效应进行数值模拟与计算。分析开挖面支护力、支护时机、填充注浆以及考虑与不考虑开挖卸荷效应等因素对地铁隧道开挖与支护的影响,获得基于开挖卸荷效应的地铁隧道盾构施工的围岩–支护作用机制。     

广州地铁五号线盾构隧道工程施工技术

受周边环境、地质条件、线路站位及施工工期等因素制约,广州地铁五号线盾构施工面临诸多难题和挑战.在施工过程中成功研究并应用了SEW工法、暗挖导洞群桩基托换法,针对江中超浅埋泥水盾构过江、土压平衡盾构过溶洞群、超小曲线半径重叠隧道盾构等施工难点采取新技术和新工法,并在盾构过砂层时采取TAC高分子聚合物等新材料,有效控制了盾构施工中土体稳定和变形,保证地铁五号线顺利施工.     

上软下硬地层浅埋暗挖工法适应性模拟

以青岛地区埋置于上软下硬典型地层中的地铁车站为例,选取双侧壁导坑法和单拱大空间法,利用三维有限元软件对两种施工方法的整个开挖过程进行数值模拟,重点对开挖过程中的地表和拱顶位移、围岩应力和支护结构内力等方面进行了分析.研究表明,与单拱大空间施工方法相比较,在上软下硬地层中采用双侧壁导坑施工方法能有效控制地表和拱顶沉降以及...     

薄壁面板隔墙法在特大断面隧道施工中的力学特征分析

以某浅埋暗挖城市地铁车站为工程背景,利用有限元数值模拟方法分析了薄壁面板隔墙法的原理和在施工过程中隧道围岩的变形和力学演化特征。分析结果表明,薄壁面板隔墙法的台阶式导坑开挖主导了隧道结构的应力集中特征和变形特征,施工时特大断面隧道的初衬、锚杆和围岩的应力、应变均沿隧道轴向方向阶段性地出现多个应力集中区和位移剧变区,各区域的分界处基本和隧道先开挖侧各导坑开挖端面平齐。而且,中隔墙和预留核心土的设置有效地改善了开挖对特大断面隧道围岩的扰动,使得隧道围岩塑性区小,隧道的拱脚水平相对净空变化指标和拱顶相对下沉指标均能满足特大断面隧道的稳定性要求。     

城市地铁隧道常用施工方法概述

目前国内外修建地铁车站的施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法、盾构法等。主要阐述了修建地铁车站施工方法的原理、施工流程、优缺点,为我国各大城市修建地铁车站时选择合理的施工方法提供有益的参考。     

锦屏二级水电站1#引水隧洞岩爆洞段数值分析

以锦屏二级水电站1#引水隧洞强岩爆洞段为例,运用RFPA对隧洞上半断面开挖进行数值分析,通过对隧洞破坏模式及其围岩的应力分析,在强岩爆洞段上半断面开挖过程中,围岩首先在边墙附近出现破坏,然后不断向拱肩方向扩展,即应力首先在洞壁附近产生应力集中,导致围岩产生损伤,随着损伤范围的扩大,高应力场向远离洞壁的方向发展,同时洞壁...     

Enlarging a large-diameter shield tunnel using the Pile–Beam–Arch method to create a metro station

It is an effective approach to enlarge a large-diameter shield tunnel using the Pile–Beam–Arch (PBA) method to construct a metro station, especially when traditional excavation methods cannot be used because of the narrow roads and dense buildings. Based on the structural characteristics of a metro station, FLAC^3D is used to build a three-dimensional model and to analyse the mechanical performance of structurally critical joints and their effect on the settlement of the ground surface. The critical joints include segment joints, connections between blocks of key segments, connections between longitudinal beams and segments, and connections between primary linings and segments. The results show that the calculated stress in the structure does not exceed the strength during the enlarging process. A control standard for the project is also presented based on a comparison between the results of the numerical simulation and the control reference of a Beijing metro station. The numerical analysis result is used to guide the construction. Based on the in-situ monitoring data, the feasibility of the expansion method is verified, as is the accuracy of the numerical simulation.     

箱涵施工对下方已运营地铁盾构隧道的影响分析

本文结合广州市某道路快速化工程中箱涵所在场地的勘察资料及下方地铁区间隧道结构设计情况,采用MIDAS—GTS数值分析软件．建立了该箱涵施工及使用对下方地铁区间隧道结构影响的三维数值分析模型,以及考虑实际荷载情况的隧道平面结构荷载法分析模型,分析评估了本箱涵开挖卸荷对下方既有地铁隧道变形和受力情况的影响。研究表明,该箱涵开挖施工及修筑回填期间,下方地铁区间隧道的最大水平及竖向位移均位于箱涵正下方的管片顶部,总体位移的最大值为4．74mm,小于地铁保护要求的总位移控制值。同时,下方盾构隧道结构的最大正弯矩值为11．8kN·m,最大负弯矩为-12．3kN·m,管片及接头的弯矩均远小于相应的弯矩控制值。由此可见,该箱涵施工及使用不会危及到下方地铁区间隧道的结构安全．不影响地铁的正常运营。