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。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键工况控制措施研究

 北京地铁14号线将台站基于大直径单洞双线盾构隧道采用PBA工法扩挖形成。以地铁将台站作为工程背景,根据实际施工工序,分析了PBA工法扩挖大直径盾构隧道建造地铁车站的关键工况。利用“地层-结构”相互作用有限元法,模拟开挖过程,着重研究了盾构隧道两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除这两个关键工况的结构体系受力转换规律。结果表明：由于两侧中洞的非对称开挖扣拱及两侧K管片的非对称拆除,导致中洞初期支护、管片以及中隔墙的应力分布呈现非对称状态;管片环的最大主应力由压应力变为拉应力;中洞拱部初期支护最大主应力出现在一侧的K管片拆除后;在中洞开挖阶段,中隔墙最大主应力出现在一侧中洞开挖后;在K管片拆除阶段,当一侧的K管片拆除后,中隔墙承受偏压,两侧的K管片均拆除后,中隔墙的偏压现象消失,此时中隔墙主应力最大。表明在两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除工况下,中隔墙承受明显的偏压。根据数值模拟结果和管片拆除试验段的中隔墙应变监测结果,针对“中洞支护参数、中洞开挖方法、K管片拆除方法”等设计方案进行了优化,以确保车站扩挖施工安全和车站结构安全。     

地铁车站洞桩法施工方案对比研究

以北京地铁7号线桥湾站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,通过监测数据分析不同洞桩法(PBA工法)施工对地表沉降和初支受力的影响,以确定PBA工法施工地铁车站的最优方案。研究分析表明:开挖1层导洞的施工方法能控制地表沉降且地表影响范围较小,但开挖车站底部时的隆起较大;开挖双层导洞的顶拱初期支护弯曲应力稍大;导洞开挖阶段和扣拱阶段占地表总沉降量的90%左右,其他阶段引起的沉降较小。     

深基坑周边桥梁结构动态顶升加固施工技术研究

本文针对广州市某地铁车站盾构隧道扩挖施工难题,结合工程项目特点及概况,开展城市主干道下方先盾构隧道后扩挖地铁车站施工技术研究。通过盾构管片环形支撑加固装置,对待拆管片相邻结构进行加固保护;采用门架为横通道与正线隧道交叉段施工,提供充足的作业空间;扩挖隧道端头加固及横通道墙体受力体系的转换施工,保证隧道扩挖施工的安全稳定;采用二台阶法进行正线隧道扩挖施工,降低周边土体的沉降,缩短5%的施工工期,保证施工安全并提高了施工效率。     

盾构隧道扩建地铁车站地表沉降预测及分析

 广州市轨道交通6#线东山口站左线站台隧道采用盾构先行过站后扩挖方案修建,地面环境复杂,且建筑物桩基所处地层含水量高、孔隙比大,盾构隧道扩挖施工易引起较大地面沉降。应用数值模拟方法对扩挖施工诱发地层失水引起的地表沉降以及现场扩挖施工变形控制措施的实施效果进行预测,并且运用叠加原理将得到的最终地表沉降与实测数据进行对比分析。结果显示：地层失水沉降及扩挖施工沉降比例为2∶3;盾构隧道台阶法扩挖上台阶施工地表沉降量较大,两台阶两部与两台阶四部扩挖法地表沉降差别不大,盾构扩挖法修建左线站台隧道最大地表沉降为右线CRD法站台隧道的65%;拱部大管棚、袖阀管注浆复合超前预支护增加了地表沉降槽宽度,减小了地表沉降量及倾斜;盾构轴线偏移方案减小了围岩塑形区范围,更好地发挥拱部超前预支护的效果。     

富水砂层条件下盾构隧道扩挖联络线施工监测分析

郑州地铁2号线单线盾构隧道扩挖工程的地质条件为富水砂层,扩挖段上方建筑物密集,扩挖隧道内施工受力转换频繁且工序复杂,采用现场监测的方法对扩挖施工进行了分析,分析结果表明:(1)扩挖施工主要影响区域为扩挖隧道正上方,上导洞的开挖和临时支撑架设为施工控制的关键;(2)盾构隧道采用分步扩挖的方法可行,分步扩挖能够有效的控制施工沉降和提高施工安全。(3)在富水砂层条件下,采用大管棚和超前小导管注浆的预支护措施对富水砂层能够起到地层固结和加固的双重效果。     

基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站地表沉降监测分析

为得出基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站地表沉降规律及影响沉降因素,对青岛地铁1号线小村庄站施工过程中地表沉降进行实时监测并分析研究。结果表明:基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站左右导洞地表累计沉降量受中隔壁临时支撑拆除的影响相对最大;地表沉降速率受导洞下台阶开挖影响相对较大;沉降速率和累计沉降量受导洞上台阶开挖影响相对较小。此外,基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站横断面地表沉降槽曲线呈“W”形。下台阶开挖初期支护的合理施作对控制地表沉降有显著的作用。     

基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站地表沉降监测分析

为得出基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站地表沉降规律及影响沉降因素,对青岛地铁1号线小村庄站施工过程中地表沉降进行实时监测并分析研究.结果表明:基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站左右导洞地表累计沉降量受中隔壁临时支撑拆除的影响相对最大;地表沉降速率受导洞下台阶开挖影响相对较大;沉降速率和累计沉降量受导洞上台阶开挖影响相对较小.此外,基于CD法施工的大跨拱盖地铁车站横断面地表沉降槽曲线呈"W"形.下台阶开挖初期支护的合理施作对控制地表沉降有显著的作用.     

地铁车站PBA洞桩法施工力学效应研究

以新疆地铁一号线王家梁站为工程背景,建立车站-地层计算模型,应用FLAC3D软件模拟洞桩法施工,对地层位移变化、塑性区分布及重要围护结构受力进行研究,并优化导洞施工方案。分析表明:导洞开挖与扣拱施工是引起地表沉降的两个主要阶段,二者引起地表沉降比例高达近90%,导洞与车站拱顶超前注浆加固非常有必要;已有现场测量数据与数值计算结果吻合度较高,验证了模拟结果的正确性,基于此对后续施工引起地表沉降值做出预测;洞桩法施工对周围地层造成多次扰动,但扰动范围较小,中柱是主要的受力结构,施工中应重点监测;通过对比分析,确立了先中后边、先上后下的最优导洞开挖方案。     

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。     

PBA法地铁车站扣拱施工技术

以北京市某PBA法施工地铁车站为例,介绍了顶纵梁与边拱假拱模架体系、初支扣拱暗挖施工、二衬扣拱台车模板、细部防水构造等三联拱车站扣拱结构的施工关键环节。在实际施工中,需要严格控制边跨与中跨初支扣拱暗挖、临时支撑拆除、二衬扣拱浇筑的施工步序,避免对顶纵梁产生偏压,从而保证结构稳定;同时,由于PBA法各工序施工时间间隔较长,防水卷材与预埋件的定位与保护也是施工控制的重点;最后,结合沉降规律分析,得出导洞与初支扣拱暗挖施工是影响地表沉降的关键环节,明确了降低地表沉降的施工控制重点。     

隧道密贴下穿既有地铁车站沉降控制研究

本文以北京地区冲洪积地层条件下,地铁机场西延线隧道下穿既有5号线北新桥站工程为依托,对地铁隧道采用洞桩法施工密贴下穿既有地铁车站,引起地表及既有地铁车站的沉降规律进行研究,并提出沉降控制方案。结果表明:下穿施工工程中,地表和既有车站底板沉降主要产生在浇筑二衬扣拱阶段。地表沉降呈现出以既有车站两侧的下穿隧道上方为中心沉降量最大,向周边沉降量逐渐减小的特点。车站底板形成与车站中线平行的沉降带,中间条带沉降量最大,两侧随距离增加逐渐减小。本文对洞桩法施工工序提出优化方案,改变浇筑二衬扣拱前,开挖中导洞的距离,模拟结果表明:中导洞开挖隧道总长的1/4后浇筑相应段的二衬扣拱,相较于中导洞开挖贯通后浇筑二衬扣拱,地表最大沉降量减少25%,既有车站底板降量减少7%。     

承压砂土地层桩洞法施工动态效应及其控制研究

以北京地铁7号线六标地铁车站为工程背景,采用FLAC3D有限差分软件对工程八导洞开挖、车站主体结构施工进行模拟,研究了桩洞法施工中八导洞施工工序和几种不同导洞开挖方案引起的地层沉降变化规律。研究表明,承压砂土地层中桩洞法先开挖上层导洞比先开挖下层导洞引起的地表沉降小;在车站施工的所有工序中,导洞是引起地表沉降的主要因素,进入扣拱阶段后,地层开始隆起,地表沉降逐步减小;基于以上认识,对比分析了六导洞方案与八导洞方案引起的变形特性,提出了承压砂土地层桩洞法施工地表沉降控制的施工建议。     

地铁车站洞桩法施工引起的地层变形及地表沉降预测

为了预测贵阳某地铁车站洞桩法施工引起的地表沉降,采用现场实测数据与数值模拟计算结果对比分析的方法,研究了不同导洞开挖顺序引起的地层变形规律,进一步根据现场实测数据及工程地质条件,依据洞桩法独特的结构形式优化了Peck公式,使其可用于预测砂层地质地铁车站洞桩法施工引起的地表沉降。研究结果表明：“先上后下,先边洞后中洞”开挖方案最优,对地表沉降影响最小;在洞桩法施工过程中,相邻导洞开挖表现出“群洞效应”,导洞开挖及扣拱施作引起的地表沉降量占总地表沉降量的比例为90.4%,其中导洞开挖对地表沉降影响最大;距车站中线-20～20 m范围为地层主要影响区,距车站中线-60～-20 m和20～60 m为地层次要影响区,需要对主要影响区土体采取加固措施;当最大地表沉降量修正系数α和沉降槽宽度修正系数β取值分布在0.44～0.66和1.38～1.69区间时,优化后的Peck公式预测地表沉降量与实测地表沉降量更加吻合。     

北京东段地层暗挖工法实测地面沉降规律分析

以北京东段相似地层下地铁暗挖工法隧道为研究对象,分别对PBA法、CRD法、双侧壁导坑法、CD法及冻结法结构形式的地面沉降进行分析、总结。得到了PBA工法车站横通道开挖和初支扣拱对沉降的影响基本相同,二衬扣拱影响最小;横通道开挖对土体造成一定的扰动,但主体上方监测点累计沉降较大的位置未必一定位于横通道上方。采用CRD工法施工中,8导洞开挖产生的地面沉降大于4导洞。采用双侧壁导坑法施工中,9导洞与6导洞开挖产生的地面沉降分布情况类似。采用CD工法施工中,地面沉降满足正态分布。冻结法开挖联络通道及泵房对地面沉降的影响较小,开挖对地层的扰动较小,通过实际的测点沉降监测分解,积极冻结、通道及泵房开挖和冻融及工后沉降三个施工过程对应地面沉降无明显规律性。其结论可为类似地层地铁隧道开挖变形分析提供一定工程借鉴。     

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。     

叠落盾构隧道施工影响下地层变形及结构受力分析

北京地铁6号线南~东区间工程为北京地区首例叠落盾构隧道工程。针对该工程,本文通过数值模拟与现场实测相结合的研究手段,对叠落盾构隧道施工产生的地层变形及结构受力进行分析,得到以下结论:叠落盾构隧道开挖产生的地层沉降具有不对称性,最大沉降值位于两隧道中心线附近,地表沉降槽宽度较单线隧道减小,沉降值增大,使得土体及地表结构更易发生破坏;下行隧道施工地层损失率大于上行隧道,深部土体产生向隧道内侧变形,且两侧最大水平变形位于下行隧道拱顶上方;叠落盾构隧道施工使得两洞拱腰最大弯矩向两隧道连线方向偏转,下行隧道拱顶弯矩增大,需要在结构设计中引以注意。     

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。     

盾构隧道同步注浆壁后空洞缺陷对地表沉降和结构变形影响分析

盾构隧道施工过程中,由于地层特性差异以及同步注浆工艺的影响,容易导致管片壁后同步注浆空洞的产生,此类缺陷对盾构隧道周围地层沉降及管片受力影响显著。文章依托工程实际,采用数值模拟方法分析了不同位置的空洞缺陷对地表沉降及管片变形的影响。结果表明:壁后注浆空洞无缺陷时,最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值分别为4.98 mm、4.44 mm、-5.32 mm,而在出现空洞缺陷的情况中,拱顶的最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值均为最小,分别为10.78 mm、13.52 mm、-16.23 mm,因此说明当出现空洞缺陷时,地表沉降和管片变形会受到很大不利影响。当空洞缺陷出现在隧道拱腰时,是所有空洞缺陷中引发地表沉降变形和盾构结构变形最大的情况,最大地表沉降、竖向收敛值、水平收敛值分别为18.81 mm、20.07 mm、-22.21 mm,比拱顶位置引起的变形分别大13.83 mm、15.63 mm、-16.89 mm。所以空洞缺陷位置出现在拱腰时对于结构力学特性和地表沉降最为不利。故在盾构隧道注浆施工过程中,应尽量保证隧道拱腰位置的壁后注浆填充率,使地表沉降及管片变形达到相应工程要求。     

北京地铁车站洞桩法扣拱顺序对地表沉降的影响

以北京地铁6号线田村车站工程为背景,借助数值模拟方法和现场实测数据,对洞桩法车站不同扣拱顺序对地表沉降的影响进行研究。研究结果表明:先边扣拱后中扣拱施工顺序下地表沉降比先中扣拱后边扣拱施工顺序下地表沉降小2. 06mm,减小幅度为5. 23%,两者对地表沉降影响范围大致相同;沉降差异主要发生在初支扣拱施工阶段;边跨扣拱施工会使中跨土体应力升高,不同扣拱顺序下中跨土体弹塑性状态有很大不同。