上软下硬地层地铁车站上注下支拱盖法施工技术研究

以某地铁1号线学苑广场站为工程背景,针对上软下硬地层情况,改进原有的CRD和PBA工法,提出了上注下支的扣拱施工方案。运用有限差分软件分析不同开挖顺序对施工稳定性影响,确定先开挖下导洞再开挖上导洞的施工顺序,对施工方案进行验证;接着对施工期间地铁车站地表沉降情况进行研究,模拟了地铁车站的施工过程,分析各施工工序对地表变形的影响,得到地表变形规律。并与现场监测结果进行对比分析,验证数值模拟的准确性,研究结果为地铁车站安全施工提供了依据。     

砂卵石地层中PBA工法导洞开挖顺序对地表沉降的影响

运用有限元软件ABAQUS对砂卵石地层中PBA工法车站施工过程进行数值模拟,结合现场实测数据,对比分析不同的导洞开挖顺序对地表沉降的影响。结果表明:采用不同的导洞开挖顺序暗挖地铁车站对地表最终沉降值无较大影响;在先行开挖下层导洞的情况下,先行开挖1,3导洞引起的地表沉降与先行开挖2,4导洞引起的沉降差异较小,但先行开挖中部导洞较先行开挖两侧导洞引起的地表沉降大;不同的导洞开挖顺序引起的地表沉降槽在导洞施工完毕时差异较小。     

北京地铁10号线光华路站桩基础控制地表沉降

以北京地铁10号线光华路站为工程背景,根据车站中洞标准断面设计图和工程地质情况,采用有限元软件ANSYS建立其三维仿真计算模型,进行洞桩法施工过程中桩基础结构受力、周围地层土体的应力、位移变化以及地表沉降研究。结果表明:在地铁车站洞桩法整个施工阶段引起的地表沉降累计为14.8 mm,说明合格的桩基础可以将地表沉降量控制在小于30 mm规范要求之内;上部拱部土体开挖阶段引起的地表沉降量为6.7 mm,占地表沉降总量的45.0%,说明拱部开挖是整个施工过程的关键环节;施工过程中要加强拱顶超前管棚的等级和及时性,采取有效措施对拱部地层进行预加固或预支护处理,有效控制地表沉降和保证施工安全。     

建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应

以北京某地铁车站为工程背景,采用1∶20大比例模型试验与数值模拟的方法,对地面3层框架结构建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应进行研究,模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。结果表明:地表及建筑物顶部沉降、地表水平位移在中洞开挖支护期间最大,侧洞开挖支护期间次之,而中洞二衬期间最小;施工完成后,车站拱底水平应力、垂直应力、侧壁附近水平应力减小,侧壁附近垂直应力增加;建筑物立柱下部垂直应力变化值较上部大,外侧横梁水平变化值比中间横梁大;中洞开挖支护完成时围岩塑性区主要分布在建筑物基础附近的围岩及侧洞未开挖土体,随着施工的进行建筑物基础下方围岩塑性区向车站方向进一步发展,车站施工完成后围岩塑性区发展到车站边界。     

盾构施工参数对地表沉降的影响及控制措施

依托武汉地铁11号线光谷四站—光谷五站工程区间,研究盾构施工参数的选取对隧道开挖附近的地表沉降及土体变形的影响,并提出相应控制措施。盾构掘进中,围岩压力的变化、土体的松动程度、注浆质量的变化及盾尾间隙的选取等都会对地表变形产生影响。采用Abaqus有限元软件对该工程典型掘进段进行精细化仿真,得到沉降模拟值,并运用三维Peck公式得出沉降计算值,最后与施工过程中典型监测点的沉降监测值进行对比,总结施工参数对地表沉降的影响规律,为施工过程中的地表变形预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩条件、土体卸荷程度和注浆质量对地表沉降的影响较大,盾尾间隙对地表沉降的影响较弱;典型监测点的变形规律与数值模拟规律更为接近,说明数值模拟预测与仿真分析的合理性与适用性。     

暗挖地铁车站中洞法施工地面沉降控制的关键工序

以北京地铁5号线磁器口车站工程为例，利用施工力学理论，对中洞法地铁车站主体结构施工的全过程进行了数值模拟分析。通过地面沉降计算结果与实测结果的对比分析，提出了中洞法施工地面沉降控制的关键工序，为今后类似工程的设计与施工；陡供了有益的参考。     

山岭地下复杂群洞开挖施工对环境影响的数值模拟研究

基于新建京张线八达岭地下车站超大跨及群洞的特点,采用大型非线性有限元软件ABAQUS模拟大规模复杂洞室的开挖全过程,对深埋群洞11种结构断面的整个开挖过程进行模拟分析,并且对开挖断面和开挖顺序进行优化,以尽可能地减少对围岩的扰动,特别是地表沉降控制,在计算过程中将地表沉降位移结果作为对环境的影响指标。计算结果表明:在地下群洞开挖过程中,由于群洞埋深较大的原因对地表的影响不大,引起的地表位移为3.5 mm,在允许的范围内,说明设计方案比较合理,对设计施工具有指导意义。     

洞桩法施工引起土体变形的规律研究

研究目的:洞桩法作为一种修建地下车站的新兴工法,发展迅速,但其已有的研究成果主要集中在地表沉降及管线变形上,忽视了地下结构与土体的相互作用,尤其缺乏对于四洞三跨结构洞桩施工引起土体变形研究。本文以北京地铁16号线苏州街站工程为背景,基于实测数据对导洞开挖阶段地表沉降的发展及分布规律进行分析,并结合有限元方法动态模拟地铁车站洞桩法施工过程,研究四洞三跨结构洞桩法各施工阶段引起的土体变形规律。研究结论:(1)多个相邻导洞同时开挖会引起"群洞效应";(2)对地表沉降影响最大的主要是导洞开挖、初衬施工及二衬施工这三个阶段,占总沉降量的比值分别为32%、55%和7%;(3)二衬施工完后,支护体系初步形成,除开挖面底部土体因卸荷产生竖向隆起外,其他土体主要以水平变形为主:拱顶上部土体向车站中心发生一定水平位移,同时拱顶两侧土体受支护结构伸张变形的影响,向车站外侧发生明显水平位移;(4)本研究结论可为洞桩法的推广与应用提供理论依据,并可为类似工程的施工与设计提供参考。     

新疆地铁一号线王家梁站洞桩法施工数值模拟研究

以新疆地铁一号线王家梁站为工程背景,通过CAD-Rhinocero-Kubrix方式建立计算模型,应用Flac3D软件模拟洞桩法施工,对地层位移变化等进行研究,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。     

地铁车站站后折返区间浅埋暗挖开挖过程的模拟研究

运用FLAC^3D软件，结合北京天坛东门地铁车站站后折返区间具体工程条件，折返区间在采用双侧壁导坑法开挖的情况下，对不同的局部开挖顺序进行了数值模拟研究，得出了先同时开挖双侧洞，待支护、建筑完后，再开挖中洞的方法，对地表沉降影响及周围土体扰动均比较小为最优方案，为此类工程设计提供了理论依据。     

红层软土地基沉降监测及预测

研究目的:红层软泥岩是一种特殊岩土,具有易崩解、易风化、遇水易软化等特点。在这种特殊地质条件下,修建高等级铁路,必须要解决地基沉降问题。要准确地计算软土地基的沉降,特别是预测工后沉降,满足高速铁路暂行规定,仍是铁路建设中要解决的关键问题。研究方法:采用沉降管对经粉喷桩处理过的红层软土地基进行沉降监测,将得到沉降数据进行分析,分析软土地基沉降规律,通过指数函数进行拟合及预测其最终沉降量。研究结果:结果发现沉降管在红层软土地基的沉降监测得到了很好的应用,其预测结果表明经过粉喷桩处理后的软土地基的沉降满足高速铁路暂行规定。研究结论:证明该沉降管监测方法和预测方法应用在红层软土地基沉降中是合理的。     

冻融环境浅埋砂质黄土隧道围岩变形规律研究

研究目的:黄土因其结构性工程性质特殊,其中砂质黄土受冻融作用的影响尤为敏感,浅埋砂质黄土隧道施工过程中在冻融循环作用下发生各类病害屡见不鲜。本文以银西高铁惠安堡黄土隧道洞口段现场监测结果为基础,进行冻融条件下砂质黄土的参数试验,配合数值模拟等方法,得到这种不良地质条件下隧道围岩变形规律及稳定性发展状况。研究结论:(1)冻融循环对不同含水率的砂质黄土物理、力学特性均有着重要的影响,且随着含水率的增加,这种影响的作用更加强烈;(2)运用FLAC3D软件对不同含水率砂质黄土隧道围岩变形规律进行了研究,得出冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形规律;(3)分析了冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形的影响机理;(4)本研究结论可为季节性冻土区浅埋砂质黄土隧道设计和施工提供借鉴和参考。     

苏锡常及上海地区区域沉降对京沪高速铁路的影响及防治对策

研究目的:苏锡常地区及上海地区区域沉降和地基土特别是深厚软土、松软土区轨下基础工后沉降问题,是影响《时速300～350 km客运专线铁路设计暂行规定》高标准工后沉降量控制的主要问题。本文就京沪高速铁路苏锡常及上海地区区域地面沉降的机理及其影响进行研究和分析,并提出相关对策。研究结果:通过对苏锡常及上海地区区域地面沉降的机理及其影响的研究和分析,提出通过合理控制地下水的开采,建立地面沉降监测网络,针对区域沉降对不同的工程类型的影响,优化施工设计采用不同的工程措施综合处理等对策,以满足高标准工后沉降量的控制,达到京沪高速铁路安全、舒适、平稳性的高标准要求。     

三管隧道开挖对周边构筑物影响分析研究

为保证三重隧道施工安全,在建立复杂三维数值模型的基础上,对地铁盾构隧道与铁路出入线隧道施工进行模拟,获取施工过程中地铁隧道所引起的轨道沉降位移曲线。通过分析施工过程中近接地下空间的位移响应趋势,判断地铁盾构隧道、铁路隧道对周边桥桩与地表铁路轨道的影响。同时,对于采用CD法与预留核心土台阶法两种工法进行对比研究,并且提出此两种方法对地表铁路股道的影响。根据计算结果得到隧道开挖施工对股道影响范围,为宽44 m、纵向36.5 m的区域。根据影响范围区域,提出监测方案。根据监测可知,沉降最大值仅为0.5 mm,采用目前的设计方案施工可以保证成花铁路的运营安全。研究所得结论对复杂地下空间中的多重隧道施工具有一定的参考价值。     

粉细砂地层大断面隧道暗挖注浆试验及地表沉降规律研究

粉细砂稳定性差,暗挖施工时容易引起较大的地表沉降。通过粉细砂特性分析及室内试验得到注浆加固前后土体的物理力学参数,试验结果表明:注浆加固对土体的含水量、黏聚力、内摩擦角和压缩模量均有明显的改善。运用加固后的土体物理力学参数,通过数值计算和现场监测分析,对粉细砂地层浅埋暗挖大断面施工地表沉降规律进行研究。结果表明:上导洞施工时对地表沉降的影响最大,施工时应重点加强此部位的注浆;上、下导洞施工时应错开距离不宜小于10 m;上导洞上台阶施工时应预留核心土;临时支撑分段破除长度不宜大于10 m;粉细砂地层深孔注浆加固设计时,除拱顶范围外,侧墙和拱脚一定范围也应进行注浆加固。实践表明理论分析与现场监测结果吻合,沉降满足设计及规范要求。     

地震波交错网格高阶差分数值模拟研究

研究目的:地震波数值模拟技术是勘探地球物理学中的重要组成部分,研究通过弹性波一阶速度-应力方程,采用交错网格高阶有限差分法实现了地震波在各向同性介质中的高精度的数值模拟,并采用完全匹配层(PML)吸收边界来消除边界反射,可取得较好的效果。研究结论:通过模型的正演计算和复杂模型的处理结果表明,交错网格高阶有限差分法数值模拟是一种快速有效的地震波数值模拟方法。可用于为地震勘探选择采集参数,优化观测系统提供依据,以提高采集数据的质量,有效地解决铁路勘察过程中的地质问题。     

吹砂填海地基强夯加固研究

研究目的:针对沿海地区吹砂填海越来越普遍的现状,研究如何经济有效地处理填海地区的基底,如何构建合理的数值模型进行研究,从而实现工程最经济合理有效的目标。研究结论:根据吹砂填海地基处理工程的具体特点,建立三维数值模型,对夯沉量进行系统的研究,并且与实际工程进行数据的对比分析,得出采用强夯法处理砂土,利用夯锤加载使土体中的孔隙体积减小,土体变得更密实,从而提高土体强度,加固效果明显,是处理沿海地区吹填砂地基的有效措施。根据数值模拟研究与实际工程的对比分析,得出最合理有效的强夯参数,对铁路工程及其他类似工程整治起到一定的指导和借鉴意义。     

深圳土体蠕变特性在深基坑工程中的应用

研究目的:为研究土体蠕变特性对深基坑围护结构稳定性的影响,本文基于深圳某车站深基坑工程,通过室内三轴蠕变试验,运用数值模拟方法拟合得出了土体蠕变引起的基坑开挖时间敏感性,以及对周边建筑物带来的不利影响。研究结论:通过对典型断面的数值模拟,重点阐述了深圳地区特定土体的蠕变特性,为本工程的安全施工、保护周边环境及预测长期变形提供了理论基础。蠕变前后支护结构变形增大近16%,临近建筑物基础沉降增大了近21%;得出的具有适用性的SSC模型计算参数,对本地区类似基坑工程具有较高的参考价值。     

西安地铁3号线通化门站——胡家庙站区间暗挖段工法比选

根据西安地铁3号线通化门站—胡家庙站区间暗挖段工程特点,提出了台阶法+临时仰拱、中隔法(CD法)和交叉中隔法(CRD法)三种可行工法。运用FLAC数值模拟方法对三种工法引起的地表沉降进行了预测分析,确定台阶法+临时仰拱法为最优施工工法。实测结果表明,暗挖施工引起的地表沉降满足变形要求,提出的暗挖段施工工法合理有效。     

基于围岩变形控制的海底隧道突水安全风险分析

以厦门海底隧道左线风化槽为例,研究海底隧道突水安全风险控制。选择与风化槽地质条件类似的五通端陆域段进行地层变形监测。监测结果表明:地层沉降具有明显的分层传递性和阶段性;当地表沉降30～40mm、拱顶沉降55～70mm时,地表开始出现裂缝。采用FLAC3D对海域风化槽段进行数值模拟。结果表明:海域风化槽地层变形规律与陆域段现场实测一致性良好;在帷幕注浆、超前支护等辅助工法发挥作用后,风化槽段拱顶沉降能够控制在70mm以内。结合监测结果和数值模拟结果制定的安全风险控制标准:在采用十字中隔壁工法(CRD工法)施工条件下,海域风化槽地表沉降控制标准及施工突水对应的拱顶极限沉降值分别为40和70mm;突水安全风险管理级别分为预警、报警及极限3个等级。应采取的技术控制措施包括:辅助工法的合理应用、地层变形的过程控制、信息的及时监测与反馈、施工质量控制及紧急预案制定。