浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

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。     

城市地铁区间隧道洞群开挖顺序优化分析

根据动态规划最优化原理,以地表沉降作为目标函数,建立城市地铁区间隧道洞群开挖顺序优化分析数学模型。针对深圳地铁大剧院站～科学馆站区间三连拱隧道工程,基于ANSYS软件平台进行隧道洞群开挖顺序的选优工作。计算初始位移场,根据假定和约束条件,进行隧道洞群分步开挖的自动排序,得出可能的顺序组合,以地表沉降值增量作为报酬函数,以累计的地表沉降量作为目标函数,对每个开挖阶段目标函数值进行比较分析,得到施工优化顺序。这种方法在选出了最优和次优路径的同时,从理论上证明了采用中洞法施工是科学的、合理的。     

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。     

盾构双线隧道下穿通信铁塔近接影响分析

地铁双线隧道盾构下穿通信铁塔,风险程度较高。研究盾构近接施工对铁塔位移的影响,对于保证施工中铁塔稳定具有重要意义。以天津地铁6号线盾构隧道下穿通信铁塔为例,通过有限元数值分析软件ABAQUS对盾构施工过程进行模拟。将地表沉降计算值与地表实测值进行对比,验证盾构模拟的合理性。对地铁双线隧道不同位置处下穿通信铁塔时铁塔位移变化进行研究,得到各位置处铁塔位移分布规律。同时分析铁塔受影响较大区域,结果表明在左线隧道开挖过程中,距隧道中心2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大;右线隧道开挖过程中,左线隧道左侧2倍洞径至右线隧道右侧2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大。     

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。     

城市管群下超宽断面平顶直墙地下结构施工技术

介绍在超宽断面平顶直墙地下结构施工中采用多导洞施工方案,并采用微台阶开挖法达到控制地表沉降和保护地下管群的目的。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。     

磁器口车站中洞法施工的非线性二维数值模拟

研究目的：为了预测北京地铁五号线磁器口车站中洞法施工引起的地表沉降，评价各部开挖过程的土体稳定性，在开工前需对施工过程进行数值模拟。 研究方法：运用大型通用有限元软件（ANSYS）模拟计算磁器口车站中洞开挖过程，采用合理的计算参数和“生死”单元法对其进行非线性数值模拟分析，给出中洞开挖引起的地表沉降计算结果；对分析显示的土体薄弱部分进行及时加固，确保开挖过程中土体处于稳定状态。 研究结果：通过对监测结果与数值分析结果的比较，证明了计算模型和参数选取的合理性以及计算结果的正确合理性。 研究结论：理论计算地表沉降曲线与施工实测曲线趋势和数值基本一致；数值模拟结果用于定性分析土体稳定性非常有用，要做到定量分析难度很大；数值模拟时必须对关键参数（如变形模量等）及其敏感性加以讨论和分析。     

小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题，采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明：后行线（北线）开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线（南线），两者叠加形成的沉降槽呈偏W形；开挖面位置一定时，桩顶沉降大于水平位移，桩底沉降与水平位移接近；随着开挖面接近桩，桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大，在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定，在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定；随着开挖面接近桩，桩顶及桩底水平位移朝向隧道，桩中部则远离隧道。     

宁波软土地区相连深基坑开挖施工时空效应实测分析

软土深基坑施工期变形具有明显的时空效应,以宁波软土地区相连深基坑为工程背景,对软土地区相连深基坑开挖的时空效应开展研究。基于基坑施工过程中地表沉降、地连墙水平位移、支撑轴力的监测数据,分析施工工序、开挖深度等因素对不同位置处基坑结构与土体的变形影响,并通过有限元软件对2基坑同时开挖的情况进行计算讨论。研究结果表明:采用2个基坑单独开挖的顺序,在一个基坑开挖时,已完成的地连墙或已封顶的车站结构将对这一侧的地表沉降和地连墙水平位移有较好的约束作用;地表沉降与地连墙水平位移在基坑长边上的值大于端头部分,且这2个变形值具有明显的深度效应,即随着开挖深度的增加,变形值增加更快;支撑轴力的变化主要受开挖土体的位置影响,越近的土体开挖,支撑轴力增加越大;若采用2基坑同时开挖的方式,控制中间部分地连墙的变形将是重点,施工安全也面临较大挑战。     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

大跨地铁风道导洞开挖的地表沉降分布规律研究

北京地铁8号线大红门桥站-和义站区间附属风道为跨度16.2 m的单跨结构,采用暗挖洞桩法(PBA工法)施工。为有效控制导洞开挖引起的地表沉降,必须合理安排导洞施工顺序。基于三维数值模拟方法对不同的导洞开挖方案地表沉降分布规律进行研究,并与地表沉降监测结果进行比较分析。结果表明:不同的导洞开挖顺序的地表沉降发展路径差别显著,但最终的沉降值基本一致;随着导洞的开挖,地表沉降槽宽度增加并不明显,但是由于导洞开挖的群洞效应,地表沉降速度发展较快。因此在后续的拱部开挖支护中,必须通过调整支护措施和开挖方案来严格控制地层沉降。     

不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析

地铁施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明,浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中,群洞效应的作用和施工方案有密切关系,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

地铁车站基坑半幅盖挖法施工监测及分析

结合洛阳地铁1号线武汉路站深基坑半幅盖挖法施工过程,对支护结构和周边建筑变形进行监测分析,结果表明,半幅盖挖法所形成的不对称结构使基坑两侧地连墙水平变形和地面竖向变形特征均有不同;基坑明挖侧地连墙的水平位移较为一致,而盖挖侧的变化无一致规律性;地连墙水平位移最大值出现在基坑开挖底面以上0.22~0.42 H处,未出现在基坑开挖深度以下;盖挖侧地面变形量和附近建筑的竖向位移小于明挖侧,说明盖挖侧顶板对周围变形有抑制作用;基坑周边的施工荷载对围护结构的变形特征、混凝土支撑的轴力等均有明显影响,因此施工过程中应严格控制基坑周边出现超载。     

有限土体土压力理论在异型深基坑工程中的应用研究

针对砂卵石地层新建隧道穿越既有线面临的异型深基坑工程,对基坑侧壁与既有地铁车站风亭间的夹土体进行受力分析,明确在平均土体宽度b=3.5 m条件下,对于竖直段,当开挖深度大于6.5 m时,就必须考虑有限土体土压力的影响,提出相应的计算模型与简化公式,发现有限土体土压力与开挖深度近似成线性关系;对于扩挖段,基于有限土体受力特性,提出扩挖段有限土体土压力计算模型与简化公式,由于扩挖边承受一定的土体自重,因此扩挖点处基坑侧壁土压力有所增加,扩挖段有限土体土压力与开挖深度近似成指数关系,但随着扩挖深度的增加,有限土压力明显小于常规土压力,同时随着扩挖段有限土体宽度的减小,有限土压力与常规土压力差值趋于稳定;最后通过数值分析,发现有限土体土压力作用下,异型基坑自身的变形相对较小,其水平变形主要集中在左侧隧道侧与基坑扩挖段,同时基坑的变形与裂缝均能满足规范要求。有限土体土压力能有效减少基坑围护结构内力与配筋,精细化设计有利于确保工程安全并控制工程造价。     

浅埋暗挖地铁车站地表沉降及既有线变形分析

浅埋暗挖地铁车站穿越既有地铁隧道施工地表沉降及既有线的变形的控制对施工及运营安全具有重要意义。以北京地铁4号线西单站下穿长安街,上跨地铁既有1号线开挖过程为例,在详细研究该区工程地质条件和地铁设计参数的基础上,采用FLAC^3D工程分析软件对地铁开挖过程及其引发的地表、拱顶及既有隧道的变形规律进行了数值模拟分析,优化开挖施工方案,模拟动态施工过程,合理设计隧道开挖步序,并对施工中的监控量测提出建议．指导地铁安全施工。     

胡麻岭隧道第三系富水砂岩地表深井降水研究

胡麻岭隧道为兰渝线重点控制性工程,隧道中部通过长4 250 m的第三系弱胶结含水粉细砂岩,在地下水作用下,掌子面开挖扰动后工程性质迅速恶化,基本呈散砂、稀糊状,局部还伴有涌水涌砂现象,施工受阻。针对这种情况,洞内开展了集水井降水、井点降水、分步超前降水、边墙侧向深井降水、轻型井点(真空降水)、水平旋喷、注浆固结、冷冻固结等研究试验,确定采用洞内深井与轻型井点相结合施工降水方案。但受岩层地下水水头高、渗透系数小、洞内降水作业工序繁杂及降水后达到开挖条件的周期长等影响,施工进度滞缓,因此研究地表深井预降水。通过对工程场地水文地质条件、施工现状、工法等综合分析,进行现场水文地质试验,分析计算采用地表深井预降水的井间距离及设计深度。     

砂层地铁车站暗挖施工技术研究

北京地铁5号线磁器口车站主体结构大部分位于粉细砂、细砂及中粗砂层中,结构埋深10m左右,采用中洞法施工。由于地质条件多为砂层,施工环境复杂,对地表沉降要求严格,主要阐述车站主体的施工方法,对施工各阶段地表沉降原因进行分析,提出车站施工中的相关建议。