新建换乘通道密贴下穿既有地铁车站施工工序优化

依托新建换乘通道密贴下穿既有地铁车站工程,针对新建换乘通道采用多分部开挖的施工工序难题,采用数值模拟对比分析了3种不同施工工序引起的既有地铁车站、新建换乘通道、围岩介质等的力学响应.结果 表明:从既有地铁车站底板附加变形、新建换乘通道初期支护变形及围岩塑性区指标来看,工况1所引起的最大变形值及塑性区体积均相对最小,建议采用工况1为优选施工工序.     

南京地铁小净距隧道施工力学及工序优化研究

以在建“南京地铁”非对称小净距隧道为背景,深入研究施工全过程力学行为及工序优化,总结变形特性、力学响应及塑性区分布规律.得出主要结论:①先行洞(断面小)变形主要受自身施工控制,后行洞(断面大)关键控制步为右Ⅲ区开挖和临时支撑的拆除,CRD法能有效减少洞身变形,控制塑性区增长.②随着后行洞施工,先行洞支护内力不断演化,轴力和弯矩峰值逐渐向中岩墙侧移动,成为支护稳定关键控制部位.由于先行洞开挖,相当于中岩墙围岩部分约束解除,后行洞竖向临时支撑承受较大轴力.临时支护拆除,其轴力向环向支护转移,后行洞中岩墙侧支护轴力明显小于外侧支护轴力.③右洞(断面大)先行时,支护结构受力与左洞先行正好相反,并且安全系数最小值更小,支护最大压应力会增大.综合考虑轴力、弯矩、安全系数、压应力及塑性区,宜先施工左洞(断面小),利用施工偏压消除或减弱非对称小净距结构偏压作用.④隧道宜采用非对称设计,加强左洞中岩墙侧支护参数,而后行洞背离中岩墙侧支护需加强参数,与先行洞规律相反.     

浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究

以北京地铁5号线崇文门车站过既有线段为研究对象,对下穿既有线结构的新线地铁车站施工方法进行研究。采用三维有限差分软件FLAC3D,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种大断面地铁车站施工方法的施工全过程进行三维仿真分析,研究地表沉降、既有线沉降、既有线变形缝两端结构差异沉降和塑性区分布。研究结果表明:3种工法下第1阶段开挖造成的地表沉降在总沉降中占主要部分,柱洞法施工造成的地表沉降和既有线结构沉降最小,中洞法次之,侧洞法最大;不同工法下相同位置处的变形缝两端结构的差异沉降趋势相同,洞室上方变形缝两端结构的差异沉降先增大后减小,远离洞室的变形缝两端结构的差异沉降始终增大;3种地铁开挖方法产生的塑性区基本位于洞室周围,但侧洞法的塑性区深入到既有线结构,影响既有线结构的安全运营。可见,柱洞法相对于其他2种工法具有一定优势,在地层沉降控制要求比较严格时,推荐首选柱洞法。     

大断面隧道穿越古滑坡体施工技术优化研究

以宝兰客专线秦安隧道-王家墩滑坡工程为依托,针对古滑坡体滑动面横穿大断面隧道洞身现象,提出针对性的设计方案,运用有限元软件FLAC3D进行数值仿真模拟,采用三台阶七步开挖法、双侧壁导坑法以及CRD法,以隧道围岩位移特征、塑性区发展规律以及围岩应力状态为主要指标进行对比分析,探讨其优劣性。研究结果表明:进行隧道开挖时,左拱腰以及右拱脚均产生拉应力,并在滑动面与隧道相交处产生相对滑动;CRD工法下的围岩最大拉应力和山侧隧道滑动面处相对滑动位移均小于其他2种工法,且每个洞口的快速封闭和强支护,可以有效限制塑性区的发展。基于地表沉降和水平位移两个控制指标,采用CRD法进行隧道开挖并采取优化措施,现场监测数据显示与数值模拟趋势一致,且地表沉降和水平滑移均在10 mm以内,对滑坡扰动较小,围岩控制效果良好,为类似工程提供借鉴。     

辉绿岩侵入花岗岩地层条件下大跨度地铁车站暗挖施工方法比选

目的：青岛地铁6号线华山一路站处于辉绿岩侵入花岗岩地层而形成的复杂异质地层中，不同施工方法下车站开挖力学响应、围岩变形与地面沉降差异较大，需要从中优选出最优的施工方法。方法：依托青岛地铁6号线华山一路站(该站为辉绿岩侵入花岗岩地层复杂异质地层)工程，对CD(中隔壁)法、CRD(交叉中隔壁)法、双侧壁导坑法和初支拱盖法4种施工方法进行了三维数值模拟分析，对比了各施工方法下地面沉降、隧道洞周围岩变形和车站塑性区的分布规律，进而优选出合理的施工方法。结果及结论：车站开挖后围岩产生非对称变形，辉绿岩一侧的地面沉降及围岩变形均大于花岗岩一侧，辉绿岩一侧的塑性区也大于花岗岩一侧；双侧壁导坑法和初支拱盖法在地面沉降及围岩变形上的控制效果较好；在变形程度和破坏区域发展方面，双侧壁导坑法和初支拱盖法优于CRD法，CRD法优于CD法，所以双侧壁导坑法和初支拱盖法控制变形的效果较好，数值分析后认为这2种施工方法均可行。初支拱盖法是最优施工方法。监测结果表明，初支拱盖法在控制围岩变形和地面沉降上效果良好。     

施工通道与站台隧道三岔口段施工方法及力学行为研究

针对软弱围岩双线地铁车站隧道横通道与主线隧道开挖断面差距大,交叉区域围岩受多次扰动易出现应力集中,隧道三岔口段施工风险较大,易出现安全事故等问题,以青秀山地铁车站为依托,利用MIDAS-GTS对隧道连接处施工方法及受力特征进行模拟分析.着重对比大包法和小包法施工引起的围岩位移、应力分布及塑性区范围,并进一步对小包法施工全过程进行动态力学行为研究.研究结果表明:小包法所引起的围岩位移、重分布应力、塑性区范围均小于大包法,且施工工期相比大包法更短;小包法施工过程对围岩影响主要位于三岔口隧道交叉处,拱顶部分区域出现拉应力,拱脚处压应力集中,且施工过程中围岩应力体系转换频繁,选取合适的支护方法可有效控制围岩变形.     

风道转入车站施工的PBA和CRD工法技术分析

结合北京地铁5号线天坛东门站和沈阳地铁2号线崇山路站的施工及设计情况,对暗挖车站的风道转入车站正洞施工采用的CRD工法和PBA工法+洞桩(柱)法技术进行分析。阐述天坛东门站平行车站方向施作加强环框和垂直车站方向施作加强钢筋混凝土环梁措施,以及采用洞桩法+PBA工法的崇山路站主体施工工序。通过分析得出PBA工法施工可减小因施工引起的地表沉降量的叠加,形成由侧壁支撑结构和拱部初期支护组成的整体支护体系,以保证开挖主体结构时的安全等结论。     

下穿高层建筑特大跨度超大断面偏压隧道施工方法研究

结合重庆市轨道交通3号线下穿高层建筑特大跨度超大断面隧道工程,对其采用双侧壁导坑主楼侧先开挖、双侧壁导坑裙楼侧先开挖、单侧壁导坑主楼侧先开挖、单侧壁导坑裙楼侧先开挖等4种施工方法条件下全过程进行弹塑性数值仿真分析。结果表明:对于下穿高层建筑特大跨度超大断面隧道,在支护、支撑措施合理情况下,采用上台阶单侧壁导坑法能够满足变形和受力要求;隧道地表存在不对称荷载时采用双(单)侧壁导坑法施工,先开挖地表荷载较小侧导洞优于先开挖地表荷载较大一侧导洞。研究成果可供类似工程参考。     

无中导洞连拱隧道施工方案优化分析

本文以云南香丽高速上长坪隧道为研究背景,利用有限元软件对无中导洞连拱隧道施工方案及施工工序进行二维计算分析。通过对不同工况隧道开挖后地表和拱顶沉降、围岩应力以及支护结构内力进行对比分析,结果表明:对于不同工法而言,左洞采用两台阶预留核心土,右洞采用CRD法开挖,地表沉降相对于其它工况而言最大能减小19. 86%,隧道拱顶沉降、仰拱隆起也比其它工况要小;对于不同开挖工序而言,先开挖远离既有洞部位,围岩位移控制效果明显;不同工法开挖,围岩应力、支护结构内力以及围岩塑性区变化差别在10%以内;连拱隧道左洞开挖完后,右洞的第一步开挖的位置对后续围岩位移的控制有很重要的影响。     

浅埋暗挖地铁大断面隧道施工引起的地层变形特性

运用数值模拟及现场监测的方法对石家庄地铁浅埋暗挖大断面隧道施工过程中引起的地表沉降变形规律进行了研究。结果表明:采用双侧壁导坑法(9导洞)能够将地表沉降控制在允许范围之内;在不同的施工步地表沉降速度存在较大差异,在隧道的拱脚处塑性区较为发育,隧道两侧地表会出现拉伸破坏区。应及时采取深孔注浆、径向注浆等加固措施,以有效控制塑性区的发育、地表沉降,保证隧道周边建筑物的安全。     

PBA法地铁车站施工诱发地表变形规律研究

研究目的:PBA法在车站暗挖工程中的成功应用能够解决松散软弱地层大面积地下开挖兴建工程的技术难题,基于此,本文以西安黄土地区首个PBA工法车站为工程背景,对先期小导洞开挖数量及开挖顺序的合理确定进行研究,从而得到有效控制地表变形的开挖方式,为该车站的结构设计提供设计参考。研究结论:(1)从车站竖向分析,采用"先上后下"开挖顺序不会对上层土体造成二次扰动,六导洞形式可减少地表沉降约20%,四导洞形式可减少地表沉降约15%;(2)从车站横向分析,采用"先边后中"开挖顺序可有效减少导洞间的群洞效应,六导洞形式可减少地表沉降约10%,四导洞形式可减少地表沉降约10%;(3)从围岩塑性区范围上分析,导洞塑性区主要表现在导洞肩部、帮部及底部,四、六导洞形式采用"先上后下,先边后中"开挖顺序,导洞间塑性区贯通程度及范围都明显减小,可减小由于多导洞开挖对周围土体产生群洞效应的影响;(4)采用"先上后下,先边后中"开挖顺序可有效控制地表变形及塑性区范围,该设计方案可为日后类似黄土地区PBA工法地铁车站提供结构设计依据。     

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。     

大断面连拱隧道侧导洞扩挖影响分析

依托深圳嶂背大断面连拱隧道扩挖工程,基于勘探资料和施工情况,建立三维有限差分数值模型,分析侧导洞扩挖对围岩支护力学行为的影响,并开展现场实测验证。结果表明：侧导洞扩挖使得拱顶沉降增加40%～50%,水平收敛增大2%～15%,但仍低于规范容许值;扩挖显著影响夹岩的力学响应,但扩挖后的夹岩塑性率仍小于20%,且夹岩塑性区并未贯通;扩挖导致初期支护的变形及应力升高25%～30%,应重点关注衬砌压应力变化;经安全评估,中导洞受力状态最差,侧导洞扩挖将一定程度影响待开挖夹岩和初支的稳定性,但不会严重威胁隧道安全,扩挖工程是安全可行的。     

浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明：原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力（100 kN）使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2～0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。     

超大断面地铁车站暗挖方法数值模拟优化

超大断面地铁车站暗挖法方案的比选应统筹工程地质条件,周边环境要求以及初始地应力等因素,目前尚未有全面考虑以上因素的优化设计理论。结合青岛地铁2号线环城南路站暗挖工程,基于弹塑性力学理论,对两种开挖方法下围岩应力场、位移场进行有限元计算,以围岩塑性区面积、地表沉降以及洞内收敛变形为优化评价指标对计算结果进行优化分析。分析结果表明:基于弹塑性力学理论的有限元方法能够较为准确地反映工程实际情况;对超大断面硐室开挖采用多开挖面,可以实现及时初支并封闭围岩的开挖方案,与传统的双侧壁导坑法相比,可以有效减小围岩塑性区分布,降低地表沉降量和洞内围岩收敛变形。优化结果对类似超大断面硐室施工具有一定参考价值。     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

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。     

浅埋暗挖隧道开挖变形规律的探讨

依托广州市地铁5、6号线区庄换乘车站的工程实际,进行了车站隧道中洞施工期间的地表沉降、洞内支护结构和围岩位移变形监测,分析了浅埋隧道暗挖法开挖施工过程中的各部位变形特征,对施工中出现的变形问题进行了深入的原因分析,在此基础上提出了针对性的施工控制技术措施.通过施工监控和优化控制,实现了合理拆除临时结构,减少了隧道在施工过程中的变形.分层、分段、分块、两次衬砌施工技术方案,使得开控、支护期间结构稳定和地表沉降均控制在设计规范允许范围之内.     

大跨地铁车站穿越断裂带段拱盖法施工变形控制分析

某"拱盖法"施工的大跨地铁车站穿越断裂带时,拟采用管棚预支护和双侧壁导坑法开挖的施工方案。通过建立有限元模型,研究车站拱部支护结构变形随盖拱施工的变化过程。研究结果表明:盖拱形成后的拱顶累积沉降约8.7mm,该方案能够满足地铁车站施工穿越断层破碎带期间20mm的沉降控制要求。拱部施工4个环节的风险大小依次为:竖向支撑拆除与拱盖施作中间洞室开挖左侧导洞开挖右侧导洞开挖,可差异设置各施工环节的风险控制方案。支护结构的沉降变形在掌子面后方约1.0～2.0倍开挖高度的位置处达到稳定状态,具有滞后性。施工期间应重视掌子面后方相应范围内支护结构的变形监测。最后,结合现场监测数据,对研究结果进行了验证。     

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。