黄土地区地铁暗挖车站设计方案研究

以西安地铁何家营站为例,探讨了以北京、沈阳等地区为代表的砂性土地层中应用较多的洞桩法在西安黄土地层中应用存在的问题。利用有限元方法动态模拟采用不同的导洞开挖工法及导洞施工顺序时地铁车站施工过程中土体变形规律及地基土应力状态,推荐采用上导洞中隔壁法,下导洞双侧壁导坑法,且先施工上层导洞后施工下层导洞的开挖方案。结合对地基土应力状态的分析,验证了在黄土地层中采用一次扣拱法修建暗挖地铁车站的可行性。     

北京地铁7号线双井站PBA工法数值分析

北京地铁7号线双井站采用 PBA法施工,与既有的10号线双井站形成 T 型换乘,车站周围高楼林立,地下管线众多,是全线施工最困难车站之一.对车站导洞各种开挖组合方式进行了数值模拟研究,研究结果表明:先开挖上导洞优于先开挖下导洞方案;导洞跳挖错距开挖方案优于导洞先外后内错距开挖方案;导洞施工完成后地面沉降17.8 mm,扣拱完成后地面沉降37.2 mm,这两个施工阶段引起的地面沉降占总沉降量的93.0%,是控制地表沉降的关键步序.     

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。     

黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化分析

针对黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化方案及其影响,依托西安地铁8号线新植物园站工程开展研究。借助三维数值模型进行原方案与优化方案的对比分析,重点探究导洞形式优化对地表沉降及车站结构内力的影响。最后,讨论并给出PBA工法导洞形式优化施工的加固措施。结果显示:不同施工顺序下导洞形式优化导致地表沉降值增长20.41%~26.44%;车站结构内力提升且分布特征改变,但内力变化对结构安全影响较小。最优施工顺序为导洞先上后下、先边后中,扣拱先边后中。通过采用下导洞大管棚注浆与锁脚锚杆等加固措施,可有效缓解导洞形式优化引起的地表沉降变化。导洞形式优化可作为黄土地区PBA工法施工遭遇地基承载力不足问题的可靠处理方式。     

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。     

复杂环境条件下富水卵石地层暗挖地铁车站建造方案研究

北京地铁16号线红莲南里车站为地下双层三跨车站,该站初步设计采用8导洞PBA工法施工。车站邻近城市河道布置,车站周边建筑物和地下管线密集,车站穿越地层为富水卵石地层。在充分考虑车站部位地质条件及环境条件的基础上,分析了初步设计方案的弊端,为有效控制地面沉降及车站施工对周围环境的影响,提出了优化的单层4导洞PBA工法,并详细讨论了该方案的优势。采用有限元数值模拟方法,对原设计方案和优化方案进行施工力学机理分析。计算结果表明:无论是从围岩塑性区分布、车站结构受力还是地层变形来看,4导洞方案均优于8导洞方案。施工实践表明:所提出的车站施工优化方案是可行的。     

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。     

岩鹰鞍隧道逆冲强涌水断层高位泄水施工技术研究

针对怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道段F4断层带涌水涌砂的施工难题,运用FLAC~(3D)进行数值模拟,根据实际地质情况确定断层带的隧道围岩力学参数,结合现场设计方案建立以岩鹰鞍隧道正洞,排水支洞以及迂回导洞在内的三维计算模型,确立了只进行正洞开挖和先修建排水支洞和迂回导洞再进行正洞开挖两种不同的计算工况。计算结果发现在开挖排水支洞和迂回导洞并降水之后再进行正洞开挖可以明显减小正洞开挖时围岩的塑形变形,有利于正洞的围岩稳定。结果表明,先修建排水支洞和迂回导洞的方案是切实可行的,能够保障施工安全、确保工期。     

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。     

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。     

富溪双连拱隧道偏压处数值模拟及施工技术研究

运用有限差分程序FLAC^3D。对富溪双连拱隧道偏压处的隧道变形和围岩应力变化规律进行了模拟分析;分析研究了三导洞法施工的12种不同施工方案,比较了各种不同方案的优劣;根据现场监控量测数据与数值模拟结果的对比,验证了数值模拟的正确性。     

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。     

小直径TBM导洞扩挖法在双线铁路隧道中的应用

介绍小直径TBM导洞扩挖法,并对施工双线铁路隧道TBM选型、导洞位置及施工组织方案进行研究,对铁路双线隧道采用小直径TBM导洞扩挖法比选及设计具有指导意义。     

岩鹰鞍隧道逆冲强涌水断层高位泄水施工技术

针对怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道F4断层带涌水涌砂的隧道施工难题,主要运用FLAC3D进行数值模拟,根据实际地质情况确定断层带的隧道力学参数,结合现场设计方案建立以岩鹰鞍正洞、排水支洞以及迂回导洞在内的三维计算模型,确立了只进行正洞开挖与先修建排水支洞和迂回导洞再进行正洞开挖两种不同的计算工况。无排水支洞与有排水支洞两种工况计算的结果表明,先开挖排水支洞和迂回导洞再进行正洞开挖有利于隧道围岩的稳定性,保证施工安全。根据计算结果设计完成泄水分压,迂回绕行的施工方案。     

暗挖地铁车站平行下穿既有隧道的变形控制及规律研究

北京地铁15号线奥林匹克公园站全站平行密贴下穿既有城市大型隧道,如此大面积的长距离密贴穿越,为国内罕见。为控制既有隧道变形,提出单层导洞预撑支柱法。采用数值模拟方法对新工法和传统PBA工法引起的既有隧道变形进行对比,并根据实测值对下穿施工既有隧道变形规律进行分析。研究表明:(1)单层导洞预撑支柱法在控制车站施工引起的既有隧道变形、减小降水引起的地层及既有隧道沉降以及保护地下水资源方面具有优势。采用消除下层导洞和形成桩基支撑托换体系两个措施后,既有隧道最大沉降比PBA法的减小36.5%。(2)既有隧道变形以横截面变化为主,实测最大沉降42.2mm。施工过程中,沉降增量最大的是导洞施工阶段,其次是扣拱阶段,而站厅层及站台层施工阶段最小。(3)施工过程中,既有隧道变形模式逐渐变化。差异沉降增量最大的是扣拱阶段,其次是导洞施工阶段,而站厅层及站台层施工最小。其中,扣拱阶段是影响既有隧道安全性的关键阶段。     

某超大型地下洞室开挖方法选择与分析

某地下洞室宽41 m、高51 m,施工中采用多导洞5层同步开挖法,这是特大断面施工的一个特例。其施工程序和方案借助计算程序对开挖后的洞室可能要发生的变形进行洞室应力变形模拟研究,指出该洞室可能出现大的塑性区及大变形部位,从而指导洞室开挖、支护方案制定。通过合理的开挖方法和支护方案使洞室的变形得到有效、有序控制。采用洞室变形预可控科学合理的施工方案,以确保大跨度、大高度洞室的安全施工和紧张的工期。     

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。     

大跨度双连拱隧道穿越破碎山体施工方法数值模拟研究

九华山隧道采用大跨度双连拱,穿过两个破碎带,为了确保安全,针对双跨连拱隧道设计和施工中存在的问题,通过对中导洞台阶开挖法和三导洞开挖法两种开挖方式的有限元模拟,采用隧道与地层共同作用的受力模式,分析各种施工顺序对地层和隧道结构的受力与变形的影响,计算关键点的位移和主应力。结果表明,两种开挖方案相差不大,但三导洞法的受力和位移情况要略好于中导洞台阶开挖法,因此采用三导洞法开挖。     

地铁车站暗挖法施工中导洞开挖方案比较

目前洞桩法是浅埋暗挖地铁车站的主要施工方法,但是由于洞桩法设置的导洞多、导洞间距小,所以导洞的开挖一直是设计者和施工者探索的重要课题.以北京地铁7号线双井站八导洞开挖为工程背景,利用有限元软件Ansys建立模型,并结合现场实际监测数据对两种方案进行对比分析,得到了两种不同导洞施工方案的地表沉降变化规律,对类似工程的施工具有参考价值.     

挤压性围岩大跨隧道施工工法优化

以兰渝铁路新城子隧道为例,通过现场测试和FLAC 3D数值模拟,对挤压性围岩大跨隧道采用双侧壁导坑法2种不同开挖顺序时的隧道变形和衬砌受力进行对比分析。结果表明:采用双侧壁导坑法按常规顺序开挖导洞1～9比依次分层开挖上、中、下各导洞更有利于控制隧道变形,且二次衬砌受力明显较小;挤压性围岩隧道施工中相邻导洞贯通形成扁平洞室会导致大变形,施工中应尽量避免;2种开挖顺序隧道水平收敛均大于拱顶沉降,必要时可加强临时支护。