西安地铁建设技术攻关与安全管理

结合西安地铁建设特色,从施工技术方面阐述文物、黄土、地裂缝三大工程难点的技术攻关成果,从建设管理角度介绍工程安全管理和当前风险控制的成功经验.     

地铁隧道穿西安地裂缝的研究进展及“先盾后扩”法的应用展望

西安地裂缝是一种几乎覆盖整个市域范围的黄土地区典型地质灾害，其蠕变活动严重危害地铁隧道安全，是地铁建设面临的一个重大技术难题。结合西安地铁十几年的地裂缝防治经验，从地裂缝分布及活动特征、地铁面临的危害、设防理念与措施、设防参数、设防结构营运情况等方面进行了系统性梳理，着重分析了常规“暗挖+盾构空推”工法存在的问题，并提出了一种“先盾后扩”新型建造技术。主要结论如下：（1）地铁隧道穿地裂缝段的常规建造工法涉及竖井及横通道开挖、CRD法人工作业、盾构空推等一系列复杂流程，设防必要性及现有建造技术复杂性之间的矛盾严重制约了西安地铁建设进程；（2）给出了“先盾后扩”新工法的建造流程、需解决的问题及工程应用前景；（3）“先盾后扩”法通过结构及工法优化，确保了盾构作业的连续性，避免盾构洞内始发及接收，进而在同等设防参数条件下减小设防断面，是实现地铁隧道便捷、低成本穿地裂缝段的一次重要探索与尝试。     

减荷拱涵周围土体位移变化的离心模型试验

通过土工离心模型试验,利用拱涵模型模拟了实际路堤的回填材料、沟坡地形、减荷材料、地基形式及施工工艺,并使用图片测量软件分析了拱涵周围土体在未减荷与EPS板减荷工况下的变形运动性状和全局位移场的差异。根据试验结果再现了两种试验工况下,拱涵周围土体随填土高度增加的运动变化过程;模拟了EPS板变形作用下涵顶土拱的形成和基本形态;分析了拱效应影响下的拱涵基底土体的运动情况,发现通过卸荷拱转嫁到拱涵两侧土体的荷载促使基底两侧土体向基底中心运动,从而对基底产生了向上的反力,减小或阻止了拱涵自身的沉降。结果表明:合理模量和厚度的EPS板既可以减荷,也可以起到稳定结构纵向不均匀沉降的作用。     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工地层变形规律

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道地层变形规律,利用自主研发的多点位移计对西安地铁2号线实体工程进行地层变形量测,该多点位移计具有精度高、量程大易于生产、便于运输、锚头结构简单等特点,适用于隧道浅埋段围岩内部位移的量测。测量结果表明：地层变形从大到小顺序为拱顶附近、8~10 m之间地层、地表、2~6 m之间地层;各测点的沉降呈二阶台阶状,施工降水为第一个下降台阶,掌子面开挖为第二个下降台阶;地层横断面变形呈漏斗形,隧道中心轴附近地层沉降值最大,越向两边地层沉降值越小;地层各点沉降经历4个阶段：降水沉降阶段,占总沉降值的45% 左右;微小沉降阶段,占总沉降值的不足10%;沉降剧增阶段,占总沉降值40%~50%;沉降基本稳定阶段。     

西安地铁2号线区间隧道风险剖析与规避对策

由风险管理理念入手,针对黄土地区的地质特性,从西安地铁建设周边环境风险、施工措施保证风险、区间隧道设计施工风险控制点等入手,剖析了各风险点的节点位置,并根据实际提出一些有效的规避对策。结合目前西安地铁2号线开工建设以来的工程实际情况,强调了隧道周边外部环境对地铁区间的安全影响性,指出了黄土地区暗挖隧道工程降水辅助措施的重要性,提出了事前剖析风险源的工作意识,给出了暗挖隧道和盾构隧道施工过程中的风险节点以及相应的规避思路。从设计和施工双重角度揭示了西安地铁区间隧道的风险点。     

西安地铁一号线盾构隧道下穿朝阳门段城墙沉降数值模拟分析

针对西安地铁一号线盾构隧道下穿朝阳门段城墙及朝阳门门洞具体工程,通过建立三维有限元模型,模拟分析了盾构掘进过程中的沉降机理,对古城墙受力进行了理论分析,预判出古城墙及附近地面的沉降值,并制定出了针对性的加固方案。数值模拟及工程实践表明:1)在工法、线路和埋深已优化的前提下,采取的加固方案可使古城墙的沉降和变形得到一定程度的控制;2)数值模拟结果基本符合盾构施工期间地层和城墙沉降的基本规律,计算结果偏于保守;3)提出的城墙沉降控制标准也满足实际施工和文物保护要求,这一标准可为今后类似工程提供参考。     

高填路堤沉陷病害机理及防控措施研究

文章在黄土地区高填路堤沉降病害大量调研数据的基础上,通过现场试验、室内试验和有限元数值分析手段,对路基病害产生的机理及表象进行了深入的比对分析,归统其一般规律和病害发生形态。并评价研究了湿陷性黄土地基对路堤沉降的影响,提出了具体的评价方法。同时根据岩土工程的发展现状,在即得相应成果与经验的基础上,提出了技术上可靠、费用上经济、施工上可行的黄土地区高填路堤施工工艺及沉降、沉陷防治措施。研究对于加快湿陷性黄土地区高等级公路的建设速度,提高工程的质量,节约基本建设投资,促进湿陷性黄土地区高等级公路的发展具有重大的现实意义和长远意义。     

土家湾黄土公路隧道防排水施工工艺及质量控制研究

文章结合巉柳高速土家湾黄土公路隧道,在将集排水施工质量和防水施工质量视为重点的前提下,分别对已在建隧道的防排水施工工艺进行了改进,分析了隧道防排水施工质量控制的重点是,提出了巉柳高速公路隧道防排水施工的要求,及主要应检查的方面。     

黄土地区新建地铁隧道下穿时既有地铁线路沉降控制标准

针对西安地铁5号线近距离下穿地铁2号线的工程实际情况, 分析了既有地铁线路的安全判断准则、正常使用要求和服役状态, 选取弯矩、曲率半径、容许应力、容许切应变与轨道变形作为新建地铁隧道下穿时既有地铁线路沉降标准的控制因素, 构建了既有地铁线路的力学模型, 推导了既有地铁线路允许沉降计算公式, 确定了黄土地区新建地铁隧道下穿时既有地铁线路的沉降控制标准。分析结果表明: 以既有地铁线路的弯矩、曲率半径、容许应力、轨道变形与容许切应变依次作为控制因素时既有地铁线路允许沉降分别为22.40、20.85、48.14、20.23、21.06mm, 其他地区下穿工程经验允许沉降与国内相关规范允许沉降为20mm, 因此, 最不利控制因素即轨道变形的允许沉降接近既有相关允许沉降, 建议黄土地区新建地铁隧道下穿时既有地铁线路沉降控制基准为20mm; 对既有地铁线路沉降控制标准进行了分级管理, 选取沉降控制基准的100%、80%和60%分别作为既有地铁线路的控制值(20mm)、报警值(16mm) 与预警值(12mm), 提出了下穿时既有地铁线路的预警体系; 评价了新建地铁隧道下穿时既有地铁线路沉降的安全级别, 并给出了相应的处置措施, 安全级别为Ⅰ级, 即沉降不大于12mm时, 新建隧道正常施工并做好监测, 安全级别为Ⅱ级, 即沉降为(12, 16]mm时, 加强监测并实时反馈, 安全级别为Ⅲ级, 即沉降为(16, 20]mm时, 停止施工, 并启动应急预案, 安全级别为Ⅳ级, 即沉降大于20mm时, 达到破坏级别, 不允许施工。