黄土地区洞桩法地铁车站边桩和中柱的受力变形机理

[目的]为了确保黄土地区洞桩法车站施工过程中重要竖向承重构件的稳定性,需要对施工过程中边桩和中柱的受力变形机理进行研究,并对最不利受力阶段边桩和中柱提出变形控制措施。[方法]以西安地铁2号线何家营站为研究背景,通过数值模拟与现场监测的方法,对施工过程中边桩的水平位移、钢筋内力、水平土压力及中柱应变展开研究。[结果及结论]扣拱施作以及站厅层和站台层土体开挖是边桩水平位移最不利的三个阶段,在这些关键阶段施工时,应在结构内部架设钢支撑并适当加固已扰动的地层;在桩梁和扣拱施作中,边桩主筋承受轴向压力,而在站内剩余土方施工阶段,边桩背土侧的钢筋由轴向压力逐渐转化为轴向拉力,且随着边桩埋深的增大,钢筋的轴向拉压力增长变缓;在扣拱初期支护施作中,土压力在边桩埋深6.6 m处达到最大值34.5 kPa,且随着边桩埋置深度增大,边桩的桩侧压力增长速率显著,因此车站内侧的土方开挖是控制边桩迎土侧土压力大小的关键阶段,必要时对桩后土体进行注浆加固有利于提高桩基的承载力;中跨扣拱施工时,中柱的应变呈现出先减小、后增大的趋势。

黄土地区PBA法暗挖车站快速施工关键技术研究

西安地铁何家营站是首次将“上四下二”六导洞PBA开挖工法应用于黄土地区的地下暗挖车站。群洞开挖本身具有较高的安全风险,而本项目工期紧张,需加快施工进度。利用MIDAS GTS NX对原导洞开挖方案进行优化,采用了上、下部导洞同时开挖、错距进行的方法。通过对比分析,结果表明:采用优化方案开挖时,地表沉降较小;上部边导洞的拱顶竖向变形明显增大,其余导洞的竖向变形均略小于原方案;上部边导洞的初支结构弯矩有小幅增长,其他导洞初支结构弯矩略有减小。通过技术经济指标对比分析,优化开挖方案在确保安全的前提下,能够极大提高施工效率,有效节约工期和费用。现场按优化方案开挖完成后,实测地表沉降未超出施工控制要求,且与计算结果较为吻合。

考虑粘聚力的浅埋隧道围岩压力计算方法

针对浅埋隧道既有围岩压力理论计算中考虑因素较少且计算结果差异显著的问题,在既有理论基础上,建立了考虑土体粘聚力、内摩擦角、侧压力系数和静止土压力系数的浅埋洞室假定破坏模型,推导出误差较小且适用于浅埋隧道围岩的压力计算公式,通过工程实例验证了该理论的合理性,并分析了单一参数变化对围岩压力的影响规律。结果表明:实测围岩压力值与既有理论围岩压力值对比,理论计算的围岩压力与实测值的误差最小;围岩压力随隧道埋深增大表现为先增后减的二次抛物线形规律,随土体的内摩擦角、粘聚力和土压力系数的增大表现为线性减小的规律。

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。

黄土区毗邻风道初期支护结构PBA洞群暗挖施工安全控制研究

西安地铁2号线何家营车站采用PBA洞桩法暗挖施工,存在工序转换频繁、工期紧、洞群与风道等多种空间交叉结构施工作业等特点,潜在风险较大。基于前期变形监测验证的三维有限元力学计算模型,考虑竖井、风道施工路径效应,开展黄土区毗邻风道初期支护结构PBA洞群暗挖施工安全控制研究。研究结果表明,洞群施工诱发风道初期支护结构弯矩增量较小、轴力增量较大;自下1-C导洞施工至风道阶段开始,风道格栅拱架-喷射混凝土支护结构安全系数已不满足规范限值要求;风道格栅拱架-喷射混凝土支护结构及地表最大变形值均满足监测控制要求。为确保洞群安全施工,建议下1-C、下2-C、上2、上3导洞施工安全距离控制在距风道初期支护结构10.0m,并进行掌子面封堵,待风道二次衬砌施作后可贯通施工,其余导洞可先行施工至风道。