复杂环境下地铁纪念堂站暗挖施工风险控制技术——以广州地铁十三号线二期工程纪念堂站为例

广州地铁工程拱盖法暗挖车站较多,由于暗挖车站顶部存在砂层、淤泥质黏土、粉质黏土等软弱地层,其普遍具有高含水量性、高压缩性、低透水性和低强度等特点,施工阶段易造成较大变形,将会引起隧道坍塌和周边建构筑物设施破坏,造成严重的生命与财产损失,继而造成重大的社会影响。以复杂环境下的纪念堂站为施工风险论述对象,采用合理设计、施工方案,降低施工风险,同时增加地质补勘、深层注浆以及施工监测等方法取得很好效果。对软弱地层暗挖车站进行分析和总结,为暗挖车站施工安全提供依据。

城市轨道交通暗挖洞桩法车站拱顶矢跨比对钢管桩受力和地面沉降的影响分析

[目的]拱顶矢跨比影响着城市轨道交通暗挖洞桩法车站的建筑高度,以及车站设计的合理性和施工的安全性,需对拱顶矢跨比对钢管桩的受力以及地面沉降的影响进行研究。[方法]构建城市轨道交通车站拱顶结构力学模型,分析不同拱顶矢跨比下的结构内力。通过数值模拟分析软件建立车站-地层三维数值模型,结合地面沉降数值模拟值和现场监测值进行对比分析,论证模型的合理性。同时研究了暗挖洞桩法施工时钢管桩的力学特性,以及其对地面沉降的影响。[结果及结论]拱顶矢跨比从0.20到0.40变化时,拱顶结构的最大弯矩、最大轴力及最大剪力均呈递减趋势,钢管桩的最大轴力呈先减少后增大的趋势;当拱顶矢跨比为0.30时,中桩轴力为最小;随着拱顶矢跨比的增大,地面沉降呈先减少后增大的趋势,地面沉降控制最优的拱顶矢跨比为0.30,比拱顶矢跨比为0.20时减少了34%。导洞施工和扣拱施工是地面产生沉降最明显的两个阶段,合理的拱顶矢跨比会提高导洞施工和扣拱施工阶段地面沉降量的占比,进而减弱后续车站主体结构土体开挖对土层的扰动。

华蓥山隧道浅埋段明挖改暗挖施工技术研究

文章以西渝高速铁路华蓥山隧道4号明洞为例,为减少原生态坡面植被破坏,采用拱盖法暗挖施工。通过实地监测与有限元极限分析法,分析了初支拱盖法的施工力学特性。结果显示,拱盖护拱能限制围岩变形,确保施工稳定;预加固桩可稳定边仰坡和侧翼围岩;拱脚处和隧道下部是变形关键部位。有限元分析结果与现场吻合,按该设计施工,隧道已顺利通过明挖段。

滨海土岩地层浅埋暗挖车站临时支撑拆除优化分析

以滨海地区某地铁暗挖车站初支拱盖法开挖为例,采用有限元数值模拟方法对临时支撑拆除方案进行分析,并结合实测数据进行验证。结果表明:围岩沉降最大值位于拱顶部位,两侧拱腰附近的位移量小于拱顶,围岩表现出明显的收敛性;最后拆除与拱顶连接的竖撑对控制拱顶初支沉降效果较好,且在拆除过程中可保证横撑与竖撑有连接部分;优化后的拆除方案考虑二衬施作,下部竖撑采用间隔拆除的方法,拱脚二衬对拱盖上部围岩提供支撑保护作用,可控制拱顶附近发生过大沉降;拆撑时应加强监测,现场实测数据可见采用优化后的拆除方案,地表沉降、拱顶沉降与净空收敛变化趋势较为稳定。

重庆大断面隧道施工工法比选探索

在重庆交通基础设施建设过程中,如轨道交通、市政道路,由于线路纵坡限制,多采用隧道形式下穿山体。以老房子车站为例,对大断面隧道双侧壁导坑法、拱盖法两种施工工法进行工程风险、施工技术难度、投资、工期等方面的综合比选,总结出重庆大断面隧道两种开挖工法的适用条件。

含软弱夹层地铁车站拱盖-锚索-注浆组合支护体系研究

青岛地铁2号线枣山路车站采用大拱脚拱盖法施工揭示的地质情况与原地质勘探结果不符,原支护体系无法满足地表沉降、拱顶沉降及主体结构受力的要求,因此提出含软弱夹层地铁车站拱盖-锚索-注浆组合支护体系。运用数值分析及稳定性增量的方法研究了注浆加固层厚度、锚索位置及条数、锚索初始预应力对支护效果的影响,确定了该组合支护体系最优的支护参数:注浆加固层厚度为3 m,拱脚及下断面中部各打设1根预应力为200 k N的锚索。

基于GP-DE的拱盖法车站位移-应力联合反分析研究

在上软下硬的地质条件下采用拱盖法进行大跨度暗挖车站施工时,由于土岩复合和跨度较大的特点,使得车站的围岩参数难以准确获取。针对这一问题,提出了一种适用于拱盖法车站的智能反分析方法:高斯过程-差异进化协同优化算法(GP-DE算法)。以大连地铁五号线石葵路车站为工程背景,在车站典型断面处安装传感器,采集施工中应力位移数据;同时建立FLAC^(3D)有限元模型,设计25组正交方案进行计算,并得出结果,通过敏感性分析找出关键参数;联合传感器实测数据与正交方案所得监测数据,运用该算法进行位移应力联合反分析,并使用FLAC^(3D)正算验证反演参数的精度。结果表明,反分析所得参数代入有限元模型正算结果与实际值较为吻合,反分析结果精度高。将反演结果运用到车站设计中,反演精度满足工程需要。

双层叠合初支拱盖法支护结构安全性评价方法

文章通过分析双层叠合初支拱盖法围岩破坏特征,提出双层叠合初支拱盖法分为拱部结构和整体结构2次安全性评价的思路,并推导加强初支荷载分配系数计算公式和边墙附加水平压力计算公式,提出拱部结构、整体结构计算模型和安全性评价流程。最后将此安全性评价方法应用于重庆市轨道交通5号线凤西路车站工程。研究表明,双层叠合初支中的加强初支荷载分配系数与一次及加强初支的厚度、弹性模量和泊松比等因素有关;拱部结构拱脚底面竖向应力与围岩物理力学性质、拱脚竖向应力和宽度等因素有关;拱部结构安全性评价可分为一次初支模型和双层叠合初支模型,评价的关键分别是所承受围岩荷载依据加强初支荷载分配系数进行分配,整体结构安全性评价须考虑边墙附加应力作用。

上软下硬浅埋暗挖大跨地铁车站施工力学效应研究

为研究初支拱盖法在上软下硬浅埋暗挖大跨地铁车站开挖中的适应性,基于ANSYS有限元软件进行了二次开发,依托青岛地铁湛山车站建立计算模型,开展了洞室开挖各施工工序下“围岩-支护”系统的施工力学效应研究。结果表明:车站洞室各开挖工序下围岩变形均呈突增态势,当开挖完成上部拱盖后,前6步围岩位移占总变形的70%;洞室围岩应力随着开挖工序的进行在不断调整,最大主压应力总体上呈较高水平,且在整个开挖过程中均维持在-2MPa附近;塑性区面积随着开挖工序的不断进行而调整,最大进深为3.21m;钢拱架的弯矩随着开挖工序的不断进行而调整,在开挖中最大达108kN·m,当拱盖开挖并支护封闭后,钢拱架中的最大弯矩呈下降态势;车站洞室的开挖将引起地表一定程度的沉降致使形成“沉降槽”,隧道轴线正中的地表最大沉降达13.4mm,然后沿其两侧逐渐降低,在距隧道中心位置约4倍跨度的区域外,沉降值近于0。

地铁车站交叠式群洞结构施工过程动态安全变化对比研究

目的:由于对隧道的稳定性评价缺乏合理的评判标准,传统有限元方法无法得到隧道工程的安全系数和围岩破坏面,为解决此问题,将有限元强度折减法引入到隧道施工稳定性分析与控制中。方法:以青岛某地铁车站为例,尝试将强度折减法应用于研究该车站隧道施工过程中的各阶段安全系数动态变化,并对关键施工工序围岩塑性区进行分析。将施工现场的监测数据与数值模型进行对比,验证模型的准确性。通过等效塑性应变和围岩位移,研究叠式群洞地铁车站典型开挖工况下的整体极限状态,指出施工过程中的围岩潜在破坏面,同时研究了站台的水平极限间距和站厅与站台的垂直极限间距,以期为这类地下结构的初步设计和施工过程评价提供依据。结果及结论:各开挖步中初期支护的施作都会对围岩整体稳定安全系数有不同程度的提高,其中区域3的开挖为最不利施工步骤,围岩会产生塑性区贯通现象,加剧围岩变形,增加站台层衬砌受力,此时车站整体安全系数达到最小;站台层水平极限间距和站厅-站台垂直极限间距分别为4.5 m和1.8 m,此时整体安全系数的最小值为1.0。

拱盖法暗挖地铁车站风道接主体进洞技术方案分析

目的:在施工过程中,当风道等附属结构转入车站主体施工时,两者连接处的受力复杂,施工难度较大,因此需对地铁车站风道接主体进洞技术方案进行研究,选择一个合理的接口形式,以保证施工工程的质量与安全。方法:以青岛地铁某拱盖法施工车站工程为例,采用MIDAS GTS软件建立风道接口有限元模型;结合现场监测数据,对比分析风道挑高半断面进洞方案、风道挑高全断面进洞方案、风道压低半断面进洞方案和风道压低全断面进洞方案的地面位移与支护结构应力。结果及结论:风道压低与风道挑高方案相比,风道压低方案的最大竖向位移为8.40 mm,风道挑高方案的最大竖向位移为21.70 mm,其是风道压低方案的2.6倍;施工结束后,风道压低方案的最终竖向位移为1.34 mm,风道挑高方案的最终竖向位移为10.50 mm;风道压低方案中,全断面进洞方案的最终竖向位移为1.42 mm,半断面进洞方案的最终竖向位移为1.26 mm。综合考虑4种方案的支护结构应力分析结果,风道压低全断面接口方案的支护结构应力偏小且满足强度要求,因此风道压低全断面接口方案为最优方案。

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。

浅埋超大跨多导洞拱盖法地铁区间导洞施工方案优化研究

目的:为了保障施工安全,有效控制地层变形,对浅埋超大跨多导洞拱盖法地铁隧道修建过程中的合理导洞施工方案进行了研究。方法:采用数值模拟结合正交试验分析的方法,研究了导洞施工顺序、施工错距及施工进尺对隧道-围岩体系受力与变形特征的影响,在兼顾对施工周边环境影响小以及满足围岩-支护系统受力安全要求的条件下,优化了导洞施工方案。结果及结论:与传统开挖方式相比,“先边后中”和“非对称开挖”的导洞施工原则更有利于施工风险管控和围岩位移控制;在上软下硬地质条件下,影响超大跨多导洞拱盖法导洞施工力学效应的施工参数,按影响显著性由大至小依次为施工进尺、施工顺序及施工错距。

浅埋偏压大跨地铁车站拱盖法施工力学及体系转化研究

拱盖结构是拱盖法的关键,不同的拱盖法临时支撑拆除与拱盖修筑时序不同,不同工法的体系转换也是拱盖法研究的重点。依托福州地铁马江渡站,属于典型的浅埋偏压大跨地铁车站,进行拱盖法施工过程的三维仿真,得到初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法施工过程中,地铁车站围岩塑性区、围岩应力、拱盖应力及重要位置的位移演变规律,为工程施工提供参考。

浅埋大跨地铁隧道拱盖法导洞施工顺序优化

目前对于浅埋大跨地铁隧道拱盖法导洞施工顺序优化的研究较少,因此以广州市轨道交通11号线华景路站—华师站区间大跨暗挖段拱盖法导洞施工为研究背景,采用三维有限差分数值方法模拟不同导洞施工顺序下的施工全过程,研究围岩和支护结构的力学特征变化规律,进而优化导洞施工顺序,并通过现场监测对数值模拟分析结果加以验证。结果表明:导洞施工顺序的不同主要影响围岩和支护结构的力学特征变化过程,中间导洞的开挖对于围岩最大主应力和支护结构内力影响显著;若采用先开挖拱顶部位导洞的施工方案则围岩中会出现拉应力,影响施工安全,并且支护结构内力也会较大;而采用先开挖拱脚部位导洞的施工方案则围岩更加稳定,支护结构更加安全;不同导洞施工顺序虽然导致施工过程中围岩位移变化产生差异,但对围岩最终变形的影响不显著;“先下后上,先边后中”的原则同样适用于拱盖法的导洞开挖,对于单跨无柱结构,非对称的单导洞开挖方案相较于对称的双导洞开挖方案能更好地控制围岩位移和应力以及减小支护结构内力。

暗挖拱盖法地铁车站拱部结构矢跨比影响分析

为研究暗挖拱盖法施工时拱部矢跨比对车站结构的影响,以青岛某地铁车站工程为例,基于有限元分析软件MIDAS GTS,对比分析站台宽度为11 m和13 m两种车站结构下,不同矢跨比对其结构受力与变形的影响。研究结果表明:当矢跨比从0.16增大至0.24时拱部施工阶段拱顶弯矩最大,弯矩先减小后增大,整体结构施工时拱部与直墙交界处弯矩最大;两种跨度的车站弯矩分别减少了42.1%和44.6%;轴力随矢跨比的增大而减小,矢跨比对拱部施工阶段的影响较大;矢跨比对结构变形的影响非常明显,拱顶沉降、拱肩沉降与拱脚净空收敛均减少了1/3左右。在考虑整体结构施工与车站结构合理跨高时,拱部矢跨比越大,结构越合理。

拱盖法车站设备区管线夹层设计

目的:针对拱盖法车站设备区常规管线布置中存在的管线交叉数量众多、检修困难等问题,提出一种全新的管线夹层设计。方法:分析了拱盖法车站的空间特征、拱盖法车站设备区常规管线布置要点及存在的主要问题;介绍了拱盖法车站设备区管线夹层设计理念;介绍了青岛地铁1号线拱盖法车站设备区管线夹层设计方案和实施效果,总结了项目实施的工程经验。结果及结论:拱盖法车站站厅层顶部弧形空间层高大,在设备区房间上方设置管线夹层,可解决环控、给排水、消防等管线不能穿越电气房间的限制;通过建立物理分仓概念,将环控、给排水、消防等系统与强弱电专业桥架进行物理隔离,避免了不同专业间管线交叉,减小了通风管道风阻。设置管线夹层可降低设备房间隔墙砌筑高度,避免设置多道构造圈梁,提高了砌筑隔墙施工效率,管线施工速度提高近一倍;提高了设备区走廊吊顶高度,降低了走廊上方管线数量,改善了走廊内空间压抑情况;管线夹层上方中部预留有充足的检修空间,可降低后期运营维护难度。青岛地铁1号线水清沟站管线夹层工程实践验证了管线夹层设计理念和设计方案的可行性及优越性,已在青岛地铁三期建设的拱盖法车站中推广应用。

上软下硬地层地铁车站二衬拱盖法施工及优化研究

为研究上土下岩地层中地铁车站采用二衬拱盖法施工过程中的结构变形与受力,以青岛地铁某车站工程为研究背景,结合现场施工特点对拱部二衬施作工序做进一步优化,并应用Midas GTS分析软件进行三维施工模拟,结果表明:1)车站拱部拆撑与施作二衬阶段地表沉降值占总变形量的75.5%,为关键施工工序;2)拱部岩体开挖阶段拱顶沉降占总变形量的77%,岩体开挖完成后应及时进行支护;3)施工结束后拱部初支都处于受压状态,拱脚位置的压应力最大,且分导洞开挖会产生一定的偏压效应;4)拱部二衬施工工序优化为间隔施作,地表沉降值与拱顶沉降值变化较小,满足规范要求,且能节省工期,表明二衬拱盖法在上软下硬地层中有较好的适用性。

浅埋大跨度暗挖车站单层初支拱盖法技术研究

针对浅埋大跨度暗挖车站单层初支拱盖法技术进行研究,以实际工程案例为抓手,着重强调单层初支拱盖法施工过程中的关键技术应用,面对浅埋大跨度及复杂周边环境等难题,构建稳定可靠的拱盖结构,保证建设活动安全稳定进行。对超前支护技术、帷幕注浆技术、格栅钢架技术、预应力锚杆技术、混凝土喷射技术、二次衬砌技术等核心要点进行了详细分析,确保单层初支拱盖法技术在浅埋大跨度暗挖车站施工中运用的科学性、合理性和可行性。

喀斯特地质浅埋大跨地铁车站钢管柱施工关键技术——以贵阳地铁3号线北京路站为例

为解决喀斯特地质浅埋大跨地铁车站盖拱支柱法暗挖施工中钢管柱施工问题,以贵阳地铁3号线北京路站正洞为例,介绍了拱盖支柱法施工工序,制定了岩溶地段处理,据此,提炼了地下暗挖时钢管柱的开挖、吊装、定位、浇筑、检查验收等成套施工关键技术;整个钢管柱施工过程实现高效、优质,保证了盖拱支柱法中支柱的安全建设,可为类似工程提供参考。