洞桩法地铁车站边桩结构受力机制的模型试验设计

为了方便学生更形象地理解洞桩法地铁车站边桩结构的受力机制,该文以广州地区某洞桩法地铁车站工程为依托,设计了一种简化的洞桩法车站边桩结构模型试验。基于该试验方法,演示分析了边桩结构在洞桩法车站开挖过程中的施工力学行为规律,并对比研究了不同桩型布置参数下的桩后土压力、边桩结构的力学和变形规律。通过该试验,为学生展示了洞桩法边桩结构模型的设计、制作、试验具体操作及数据监测的全过程,从而让学生更好地掌握洞桩法车站边桩结构力学行为演变规律,以及采用不同边桩布置型式的力学行为差异。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

北京地铁粉质黏土地层新型PBA车站沉降规律研究

PBA(Pile-Beam-Arch)工法已成为北京地区繁华路段地铁暗挖车站的主流工艺,但因其工序转换复杂,施工流程步序多,易引起地层沉降。新型PBA工法是在单层4导洞PBA工法的基础上,将中间导洞联合,共用中隔壁,形成CD法(中隔壁法)施工的大断面导洞,相较于传统双层8导洞PBA工法以及近些年推广的单层4导洞PBA工法,地层沉降规律难以掌握。以北京地铁22号线甘露园站为依托,运用有限元数值分析软件模拟车站施工过程,结合现场实测数据分析粉质黏土地层新型PBA车站地层沉降规律。结果表明:粉质黏土地层新型PBA车站施工过程沉降最大发生在开挖面拱顶上方;地层沉降主要发生在导洞开挖与扣拱阶段,约占整体总沉降的89.5%;受中导洞形式影响,导洞施工阶段造成的地层沉降比传统PBA车站要大。

洞柱法地下车站施工阶段的全量法与增量法对比分析

以在建北京地铁12号线地下3层、双柱、3跨洞柱法车站为例,利用Midas Gen软件建立二维计算模型,并针对车站结构大拱、负一层中板、负二层中板、底板等施工完毕的4个工况分别采用全量法与增量法进行了构件内力分析计算,对比了2种计算方法在相同施工阶段中构件内力的计算结果。其中:拱部弯矩、侧墙弯矩、中板弯矩、中柱轴力的最大差异百分比分别为-52.36%、-105.52%、57.12%、-5.91%;使用Midas GTS软件建立了三维分析模型,比较了2种计算方法与三维分析模型的结构变形特征;通过对二维和三维模型计算结果对比分析与讨论,证明全量法与增量法在洞柱法地下车站施工阶段构件内力计算中的差异不可忽略。因此,为了保证工程设计的准确性与安全性,应采用增量法对洞柱法地下结构进行施工阶段内力分析。该研究成果可为类似结构工程设计提供参考。

自平衡测试技术在PBA暗挖车站基桩承载力测试中的应用

随着轨道交通建设的快速发展,在城市核心区建设地铁车站大多数采用PBA法施工。对于双层四导洞暗挖车站最重要的是中桩和边桩的施工,在上层导洞边桩冠梁施工及车站扣拱作用下,中桩作为临时构件,承受上部结构荷载,因此对中桩承载力要求较高,边桩作为车站永久构件,中桩和边桩承载力关系到车站结构安全。为了检验基桩的实际承载力是否满足设计要求,需要对基桩进行静载试验。已有对基桩静载试验的方法如传统堆载法、锚桩法在PBA暗挖车站内无法实施,所以当前对PBA法施工的基桩只能采用自平衡法检测基桩承载力。从某PBA暗挖车站选取边桩B3在钢筋笼埋设荷载箱,进行了自平衡基桩承载力试验,得出上段桩和下段桩荷载-位移(Q-s)曲线,通过上、下段桩Q-s曲线等效转换,最后得出该桩满足设计规定的承载能力。

基于变位分配法地铁车站变形规律研究

以北京地铁某车站工程为背景,基于变位分配法原理对PBA施工引起地层变形进行分阶段研究,提出相应控制措施以减小对周围环境的不利影响,可得出以下结论:(1)PBA工法地层与车站结构的力学响应可分为4个"卸载-加载"的过程,其中"小导洞开挖"和"拱部土体开挖与扣拱"为控制地层变形的关键步序;(2)小导洞开挖前,应及时超前注浆加固周边地层。采用错距开挖、短进尺减少对洞周围岩的扰动;(3)在扣拱阶段,传力途径的转换使洞周地层应力重分布,车站结构产生相应的协调位移;建议采用短进尺,设置横向钢支撑等措施;(4)随着施工步序的推进,洞周地层塑性区范围逐渐增加,最终形成剪切楔破坏;大量张拉性微裂纹伴随剪切性微裂纹构成宏观上的剪切带;(5)对比4个施工阶段地表沉降的比例,数值计算和现场监测分别为4.5∶1∶6∶1和4.3∶1.6∶5∶1,二者基本吻合。

洞桩法大断面群洞交叉隧道初衬数值模拟

针对采用洞桩法施工的北京地铁10号线工体北路站大断面群洞交叉隧道,介绍了洞桩法大断面群洞交叉隧道施工步序,分析了交叉口衬砌工作的力学机理,采用三维有限元数值模拟方法对其初衬结构力学行为进行研究。结果表明:洞桩法交叉隧道交叉口区域两个方向的衬砌受力存在相互影响,但影响的范围不大,衬砌拱顶沉降总体上表现出中间大,两端小的特征;主线隧道拱部受后期联络通道扣拱的影响,在与联络通道的相交部位出现了受拉状态,产生了与主线其他部位不同的受力特征;交叉口变高部位设置折梁能有效扩散联络通道扣拱时产生的压力,减轻了应力集中程度。研究结论可供洞桩交叉隧道的施工与设计参考。

地铁车站洞桩法开挖变形规律分析

针对采用洞桩法施工的沈阳地铁青年大街站,采用MIDAS/GTS有限元数值模拟软件对车站主体结构进行模拟,并将模拟结果与监测数据进行对比,分析和总结了采用洞桩法动态开挖过程中地层以及支护结构的位移变形规律。计算分析结果表明:导洞开挖以及扣拱施工阶段为洞桩法施工的关键阶段,是控制和分析的重点;导洞的群洞效应会对土体变形产生叠加,上导洞和下导洞开挖引起的地表沉降分别为27.1mm和16.8mm,上导洞开挖引起的地表沉降约为下导洞的1.6倍;拱顶沉降主要发生在导洞开挖支护阶段,下导洞的开挖会对上导洞拱顶沉降产生一定程度的影响;边桩水平位移在扣拱施作至中板完成前增长显著,为水平位移最大值的59.5%,该阶段是控制边桩水平位移的关键阶段;在砂土层中采用洞桩法开挖时地铁车站地层损失率相对较小,为0.31%。

盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站地表沉降控制标准分析

在盾构隧道基础上结合浅埋暗挖法可以有效地解决地铁车站和盾构隧道施工之间的矛盾。北京地铁14号线试验段采用外径为10 m的土压平衡盾构修建,试验段上的车站结合PBA法(洞桩法)扩挖而成。综合运用预测地表沉降的经验公式、相关统计资料和规范,以及数值模拟方法,对大断面盾构隧道结合洞桩法修建地铁车站的施工过程进行地表沉降分析。结合北京地铁车站地表沉降控制基准值和现有地铁车站地表沉降统计数据,提出较为合理的地表沉降控制标准,并按照三级控制的管理方法,分级分步进行地表沉降控制,研究结果对指导工程施工有一定的参考价值。

地铁车站洞桩法施工方案对比研究

以北京地铁7号线桥湾站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,通过监测数据分析不同洞桩法(PBA工法)施工对地表沉降和初支受力的影响,以确定PBA工法施工地铁车站的最优方案。研究分析表明:开挖1层导洞的施工方法能控制地表沉降且地表影响范围较小,但开挖车站底部时的隆起较大;开挖双层导洞的顶拱初期支护弯曲应力稍大;导洞开挖阶段和扣拱阶段占地表总沉降量的90%左右,其他阶段引起的沉降较小。

洞桩法地铁车站施工力学行为及其修正荷载-结构模型研究

受周边既有建筑物的影响,对地下车站施工的要求较高。洞桩法因其施工安全可靠、对周围环境影响较小等优点,在复杂建(构)筑物环境中得到了广泛的应用。然而,洞桩法施工力学行为复杂,采用常规荷载-结构模型进行洞桩法地铁车站结构设计时,其内力分析结果与实际内力具有一定的差异,由此可能导致结构设计不合理。文章依托北京地铁某洞桩法车站工程,开展了洞桩法施工力学行为模型试验研究与数值模拟分析,揭示了洞桩法地铁车站施工过程中中柱、边桩以及顶拱等位置的内力变化特点,基于荷载-结构模型,提出了洞桩法地铁车站力学分析的修正荷载模式及其对应的荷载-结构模型。

地铁车站洞桩法施工对地层沉降影响研究

结合大连地铁松江路车站的工程条件,运用有限元软件MIDAS-GTS建立车站结构-地层三维模型,得出了地表沉降、沉降槽以及塑性区的发展规律.结果表明:地表沉降依照施工过程具有阶段性,导洞施工是控制地表沉降的关键阶段;最大地表沉降及最终地表沉降均符合60mm的控制基准,故洞桩法在控制地表沉降方面是有效的;沉降槽形态及深度受群洞效应影响,且与结构埋深及施工方式有密切关系;塑性区主要产生于导洞阶段,洞桩法基本抑制了塑性区的发展.

大直径土压平衡盾构及其车站PBA法扩挖技术

为克服城市复杂环境下地铁车站和常规双线隧道布局受限难题,建立采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间,并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站的建设新思路。以北京地铁14号线东风北桥站(不含)—将台站—高家园站—望京南站(不含)为背景,介绍利用外径为10.22 m的大直径盾构进行区间隧道施工以及在区间隧道成型基础上采用洞桩法(Pile-Beam-Arch,PBA)扩挖地铁车站的施工工艺和技术,重点介绍区间与车站施工衔接工序(穿越风道)和管片拆除等关键技术。工程实施结果表明:大直径盾构施工及其暗挖车站扩挖技术是一种工艺新颖、技术先进、安全可靠的集成建造技术,且对周边环境影响受控,是值得进一步推广应用的施工工法。

浅埋大跨洞桩隧道变形监测与控制分析

针对采用洞桩法施工的北京地铁10号线工体北路站,介绍了浅埋大跨洞桩隧道的变形监测与控制措施。根据监测数据,对洞桩法隧道导洞开挖,主体扣拱的拱顶沉降与洞周收敛以及地表和上部立交桥基础的沉降变形规律进行了分析研究。结果表明:1)采用洞桩施工方法能有效控制浅埋大跨隧道地表沉降和地层变形;2)隧道埋深和跨度、导洞开挖对浅埋大跨洞桩隧道变形影响显著;3)设置超前小导管注浆,及时施作初期支护和二衬,可以有效的控制变形的发展。

大埋深地铁车站洞桩法施工关键技术

洞桩法(PBA工法)是北京地铁应用较多的一种工法,具有对周边环境影响小、安全性高、适应性广等优点。但当埋深较大时,车站施工中受到承压水等不利条件影响。结合实际工程,对北京地铁6号线东四站施工过程中的成功经验进行了总结,详细介绍了工程施工中的重点、难点和施工关键技术,并对施工效果进行了分析。

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。

洞桩法施工地铁车站的边桩内力计算

边桩是地铁车站洞桩法施工过程中的一个重要构件,其受力状态较复杂。根据洞桩法施工过程受力分析,中板下部土体的开挖是边桩受力状态发生显著变化的主要阶段,当开挖至轨道层底部而未浇筑二衬时,边桩处于受力最不利的状态。基于此,探讨了边桩的内力计算问题,得到了中板下部土体开挖过程中考虑临时横撑作用时桩身内力计算公式,最不利的状态下边桩的内力计算公式,以及考虑桩顶的竖向分力对桩身产生附加弯矩的内力计算公式,并与模型试验结果进行了对比,表明了计算公式的合理性,可供工程设计参考。

PBA工法扣拱施工顺序的优化分析研究

合理的扣拱施工顺序是PBA工法施工地铁车站的关键.以北京地铁6号线东大桥站为依托,采用三维有限差分方法 FLAC3D研究了PBA工法中不同扣拱顺序下地表沉降与结构力学行为的影响.研究结果表明:先中后边的扣拱施工顺序下,产生的地表沉降与结构受力均较大,但中柱柱顶的侧移可以得到有效控制.并进一步提出扣拱施工顺序选取的原则,研究结果对PBA工法扣拱顺序的设计与施工具有一定指导意义.

地铁暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术

介绍北京地铁10号线工体北路暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术,包括该方法的原理和特点、施工步序,分析总结了PBA法的关键技术。PBA法在当前地铁施工中有一定的应用前景,可为今后类似工程施工提供借鉴和参考。

浅埋暗挖地铁车站施工方案模糊优选

以北京地铁十号线工体北路站为依托工程,在定性分析洞桩法顺筑及逆筑方案特点的基础上,基于模糊优化理论建立了浅埋暗挖地铁站施工方案的多目标模糊优化模型,对车站施工方案的选择问题进行了探讨。结果表明:工体北路站采用CRD工法、洞桩法逆筑方案及顺筑方案均有一定的可行性,为了确保地表沉降得到控制,最终确定洞桩法逆筑方案为最优方案,研究结果可供类似工程参考。