PBA法扩挖大直径盾构隧道修建地铁车站时结构关键节点的受力分析

北京地铁14号线东风北桥站至阜通东站区段隧道采用土压平衡盾构修建,并采用PBA(PileBeam-Arch)法小规模暗挖拓展形成地铁车站。将扩挖过程中车站结构的关键节点分为管片接头、K管片分块连接处、纵梁与管片连接处以及主拱初支与K管片连接处4类。根据关键节点的结构形式,采用三维非连续接触模型模拟施工过程,分析关键节点的变形和内力。结果表明:管片接头和K管片分块连接处变形满足要求;施工过程对管片内力重分布影响很大,部分连接螺栓超出抗拉强度;顶纵梁与顶管片连接处在对称开挖情况下未产生相对滑移,但有略微分离现象,造成顶纵梁抗剪键超出抗拉强度;底纵梁和底管片连接处未出现相对滑移和分离;主拱初支与K管片连接处的焊缝强度满足要求。由此可见,本工程中车站结构基本处于稳定状态,只有局部需要加强。

PBA法扩挖大直径盾构隧道修建地铁车站地表沉降控制

北京地铁14号线试验段采用土压平衡盾构修建,并结合PBA(Pile-Beam-Arch)法小规模暗挖拓展区间隧道形成地铁车站.这种工法可以有效地解决地铁车站和盾构隧道施工之间的矛盾,但没有经验可以借鉴.综合运用预测地表沉降的经验公式、相关统计资料和规范及数值模拟方法,对PBA法扩挖大直径盾构隧道修建地铁车站的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,研究结果对工程施工有一定的参考价值.

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。

基于既有盾构隧道区间暗挖施工的城市轨道交通车站结构力学行为研究

[目的]深圳轨道交通14号线肿瘤医院站采用大直径(8.5 m)盾构隧道扩挖的“先隧后站”方案,在暗挖车站主体结构与附属出入口连接时,需对隧道衬砌实施局部大尺寸开口施工。为保证隧道开口施工过程中的结构安全性,需对基于既有盾构隧道区间暗挖的城市轨道交通车站结构力学行为进行研究。[方法]采用考虑衬砌结构环、纵缝影响的多环壳-刚性梁-接触衬砌计算模型,对车站暗挖过程进行分工况模拟,设置全开口衬砌环控制工况为开口工况,半开口衬砌环控制工况为拆撑工况;探究封顶块位置、内部支撑形式及隧道纵向开口尺寸等关键设计参数对车站结构的影响。[结果及结论]根据环梁受力特征,建议上、下部环梁在设计时选用钢材或内置钢构件。根据管片受力特性,确定开口区域内通缝拼装管片的排版形式;肿瘤医院站隧道开口区段通缝拼装管片封顶块建议设计在隧道顶部。开口衬砌环管片在施工全程中的弯矩分布与内部支撑有效约束点密切相关,而内部支撑形成有效约束的前提是拥有完整的轴向传力路径。隧道局部开口时开口衬砌环结构的整体性依赖于环缝侧部约束。

区间盾构下穿既有地铁车站变形特征及其控制技术

以郑州地铁12号线某新建盾构区间隧道下穿既有地铁车站工程为依托,采用MIDAS-GTS有限元计算软件对盾构施工引起既有地铁车站变形规律进行预测,计算结果表明盾构下穿施工影响既有地铁安全使用。在采取相关安全控制技术措施后,现场监测数据表明盾构施工过程中既有地铁车站数据稳定,表明盾构下穿既有车站的控制技术措施是合理有效的。该综合控制技术可为类似工程的盾构下穿施工提供参考。

盾构区间近距离下穿在建车站的影响分析

盾构下穿在建车站时,对施工中的车站会产生不均匀沉降从而造成内力重分布,原有的安全结构可能会发生改变而导致被破坏,更严重的甚至会造成整体坍塌,形成较大的社会影响。为研究盾构区间近距离下穿在建车站的影响,本文以佛山某地铁工程为例,该地铁盾构下穿某在建城际车站,采用有限元软件对其进行模拟分析,研究盾构施工产生的沉降对在建车站的影响,通过计算分析,在建车站沉降和内力均满足相应的规范要求,但仍有可能产生较大的影响,需对其采取相应安全措施,以免造成不利影响。

重庆地铁人和站先隧后站明挖法分步施工技术研究

基于人和站开挖的原有基坑支护方式,结合单护盾TBM先行掘进过站进行数值模拟分析,通过该方法以获得对明挖车站的安全性影响。研究结果表明:先隧后站明挖施工的地表最大沉降为2.05 mm;支护结构中,桩顶最大水平、竖向位移分别为13.04 mm、1.89 mm,锚喷支护坡顶最大水平、竖向位移分别为13.57 mm、1.77 mm,坑底回弹最大值为7.68 mm,锚索最大轴力为310 kN;管片结构中,拱顶、仰拱最大上浮分别为2.34 mm、3.51 mm,最大净空收敛0.58 mm,最大拉应力2.088 MPa、压应力为-2.428 MPa,安全系数最小值为3.4。位移值、内力值均满足控制标准要求,研究成果可为TBM掘进过站施工提供技术支持。

大直径盾构隧道扩挖地铁车站的力学性能研究

日益复杂的地铁建设环境使得地铁线路布置困难、施工风险加大,同时对施工方法也提出了更为严格的要求。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是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线高家园站为背景,提出了在外径10m的大直径盾构隧道基础上采用CRD(CrossDiaphragm)法扩挖地铁车站的两种方案,利用"地层-结构"相互作用有限元法模拟了车站扩挖施工过程,研究了结构体系的受力转换规律。结果表明:在扩挖施工中,结构受力转换频繁;结构体系的最大轴向应力位置由管片环转移到初期支护,最大剪应力位置转移到封顶块管片;管片环由受压状态为主转向受剪状态为主,初期支护、中隔板、梁柱及临时支撑以受压状态为主;封顶块管片和顶梁上部翼缘处的应力较大,应对这些位置进行加强处理。

盾构扩挖法建造地铁车站的支撑方案优化

采用盾构扩挖法建造地铁车站的关键问题是支撑方案的选择。选择北京地铁10号线三元桥车站自起始里程开始的18.6 m长的区段作为试验段,进行部分拆除盾构管片后结合明挖法拓展建造地铁车站的方案研究。根据试验段的施工步骤,选取3种方案的最不利工况以及方案3第2道横支撑换撑后在管片开口部位施加附加支撑的3种工况,共6种工况,采用荷载—结构模型,考虑管片和内支撑的共同作用,建立三维有限元模型,对支撑方案进行优化。结果表明:第1道横支撑在施做底部临时支撑后可以拆除;第2道横支撑可以在管片上钻孔一次性架设,也可以先架设在管片外侧,待拆除部分管片后再换撑到隧道内支撑的纵向连接上;第2道横支撑换撑后在管片开口部位不需要施加斜撑和竖撑。

扩挖盾构隧道建成两连拱地铁车站模型试验

采用模型试验进行了扩挖盾构隧道建成两连拱隧道地铁车站的施工方案研究,重点研究扩挖施工的可行性和地层位移规律。同时,采用有限差分法进行了扩挖施工全过程二维数值模拟对比分析。结果表明,采用中导洞法扩挖建成两连拱隧道地铁车站的施工方案是可行的,但需进行拱脚和拱顶加固。施工完成后地层竖向位移场呈U型分布,随着加固地层力学参数的提高,地层位移减小,拱脚加固能够有效地减小地层位移。地表沉降曲线为近似正态分布,其宽度为3倍的车站结构总宽度。

盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的模型试验

针对目前国内区间盾构施工和车站施工工期矛盾的问题,提出盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的新方案。通过1∶10大比尺模型试验研究,介绍模型地层、开挖方案和支护方案的模拟,比较真实地再现新型车站的施工过程。得到盾构管片应变、收敛变形和洞周土体变位在整个车站施工过程中的变化规律。试验结果表明在模型地层构造和地应力的条件下,采用试验中的施工开挖方案和支护方案能够保证车站洞室在整个施工过程中的安全稳定,证明提出的新型车站施工技术是可行的。

大直径盾构隧道分块型K管片接触面力学性能的试验研究

利用单圆大直径盾构隧道扩建地铁车站时,采用了预先分为3块的分块型K管片。为了研究分块型K管片接触面的力学性能,按照接触面保留原型、边界由弧形简化为矩形的原则制作试件,在实验室进行加载试验。试验结果表明:当组合荷载达到一定值时,分块间接触面达到滑移临界点,此时接触面间的摩擦由静摩擦变为滑动摩擦,接触面间产生相对位移,混凝土和螺栓的应变陡增,螺栓被卡住。结合试验建立试件的三维几何非线性接触数值模型,对接触面达到滑移临界点时的组合荷载进行模拟分析,得到分块型K管片不同材料接触面的临界轴力弯矩组合包络线,用以判断不同轴力弯矩组合对分块型K管片结构稳定性的影响,为扩挖车站结构的设计与施工提供理论指导和参考。

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键技术研究

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是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线大直径盾构扩挖地铁车站作为工程背景,详细讨论了大直径盾构穿越车站的方案和技术措施,首次提出了"盾构先行通过,后施工风道结构"的盾构通过风道模式,突破了"先形成风道结构,盾构再通过"的常规模式,成功解决了隧道和车站施工相互制约的矛盾;创造了"利用大直径盾构隧道作为施工通道和作业平台进行车站扩挖"的方法,并在高家园站成功应用,为地面占地困难的地铁车站施工提供了解决方法;根据大直径盾构隧道扩挖车站施工阶段关键工况的分析,对扩挖方案及管片拆除方法进行了优化;创造了一种用于对扩挖阶段的盾构隧道管片进行拆除的方法,并对盾构隧道内的临时支撑设置进行了优化。工程实践表明:在扩挖施工过程中结构自身风险及周边环境风险均得到有效控制。

隧道盾构施工下穿地铁车站出入口安全影响分析

基于有限单元法的Ansys软件,对某隧道盾构施工近距离下穿既有地铁出入口人行通道的施工过程进行数值仿真分析,得出其地层变位规律及对结构内力和变形产生的影响;提出结构安全评价新指标(斜率和曲率)并结合水平位移、竖直位移和差异沉降等指标对车站结构变形的安全性进行了分析,其评估结果与现场监测结果作对比分析,非常吻合。说明该评价指标有效、操作过程可行且结果可信,从而可利用其为类似工程的设计与施工、相关软件计算结果的使用以及结构安全评估提供依据和支持。

基于大直径盾构建造地铁工程的方案及工程应用研究

随着地铁工程外部环境及工程自身赋存环境的日趋复杂,常规的地铁施工方案实施难度及风险很大。文章依托北京地铁14号线工程实例,提出了基于大直径盾构建造地铁工程的方案,即:区间隧道采用大直径盾构(直径为10.2 m)连续掘进,一次贯通地铁区间和车站,形成单洞双线隧道;车站依托单洞双线隧道扩挖形成。并详细讨论了大直径盾构隧道结构形式、隧道掘进方案、基于盾构隧道扩挖车站方案、关键节点设计、车站扩挖施工关键技术。工程实践表明,在施工过程中结构自身风险及周边环境风险均得到有效控制。采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间隧道并在盾构隧道基础上扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路,可以有效地解决盾构区间施工与车站施工的矛盾。

北京地铁区间大盾构先行浅埋暗挖法扩挖车站致险因素与对策

针对北京某盾构扩挖车站的初步设计,结合车站周边环境、工程地质、水文地质条件、工程开挖步序、结构自身受力转换等,分析了施工中可能存在的致险因素;并针对性地提出了风险处理对策,从施工关键部位、关键施工工序等方面,分析了监控量测实施重点,为今后类似工程在风险分析及管控方面起到了一定借鉴作用。

既有隧道受邻近盾构施工作用的变形行为研究

运用基于有限元法的Ansys软件作为基本工具,对某地铁隧道盾构近距离下穿既有地铁出入口通道的施工过程进行三维数值仿真分析,得到了盾构推进过程中结构的变形规律。结果表明,隧道施工引起地层变位对近距离地下结构的影响主要源于不均匀沉降引起的结构倾斜、曲率变形以及不均匀水平位移所形成拉伸与压缩变形,同时表明地铁出入口人行通道结构在盾构通过时和施工完毕瞬间最易受到损害,应在相应的设计与施工过程中注意采取相应的措施,以保证结构的安全性。

基于盾构扩挖法的地铁联络线施工力学分析

以广州地铁3号线某区间联络线为工程背景,研究在盾构隧道断面基础上扩建地铁联络线断面的施工工法。利用有限差分软件对CRD(交叉中隔墙)法扩挖和双侧壁导坑法扩挖的施工全过程进行了模拟,得出了不同埋深、不同施工方法下喷射混凝土层应力、锚杆轴力、二次衬砌应力及施工过程地层位移的变化规律;分析了降低地下水位、增设临时立柱以及施设钢拱架等3种控制措施对降低地表沉降的影响效果。研究结论为:后行扩建隧道上半断面的开挖次序和开挖时机是影响地层变形的重要因素,应重点关注先行隧洞邻近后行洞拱腰侧二次衬砌的最大压应力等。该工法可供在盾构隧道基础上扩建小净距隧道等类似工程参考。

盾构隧道基础上修建三条平行隧道地铁车站的施工力学行为研究

结合我国地铁区间单线盾构隧道直径 6m左右的实情 ,提出了在盾构隧道的基础上修建三条平行隧道岛式站台车站方案。对该车站结构的施工力学行为进行了二维有限元数值模拟分析 ,得出了车站主体结构在施作过程中的受力特征 ,并对其施工安全性作出了评价 ,最后提出了相应的设计和施工方面的建议。

城市轨道交通大直径盾构隧道若干关键技术

研究目的:近年来,随着城市轨道交通列车运行速度不断提高,大直径盾构隧道应用越来越普遍,但设计与施工大部分仍沿袭常规6 m直径盾构隧道理念,经常面临开挖面稳定性难以控制、小半径曲线施工困难、管片端部裂缝或角部碎裂几率增大、管片拼装难度大、成型隧道质量难以控制、盾构隧道扩挖风险加剧、隧道内部变形监测数据难以直接反映隧道安全状态等难题,本文对上述主要问题展开研究,以期提高城市轨道交通大直径盾构隧道整体建造水准。研究结论:(1)为有效应对大直径盾构隧道千斤顶反力作用于管片端部的局部荷载,管片端部一定高度范围内配筋需要进行加强,减小管片裂缝几率;(2)管片纵缝设置的半圆槽与导向杆可在管片拼装阶段起到导向的作用,环缝设置的嵌锁系统可有效减少管片错台与踏步几率,提高成型隧道质量;(3)以正常使用阶段管片裂缝为控制标准,明确了一定配筋率情况下管片衬砌所能承受的最大附加变形(椭圆率),进一步提出了基于洞内变形监测数据的隧道安全计算模型;(4)基于PBA法的大直径盾构隧道扩挖技术,可实现城市轨道交通先隧后站需求,极大地增加工筹的灵活性,缓解重难点车站工期压力;(5)盾构选型与关键设备的选取原则、小半径曲线掘进、盾构刀盘选择与常压换刀等关键技术,可进一步增强大直径盾\构隧道实施水准;(6)本研究成果可为大直径盾构隧道在城市轨道交通中的大范围运用提供参考。