PBA暗挖车站施工近接南水北调暗涵地表沉降研究

北京地铁12号线四季青站工程采用洞桩法施工,应用迈达斯GTS NX数值模拟软件,对四季青站近接南水北调暗涵进行数值模拟。模拟了四种不同的导洞施工顺序,并将模拟结果与实地监测值进行对比,两者较为吻合。研究结果表明:施工方法的选择对于减少地表沉降和既有暗涵变形沉降具有重要影响,四季青站为双层单柱双跨岛式车站,“先下后上-先两边后中间”是最优的施工顺序;在导洞开挖和初支扣拱阶段地表沉降较大,施作顶底纵梁和灌注桩以及土体分层开挖阶段所引起的地表沉降较小。研究开挖过程中地铁车站和南水北调暗涵上方的地表沉降对保障施工顺利进行具有重要意义。

新建车站采用PBA法密贴下穿既有车站施工时对既有车站结构变形的影响规律

[目的]新建车站密贴下穿既有车站施工时,会对既有车站结构变形产生影响,需研究其影响规律。[方法]依托北京地铁6号线苹果园站密贴下穿既有车站工程,采用GTS-NX有限元分析软件建立有限元模型。通过与实际监测结果的对比,验证了有限元模型的计算准确性。基于有限元模型计算结果,研究了PBA(洞桩)法施工对既有车站的影响,并分析了既有车站的存在对地面沉降的影响。[结果及结论]在PBA法施工过程中,对既有车站轨道结构及既有车站结构影响较大的施工阶段为导洞开挖阶段及二次衬砌扣拱阶段;越靠近既有车站,地面沉降值越小;在监测断面位置相同时,既有车站结构断面越大,地面沉降越小;在既有车站断面尺寸相同时,越靠近新建车站开挖中心线,地面沉降值越大;既有车站影响范围与既有车站结构的断面尺寸有关。

新型PBA工法初期支护施工地层沉降规律研究——以北京某地铁站为例

PBA(pile-beam-arch)工法施工过程中地层沉降主要集中在初期支护施工过程。新型PBA车站是在传统单层4导洞PBA车站的基础上,将中间导洞联合,共用中隔壁,形成由CD法(中隔壁法)施工的大断面。初期支护施工过程地层沉降规律难以掌握。为了研究地层新型PBA车站初支施工过程地层沉降规律,依托北京采用新型PBA工法施工的某地铁车站,运用Peck理论、有限元数值分析和现场监测相结合的方法,对该车站新型PBA工法初期支护施工过程地层沉降规律进行分析。研究成果可为今后相同车站施工提供借鉴。

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。

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。

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.

地铁车站PBA法施工诱发的地表及桥桩沉降规律研究

研究目的:以北京地区某复杂条件下暗挖地铁车站工程为依托,通过FLAC模拟预测的地表及桥桩沉降规律与现场实测数据的对比分析,得到PBA法修建地铁车站诱发的地表及桥桩的沉降规律,为暗挖地铁车站的信息化施工提供技术支撑。研究结论:(1)FLAC模拟表明,随着导洞的开挖,地表产生的沉降量逐渐增加,由桥上部荷载及自重对地表土层产生的影响,在开挖初期对地表沉降起着主要作用,沉降槽曲线逐渐由双峰变为单峰,最大地表沉降位于导洞开挖的中心线位置,预测的最大沉降值和现场实测值分别为24.75 mm和25.51 mm,桥桩最大沉降量预测值和实测值分别为5.11 mm和5.89 mm,两者基本一致;(2)暗挖地铁车站PBA法施工方案和现场监测方案设计合理,地表及桥桩的沉降满足规范要求;(3)该研究成果可为地质条件差、断面大的类似暗挖地铁车站提供施工和监测参考。

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.

北京地铁粉细砂层PBA车站沉降规律研究

PBA工法工序转换复杂,易引起地表沉降,不同地层条件下的沉降规律难以掌握。尤其在含水粉细砂地层等不良地质条件下的地表沉降难以控制,对周边环境造成一定安全隐患。为研究粉细砂地层PBA车站沉降规律,通过调研北京地铁粉细砂地层PBA车站分布情况,基于监控量测数据分析不同降水条件下PBA车站地表沉降规律,并依据有限元方法进行计算验证,研究表明:1)大于相应地表沉降值的发生概率与地表最大沉降值的关系符合正态分布,有效降水和未有效降水车站地表最大沉降值分别为-85.31^-93.29 mm、-126.16^-131.35 mm,由数据拟合得出地表最大沉降值超过-60 mm的概率分别为53.30%、74.96%;2)沉降变形主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段(约占90%),上导洞施工、下导洞施工、梁柱体系施工、扣拱施工阶段沉降比例约为4∶3∶1∶2;3)沉降槽与Peck曲线趋近一致,沉降槽宽度系数在9.82~15.51 m,有效降水车站的沉降槽宽度系数比未有效降水车站的大3~5 m;4)地层损失率普遍在0.56%~0.70%,沉降槽宽度参数受降水效果影响显著,普遍在0.51~0.89。研究结论可用于初步判断粉细砂层PBA车站的地表最大沉降。

洞桩法(PBA)暗挖多跨地铁车站扣拱施工

结合已成功修建的沈阳地铁一期工程青年大街站施工,介绍洞桩法(PBA)暗挖三跨三联拱地铁车站二次衬砌扣拱施工中的模板架设及混凝土浇注等具体技术环节;同时,针对容易出现防水质量问题的扣拱与边墙反缝施工,进行经验介绍;最后,结合施工前的数值模拟及施工中的监控量测实测数据,对多跨地铁车站扣拱施工过程地表沉降特征进行分析,得出扣拱施工是PBA工法中的关键性工序。

地铁车站PBA工法的数值模拟研究

以一种新兴的地铁暗挖施工方法——PBA工法为研究对象,利用适合模拟地下工程开挖全过程的FLAC软件,采用数值计算的方法,结合具体实例对PBA工法的施工过程进行了详细的计算,得到了PBA工法施工过程中土体的扰动情况、车站结构的内力转换和变化情况以及开挖完成后车站结构的位移,对PBA工法的力学特性进行了探讨,得到了以下结论:(1)PBA工法施工全过程中,站厅层(地下一层)的开挖应该得到足够重视;(2)PBA工法形成的结构顶拱受力较大,应予以重视。这些规律可以为地铁的设计与施工提供参考。

地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响

[目的]受地面既有建(构)筑物影响,有的地铁车站两端盾构接收区车站主体围护桩无法施作,须采用洞桩法施工。对此需研究地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响。[方法]以成都地铁18号线新建倪家桥站下穿既有建筑物工程为研究对象,建立有限元模型,根据实际施工方案,对地面和既有建(构)筑物沉降特征进行分析,并采用现场监测数据进行验证。[结果及结论]采用超前大管棚、临时立柱支撑体系、7导洞分部开挖以及人工挖孔灌注桩等洞桩法施工技术,能够在有效控制地面和既有建筑物沉降的前提下,成功实现车站主体围护桩的施作;对地面沉降和既有建筑物沉降影响最大的施工步骤是导洞(1)、(3)、(5)、(7)的开挖;既有建筑物在导洞(1)、(2)处沉降明显,最大沉降值为9.62 mm,是模拟结果沉降值的1.5倍,现场监测结果与模拟结果均满足安全控制要求。

PBA工法中边桩参数对结构稳定性的影响研究

以北京地铁6号线北海北站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,研究不同的边桩嵌入深度和边桩直径下地层沉降、边桩水平位移和洞底塑性区的规律。研究分析表明:地表沉降和边桩水平位移随着边桩嵌入深度的增加而减少;当嵌入深度一定时,不同边桩直径下对边桩水平位移的影响大于对地表沉降的影响;嵌入深度与洞底塑性区特性具有明显关系,嵌入深度小会使洞底、洞顶土体产生较大塑性区。

北京地区PBA法施工暗挖地铁车站地表变形分析

暗挖法施工的地铁车站大多处在繁华的中心城区,周边环境对变形非常敏感,为了减小施工对周边环境的影响,需对施工引起的地表变形规律进行研究,以便采取针对性的控制变形措施。结合北京地铁6号线一期及7号线PBA法施工暗挖车站,针对北京地区各典型地层条件及PBA工法特点,通过对现场监测数据进行统计分析,得出:1)PBA法施工暗挖地铁车站所引起的地表沉降主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段,所发生的沉降约占总沉降量的90%;2)不同的地层采用PBA法施工所引起的地表沉降相差较大,根据施工所引起地表沉降由大到小依次为粉细砂及中粗砂层,粉土、粉质黏土层,圆砾-卵石层。

PBA车站扣拱施工顺序对上部跨河桥沉降影响分析

某PBA工法地铁车站下穿跨河桥,车站上方3根桥桩距离车站顶部仅0.6 m,合理扣拱施工工序是桥桩沉降控制的关键。采用三维有限元分析法研究了不同扣拱施工顺序及不同中、边跨开挖面错距下桥桩位移、地表沉降及车站中柱位移的变化规律。研究结果表明:先中后边顺序下车站中柱位移较大,但是桥桩及地表沉降可以得到有效控制;以最靠近车站的3根桥桩为坐标零点,扣拱施工对桥桩横向影响范围为15 m左右;4种施工方案下桥桩最大差异沉降基本相同,且随着扣拱施工步变化趋势一致;扣拱施工引起的桥桩绝对沉降和差异沉降均在允许范围内,上部桥梁处于安全可控状态;中、边跨错距为三段模式的桥桩沉降、地表沉降及中柱位移均优于中、边跨错距为六段模式;经综合比选,扣拱施工顺序建议先中后边,中、边跨开挖面错距建议为三段模式。

边桩对PBA法黄土车站地表变形的影响分析

研究目的:边桩作为PBA法施工中主要的承重构件之一,其参数对控制车站变形具有重要意义。因此,本文以西安黄土地区某PBA法施工的地铁车站为背景,分别研究不同入土深度和直径对地表和边桩变形的影响规律,从而为黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供参考。研究结论:(1)地表沉降曲线沿车站中线轴对称分布,中间沉降量最大,向两边减小;边桩水平位移曲线呈现"鼓肚"形式;(2)地表的沉降量及边桩的侧向位移随入土深度的增加而减小;随着直径的增加,地表下沉和边桩的侧向位移逐渐减小,减小速率随着相关参数的增加而减小;(3)从变化幅度来讲,入土深度达到承载力和稳定性要求后,增加入土深度对改善边桩位移影响较小;适当增加边桩桩径,可以有效改善边桩的水平位移;(4)入土深度对塑性区的分布范围具有重要意义,入土深度过小会产生较大的塑性区,影响结构的整体稳定性;(5)本研究成果可为日后黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供一定的参考依据。

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。

黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化分析

针对黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化方案及其影响,依托西安地铁8号线新植物园站工程开展研究。借助三维数值模型进行原方案与优化方案的对比分析,重点探究导洞形式优化对地表沉降及车站结构内力的影响。最后,讨论并给出PBA工法导洞形式优化施工的加固措施。结果显示:不同施工顺序下导洞形式优化导致地表沉降值增长20.41%~26.44%;车站结构内力提升且分布特征改变,但内力变化对结构安全影响较小。最优施工顺序为导洞先上后下、先边后中,扣拱先边后中。通过采用下导洞大管棚注浆与锁脚锚杆等加固措施,可有效缓解导洞形式优化引起的地表沉降变化。导洞形式优化可作为黄土地区PBA工法施工遭遇地基承载力不足问题的可靠处理方式。

地铁车站单跨PBA工法扣拱施工风险控制研究

以采用单跨PBA工法施工的中国美术馆站工程为依托,通过数值计算及工程实测方法,衡量单跨PBA各工序中存在的风险大小,从设计及施工两方面提出控制扣拱施工风险的建议。监测及数值计算结果表明:当车站扣拱跨度达到一定程度,二衬施工阶段风险将大于扣拱开挖阶段风险,在各工序中风险最大。工程通过扣拱施工采用优化扣拱节点、优化拆撑方案及加快二衬施作功效降低风险,可供类似地层及工法的工程借鉴和参考。