Risk identification and risk mitigation during metro station construction by enlarging shield tunnel combined with cut-and-cover method

Constructing a metro station by enlarging shield tunnels combined with a mining/cut-and-cover method provides a new method to solve the contradictions of construction time limits of shield tunnels and stations. As a new-style construction method, there are several specific risks involved in the construction process. Based on the test section of Sanyuanqiao station on Beijing metro line 10, and combined with the existing methods of risk identification at present, including a review of world-wide operational experience of similar projects, the study of generic guidance on hazards associated with the type of work being undertaken, and discussions with qualified and experienced staff from the project team, etc., the specific risks during the construction process of the metro station constructed by enlarging shield tunnels combined with the cut-and-cover method are identified. The results show that the specific risks mainly come from three construction processes which include constructing upper enclosure structures, excavating the soil between shield tunnels and demolishing shield segments. Then relevant risk mitigation measures are put forward. The results can provide references for scheme improvement and a comprehensive risk assessment of the new-style construction method.

反拉式顶管法施工联络通道对地铁盾构隧道力学性能影响

为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特殊管片应力及变形、螺栓受力的影响,并分析反力模式对主隧道管片力学特性的影响。结果表明:1)始发管片破除对主隧道力学性能影响较大,随着联络通道进一步开挖,主隧道受力和变形缓慢增大。2)管片间最大错台位移为1.17 mm,发生在特殊管片与普通管片接缝底部。特殊管片最大拉应力为18.6 MPa,出现在开口的顶、底部;最大压应力为27.0 MPa,出现在开口的腰部;最大横向扩张位移和竖向收敛位移分别为2.13 mm和4.56 mm。主隧道管片环间螺栓最大拉应力为213 MPa。3)背推式反力模式更利于控制开口处的横、竖向位移,反拉式反力模式更利于控制开口对面管片应力变形及其接缝处错动位移。

双洞单线地铁隧道下穿既有隧道工程施工扰动评价方法研究

针对下穿工程中新建地铁隧道与隧道净距有关的施工叠加扰动问题,基于层次分析模型,建立双洞单线地铁隧道(简称“新建隧道”)下穿工程施工扰动评价方法,结合隧道结构的施工力学特性,分析水平净距对隧道间的施工扰动影响规律。依托苏州地铁3号线金东区间下穿既有地铁1号线区间隧道工程,采用数值分析方法分析新建隧道水平净距对施工力学特性的影响规律,并给出了地表沉降与水平净距、既有隧道变形与水平净距的函数拟合关系加以验证。研究表明:(1)既有双线隧道变形曲线由“V”形过渡至“W”形,水平净距超过9D(D为隧道直径)后,新建隧道变形曲线呈双“V”形;(2)当水平净距大于9D后,既有隧道穿越的上方地表变形范围趋于稳定;(3)既有隧道变形随着隧道水平净距的增加而减少,当水平净距达到9D后,其变形范围趋于稳定;(4)新建隧道后行洞施工会引起先行洞的附加变形,当水平净距大于6D后,该附加影响可忽略。(5)随着水平净距的增加,施工扰动逐渐降低并趋于稳定。净距达到3D时,施工扰动程度的变化率最大,确定了下穿既有双线隧道的新建隧道最小水平净距为3D;当新建隧道的水平净距大于7D后,既有双线隧道不存在叠加扰动。

地铁盾构区间隧道近接下穿综合管廊影响研究

地铁盾构区间隧道施工下穿既有综合管廊时,周围土体产生扰动,引起周围土体的变形,会使既有综合管廊产生附加应力和变形,威胁结构安全。为了研究盾构隧道下穿过程中对既有综合管廊的影响,探索不同穿越交角下既有管廊的变形规律,采用三维有限差分法进行模拟,分析盾构隧道施工过程中既有综合管廊的沉降变形规律、地基加固对管廊沉降的控制效果及不同下穿交角对既有综合管廊沉降的影响。计算结果表明:既有综合管廊在盾构机附近主要产生纵向上的不均匀沉降,随着盾构掘进,沉降逐渐增大,进行地基加固后能够有效减小既有管廊的沉降变形。当下穿交角较小时,既有综合管廊沉降变形增大。通过本文的研究,可以为类似工程提供指导。

中心城区城市综合管廊与地铁合建型式研究

[目的]中心城区地下综合管廊受地面实施条件与地下空间限制,可实施性差。对此,提出将综合管廊与地铁合建,实现同步规划、同步设计和同步实施,并探究综合管廊与地铁合建的不同型式。[方法]对管廊与地铁结合建设的必要性与建设原则进行研究。针对城市综合管廊与地铁合建型式进行分析。以广州中心城区地下综合管廊工程与广州地铁11号线合建项目为例,从用地节约、施工难度、协调要求等方面,分析不同结合型式的特点及适用情况。在结合各典型案例的具体情况讨论合建型式的适用性。[结果及结论]管廊与地铁相结合,同步规划、同步设计和同步实施,可以减少土地资源的占用,合理利用地下空间资源。共建共构是管廊与地铁结合建设宜优先采用的结合型式,可以大幅节省造价,最大程度地发挥合建的优点。管廊(井)与地铁主体和附属结构的结合方案的最终确定需因地制宜,结合现场实际情况综合确定。

建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收关键技术研究

建筑物下方常规矿山法地铁隧道盾构接收无地面注浆加固及井点降水条件,为避免地表及建筑物变形过大且确保盾构接收无水条件,提出超前大管棚+两道端头墙+洞内回填砂浆+洞内潜埋井降水的盾构接收方案。以成都地铁5号线科园站—九兴大道站区间建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收工程为背景,运用有限元方法分析研究建筑物下矿山法地铁隧道盾构接收地表及建筑物的沉降变形规律,并辅以现场实测手段验证。研究结果表明:基于洞内回填砂浆体及潜埋井降水的盾构接收方案地表沉降极值为3.81 mm,小于地表沉降控制值,且距矿山法隧道端头墙约35 m范围盾构掘进对地表沉降影响显著,施工期间应加强监控量测;盾构接收段正上方建筑物沉降极值为8.52 mm,亦小于建筑物沉降控制值,地表及建筑物沉降极值均位于盾构隧道轴线正上方,且现场实测值与计算值基本吻合,该洞内盾构接收技术方案合理可行且安全可靠。

快凝低强度浆液填仓法盾构带压开仓换刀施工技术研究

在软硬不均和溶洞区地层中,土压平衡盾构机掘进极易造成刀盘磨损严重和地表沉陷等不良后果。针对衡盾泥开仓法工期长、费用高的缺点,研发一种适合上软下硬及岩溶地层的快凝低强度浆液填仓开仓换刀技术。该技术从优化惰性浆液填仓提升气密性、改进浆液拌制工艺、实施土仓内渣气置换及加强土仓气密性检测4个技术方面,明确惰性浆液填仓法的施工原理,总结在高岩溶发育区采用惰性浆液填仓法进行盾构带压开仓换刀的施工流程,并对关键技术开展研究。现场实践表明,惰性浆液填仓法高质高效实现土仓保压,降低施工安全风险,经济和社会效益显著,成功助力盾构机穿越高岩溶发育区。

地铁区间盾构与联络通道冻结同步施工技术

在地铁盾构隧道施工中,联络通道作为重要的结构部分,其施工安全与稳定性直接影响整个隧道的运行安全。地铁区间盾构与联络通道冻结同步施工技术是一种安全、有效、经济的施工方法,特别适用于复杂地质条件下的地铁隧道施工。采用冻结同步施工技术,可通过地层冻结形成高强度、封闭性好的冻土帷幕,防止管涌和流砂等地质灾害。本文通过实施冻结同步施工技术,成功实现了地层的有效加固和对地下水位的有效控制,防止了施工过程中的管涌和流砂现象。

半盖挖法下地铁盾构始发平移施工技术研究

半盖挖法是目前地铁车站基坑施工常用的施工工艺之一,能够有效保证地面交通的正常通行,但同时也导致采用半盖挖法处的车站基坑盾构始发困难。因此,依托山东省济南市地铁4号线燕山立交桥东站的盾构始发施工,针对盾构机等大型机具的吊装下井、盾构机组装和井下平移等环节进行了分析;总结了盾构机吊装、平移的施工步骤,确定了平移轨道的铺设以及平移托架的布置等施工技术要点,验算了平移托架以及顶推油缸的作用力与承载力;同时进行了风险因素分析,提出了盾构机在吊装时出现高空坠落、平移时出现倾覆或机械伤害时的应对措施。该盾构机井下平移方案对于类似大直径盾构始发施工具有参考意义。

砂卵石地层地铁区间下穿机场停机坪施工技术

为减小地铁区间下穿机场停机坪施工引起的地表沉降,保证机场正常运营,依托成都轨道交通30号线下穿双流机场工程,采取微动探测技术、优化同步注浆参数、洞内注浆加固围岩等措施;采用有限元软件对盾构施工过程进行模拟,分析飞机荷载对地表沉降的影响。结果表明:飞机荷载作用下地表沉降增大,地表沉降曲线呈W型,左线隧道中线地表沉降最大,其值为5.37mm,满足机场地表变形控制要求;微动探测技术可有效探测不良地质体,减小地表滞后沉降。

盾构机拆解硐室施工技术在新景煤矿中的应用

在煤矿井下,盾构机施工的巷道无法像地铁施工那样直接从地面开挖硐室拆除盾构机。如果在盾构机后方进行解体硐室施工,挑顶、刷帮时放炮会对设备造成损坏,并且当盾构机后退时,巷道内的支护会对盾体产生损伤。此外,盾构机也无法直接施工大断面的解体硐室,只能通过新掘进一条措施巷,绕过盾构机盾体,在刀盘前方施工出50 m的解体硐室,这种方法需要额外设置运输系统,并且盾构机拆除后措施巷将被废弃。以新景煤矿拆解硐室施工为研究背景,应用新设计思路解决了盾构机拆解硐室施工问题,无需施工措施巷,只在盾构机施工的巷道内继续掘进,利用盾构机掘进配合普通钻爆法施工出盾构机解体硐室,在盾构机解体之后可以利用原有巷道上已建立起来的运输系统进行运输。

岩溶地区地铁隧道盾构施工风险识别与评价研究

贵阳市地铁3号线盾构施工区间岩体内存在多处溶孔、垂直溶洞和溶蚀破碎带,在这种复杂地质条件下,盾构施工工期长且施工技术复杂。采用可考虑多因素的层次分析法对岩溶地区地铁隧道盾构法施工风险进行研究:首先,根据工程现场资料及专家咨询意见建立岩溶隧道盾构法施工风险评价指标体系,包括盾构掘进风险、周边环境风险、自然及地质风险3个一级指标,盾构机选型与刀盘、刀具选型和盾构进出洞加固等13个二级指标和相应风险源;然后,利用层次分析法分别计算各个风险指标权重,并结合专家打分法对岩溶隧道盾构法施工风险进行综合风险指数计算;最后,根据计算得到的风险指数确定隧道施工风险等级,并给出相对应的风险控制措施。将该风险评价模型应用于贵阳市轨道交通3号线农学院站—花溪公园站区间盾构法施工中,得到总体风险等级为Ⅱ级,该结果与现场施工情况基本吻合,说明该模型具有较好的实用性。

广州地区地铁盾构隧道降温升级改造技术研究

在地铁隧道施工过程中,由于盾构机功率大、散发热量高,若与外界环境换热不及时则会使得洞内高温。为了改善地铁盾构施工的高温环境,基于广州地铁22号线某盾构隧道区间降温设备升级改造工程,采用理论计算分别对盾构机周边各点温度、降温目标所需制冷总功率进行计算,获得了现场各点温度走势图及制冷总功率。工程实践结果表明,所采用的降温措施使隧道内外循环降温由原来的1~2℃增加到10~12℃,有效地提高了内外循环换热效率,改善了盾构设备的产热降温问题。

石家庄地铁区间盾构法与矿山法经济性比选

盾构法与矿山法是地铁区间主要的施工方法,施工方法是影响地铁造价的主要因素之一。以石家庄地铁4号线为例,建立了石家庄地铁区间盾构法与矿山法的造价公式。通过比选石家庄地铁盾构法与矿山法的经济性,得到了盾构法与矿山法的经济性指标均为线性的结论,同时区间短于562 m时采用矿山法的经济性优于盾构法。该研究方法可为其他城市地铁区间施工方法的选择提供参考。

地铁盾构施工区间下穿既有铁路的风险管控研究

针对郑州地铁6号线多个区间下穿既有铁路的施工特点与工况变化,采用层次分析法和综合指数法进行盾构施工的风险评估和风险排序,选取风险较大的区间建立盾构开挖的数值模型,分析土体的变形特征。最后,结合数值模拟结果确定合理的风险管控措施,确保盾构施工造成的地表沉降被控制在合理范围内。本案例的成功经验可为类似工程的施工风险管控提供参考和新的思路。

地铁盾构在矿山法隧道内接收空推与二次始发施工技术应用研究

地铁隧道施工多以盾构法和矿山法为主。传统的做法是两种工法独立使用,对于同一区间隧道同时采用两种不同的工法,因彼此联系不紧,其经济性不强,效率不高。结合福州某地铁隧道工程实例,在现有暗挖隧道施工工艺、施工方法的基础上,对盾构在矿山法隧道内接收、空推和二次始发的3个关键环节进行技术探索与创新,并通过新技术的应用,将两种传统工法有机紧密结合,利用各自优势,扬长避短,其技术成果可为类似工程借鉴参考。

富水复杂环境下盾构法联络通道施工技术研究

地铁区间隧道因消防疏散要求需设置联络通道,在地层条件复杂、周边存在敏感建(构)筑物的城市中心地区,传统联络通道施工工艺有着较大的施工安全风险,可能会对城市造成重大的安全隐患。为降低施工风险,保障城市安全,在充分论证各项施工工艺的基础上,研究盾构法联络通道施工技术。以深圳地铁5号线黄东区间盾构法联络通道为研究背景,通过理论分析、工程类比、现场验证等方法,比选富水地层环境下联络通道施工工艺,研究正线特殊环钢管片处理、洞门注浆加固、接收始发特殊设计等针对性措施。结论表明,在富水地层复杂环境下盾构法联络通道施工安全可控,环境适应性强;采用钢-玻璃纤维复合管片、洞门焊接处理、钢套筒接收始发、环形支撑体系等针对性措施,可以提高施工时结构体系刚度、防水性能和防止周边变形,减少对深南大道和周边建(构)筑物影响,使得盾构接收、掘进和始发全过程安全可控,确保了盾构法联络通道的施工安全。

青岛地铁8号线复杂环境长大过海隧道设计关键技术

目的:地铁长大区间海底隧道穿海距离长,地质条件和海域环境较为复杂,其设计难度大、施工风险高,可参考工程案例及施工经验匮乏,应对地铁长大过海区间土建、通风防灾、给排水及消防等设计关键技术进行深化研究。方法:基于青岛地铁8号线(以下简称“8号线”)海底区间隧道的工程概况、地质条件、海域环境及设计标准,对盾构法、矿山法、沉管法和堰筑明挖法等4种施工方法进行比选。在确定施工方法的基础上,进一步对该工程穿越大型海底断层破碎带施工、泥水盾构在海底高水压复杂地层中长距离掘进、海域段软弱地层联络通道施工等海底复杂地质情况制定了应对措施,提出了通风防灾、给排水及消防等方面的设计关键技术,并创新性地提出了采用机械顶管法修建海底联络通道、海底高水压饱和气体带压换刀等设计理念。结果及结论:单一施工方法难以满足地铁长大海底隧道复杂多变的地质,可根据不同施工方法对海底地质的应对能力采用组合工法修建海底隧道。

软土地层中地铁盾构施工引起地表沉降的三维有限元分析

盾构法是软土地区地下隧道施工的一种常用工法,但对于盾构推进过程中引起软土地层移动和地表沉降的原因及机理,人们还缺乏足够的认识和工程实践经验积累,有待进一步深入研究。为此,以杭州地铁1号线某区间地铁隧道开挖为例,利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析,得到隧道开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线,分析了隧道地表沉降沿横向分布随盾构推进的变化规律、地表沉降沿纵向分布随盾构推进的变化规律和不同深度处地层的沉降变化规律。所得结论对软土地区地铁隧道设计与施工有一定的参考价值。

盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望

随着我国城市地铁的大力发展,盾构法作为安全、环保、快速的建设手段,在地铁隧道修建中得到了广泛应用,已逐渐成为国内外研究的热点.通过综述我国城市地铁盾构隧道修建技术的发展历程及近期新的发展趋势,讨论了采用盾构法修建地铁隧道存在的技术问题,介绍了近期国内外盾构设备制造技术与选型技术、盾构施工对环境的影响及控制、复杂条件下盾构隧道结构性能、盾构隧道衬砌结构劣化特征与耐久性的相关技术研究与新进展,展望了未来我国地铁盾构隧道关于特种断面盾构的制造与应用、盾构扩挖修建车站技术、灾害与事故的影响与评估,以及衬砌结构安全性评价与维修养护体系的建构等的发展方向与研究趋势.