砂卵石地层浅埋地铁车站暗挖施工关键技术

研究目的:针对富水砂卵石地层地铁车站明挖法施工面临的道路交通问题,本文依托成都富水砂卵石地层首次采用暗挖法施工地铁车站的成功案例,对暗挖法施工关键工艺开展研究,指明了暗挖导洞设置及其开挖时序、地层超前预加固方式、初期支护类型、永临结合钢管柱以及拱形盖板扣拱等关键工艺,明确了富水砂卵石地层浅埋大跨地铁车站首次采用暗挖法施工的可行性。研究结论:(1)基于“化整为零”的思路,借助大刚度管幕超前支护,明确了导洞设置原则,采用多导洞法实施钢立柱与盖板(顶板)后,可按盖挖法理念完成超浅覆土下的地铁车站暗挖施工;(2)浅覆土管幕打设精度与地层扰动控制是富水砂卵石地层沉降控制的关键,应遵循“精准定位、及时纠偏,欠土顶进、严控超挖,先低速后匀速”的基本原则;(3)基于初期支护主要以被动承载为主,格栅钢架经济性好、施工方便,喷混后抗弯刚度增幅将近8倍,且大于工字钢喷混后等效抗弯刚度,宜采用格栅钢架;(4)顶部预埋倒L形钢板的“蛇形”中立柱,可实现两侧衬砌结构的有效连接与水平向有效传力,液压反循环钻机可满足小净空条件下高精度永临结合钢管柱施作需要;(5)本研究结论可为类似地层暗挖法车站施工提供借鉴与参考。

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。

大跨度暗挖地铁车站台阶法施工沉降特点研究

以青岛某地铁车站工程为背景,针对大跨度地铁车站主体隧道台阶法施工,利用MIDAS/GTS仿真数值模拟软件对不同台阶数量的开挖方案进行模拟研究,并结合工程现场监测数据,经过对比分析得出基于坚硬岩石地层条件下大跨度地铁车站台阶法施工沉降特点,从地表沉降控制的角度提出合理的台阶数量,为类似工程的开挖方案设计与施工沉降控制提供参考依据。

浅埋大跨度地铁隧道下穿高层建筑施工控制研究

浅埋大跨度地铁隧道近距离下穿高层建筑,容易造成隧道围岩偏压失稳、建筑物基础不均匀沉降等现象。以青岛地铁隧道近距离下穿高层建筑为工程依托,选用数值计算结合现场监测的方法,研究了地铁区间隧道施工过程的围岩变形特性及建筑物基础稳定性,并提出了相应的施工控制措施。研究表明:下穿隧道采用三台阶法开挖+超前注浆加固+及时施做初期支撑的施工控制技术,隧道拱顶变形与建筑物基础沉降差异均能满足安全要求;下穿隧道采用三台阶法开挖时的沉降数据表明:上台阶开挖是控制地层变形与建筑物差异沉降的关键步骤,施工时要及时施做后期支护,尽早做到闭合成环。

岩质地层暗挖车站施工设计关键技术研究

针对岩质地层条件下暗挖法地铁车站设计中遇到的隧洞开挖方式、衬砌支护参数,以及主体结构与风道结构的接口设计方案等几项关键技术,运用数值计算与理论分析相结合的手段,并利用现场实测数据进行对比分析,研究表明:双侧壁导坑法施工工艺是安全可行的,初期支护结构可以按破损阶段法进行验算,超前支护与封闭钢架相结合的方式能形成完整的支护体系,并能确保车站主体结构与风道结构接口处的步步封闭与施工安全。通过分析还发现,围岩应力和位移变化较大的区域主要集中在隧道拱顶与拱脚附近,施工过程中的安全系数呈现先减小后增大的变化趋势。研究结论对类似地层条件下的暗挖法地铁车站提供借鉴与参考。

大连地铁2号线兴工街站浅埋大跨隧道双层初期支护组合形式及合理参数分析

拱部采用双层初期支护的浅埋大跨地铁隧道工程实例十分有限,支护结构的组合形式选择与每层厚度确定还缺乏经验。针对这一问题,以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,通过现场试验与数值模拟,分析双层支护的组合形式及支护的刚度比对结构上的围岩压力及隧道上覆地层沉降的影响。研究表明:1)在双层格栅、外层型钢-内层格栅、外层格栅-内层型钢3种组合形式中,外层格栅-内层型钢最适合兴工街车站隧道,合理的支护厚度为外层35 cm,内层20 cm。2)外层初期支护为主要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而增大;内层初期支护为次要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而减小。

大跨地铁隧道组合工法穿越断层时的围岩变形控制分析

以深圳轨道交通2号线新莲区间隧道为工程背景,针对大跨地铁隧道穿越断层的围岩变形与控制问题,采用FLAC3D数值模拟,分析双侧壁导坑工法与CD工法不同组合穿越断层的围岩变形规律与注浆控制效果。结果表明:1)隧道穿越断层破碎带时,Ⅳ、Ⅴ级围岩交界并与断层相交的拱顶处以及Ⅴ级围岩与断层相交的拱腰处的围岩位移最大,是变形控制的关键部位; 2)双侧壁导坑法穿越断层对大跨地铁隧道的围岩变形控制较好,工程实际工法组合下围岩变形的最大影响范围为12.4 m,围岩位移控制较好,工法组合合理有效; 3)注浆加固对断层破碎带处围岩变形模式的影响与控制作用明显,注浆后围岩变形区域由未注浆的"枣核形"变为较均匀的"椭圆形"; 4)提出位移控制率均值的概念,以定量描述围岩的注浆效果,隧道穿越断层时3 m厚度注浆的围岩位移控制率均值达51%,围岩变形控制效果较优。

地铁大跨度隧道垂直挑顶施工中的围岩力学分析

基于深圳地铁2号线新秀站—莲塘口岸站区间隧道工程,提出了一种适用于软弱围岩大跨度隧道垂直挑顶开挖的施工方法,并采用FLAC3D软件对该挑顶施工全过程进行模拟计算,对施工过程中的围岩进行了力学分析,以解决交叉段隧道挑顶开挖过程中围岩变形控制的难题。模拟计算结果表明:挑顶开挖主要影响了拱顶处的围岩应力重分布,斜井开挖使得正洞相邻拱腰处产生压应力集中,正洞开挖顺序造成斜井拱腰处应力分布不对称;落斜井坡道和正洞下台阶时斜井拱腰水平收敛发生突变,这对隧道拱腰应力分布产生了较大影响,应作为施工的重点关注区域;挑顶开挖使正洞和斜井拱顶的围岩塑性区贯通,在落斜井坡道和正洞下台阶时该塑性区进一步扩展,此区段施工时应加强支护,并减缓施工速度。

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。

洞内大轴力大跨径拱式桩基托换在地铁建设中的研究与应用

广州地铁某新线区间矿山法隧道,因线站位设置需近距离下穿某大型地下空间,与其5根既有桩基冲突,需要进行托换。受各制约因素影响,工程采用洞内拱式托换方案,然而本次托换的桩轴力、隧道跨径和现场条件的复杂程度,均远超一般洞内托换。以洞内大轴力大跨径拱式桩基托换为研究对象,通过工程类比的方法总结出托换结构断面高宽与托换跨径和桩轴力之间的经验关系(尺寸初拟规律),并进一步通过2D荷载结构法进行内力分析和3D地层结构法进行变形模拟,对托换结构的承载力和正常使用极限状态进行验证,证明了洞内拱式托换可适用于大轴力大跨径情况,验证了托换结构尺寸初拟规律的可应用性。

地铁大跨隧道下穿既有城市道路隧道施工风险评估及控制

以成都地铁18号线西博城站南段暗挖区间大跨隧道下穿既有城市道路隧道为研究对象,采用模糊层次分析法对暗挖大跨隧道下穿既有隧道施工风险概率进行多层次综合评估,并采用后果当量估计法对暗挖大跨隧道下穿既有隧道的施工风险损失进行量化分析,同时结合风险概率和风险损失的评估结果确定了地铁暗挖隧道下穿既有隧道施工的总体风险等级,并总结了控制暗挖隧道下穿既有隧道施工风险的工程措施。

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。

地铁大跨隧道开挖支护及临时支撑拆除方案研究

北京地铁12号线三元桥站—芳园里站区间停车线隧道沿城市主干道下方敷设,具有隧道断面类型多、隧道跨度大、上方道路沉降控制标准高的特点。为此,对该大跨停车线隧道进行了超前深孔注浆、导洞开挖、临时支撑拆除等方案的研究。研究结果表明:随着超前深孔注浆厚度的增大,地表沉降逐渐减小,但当注浆厚度达到2 m以后,增大注浆厚度对控制地表沉降的效果逐渐降低,因此,提出了最优注浆厚度的概念;导洞开挖应采用先上导洞、后下导洞,先边导洞、后中导洞的开挖顺序;二衬施工应采用跳仓拆除临时支撑的方案,且跳仓长度8 m较适宜。

浅埋大跨地铁隧道双层叠合初支拱盖法施工力学机理及关键施工步骤分析

广州市轨道交通11号线华景路站—华师站间浅埋大跨段,因地质条件较差、周边环境复杂,所以为保证该浅埋大跨段的施工效率和施工的安全性,创新性地采用了双层叠合初支拱盖法进行施工,但该施工方法与其他拱盖法相比,也存在工序更加复杂、对施工水平要求更高等问题。基于此,为了定量分析该工法施工的力学机理及关键施工步骤,利用有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型对施工全过程进行模拟,研究了大跨隧道施工过程中地表、拱顶沉降及支护结构应力随施工步骤的演变规律。研究结果表明:中部导洞的开挖与临时支撑的拆除将导致围岩位移和支护结构受力大幅增加,是双层叠合初支拱盖法的关键施工步骤,在实际施工中应当重点关注。