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。

既有交叉隧道和站台下新建地铁盾构隧道施工变形预测模型研究

在地铁建设过程中,盾构施工对既有结构的影响一直是工程施工安全和效率的关键考量因素。文章运用有限元数值模拟方法,研究广州地铁隧道A盾构施工对相邻隧道B、C和站台D的变形影响,旨在揭示新建隧道下穿既有结构时的变形规律,并预测其影响范围。研究结果表明,变形最大值位于施工轴线最近点,随着与施工位置距离的增加而减小,变形主要发生在施工平行经过期间。地表沉降呈对称分布,最大值位于隧道中部,既有隧道连接处的von-Mises应力受新建隧道开挖影响较小,应力峰值随盾构施工推进而移动,但变化幅度有限。现场监测数据与数值模拟结果高度一致,可验证该模拟方法的有效性和可靠性。文章相关研究可为地铁工程施工提供重要参考,有助于优化施工方案,提高工程的安全性和效率。

地铁盾构下穿既有车站直接磨桩技术研究

在城市中心修建盾构隧道过程中,经常遇到无法避让桩基的情况。传统拔除围护桩的处理方法存在对周围环境影响大、成本高、工期长、严重影响城市交通等问题。论文案例工程分析了地铁盾构下穿既有车站的施工难点,利用盾构机的切削能力,在盾构区间直接破除并穿越桩基,详细介绍了盾构机磨桩施工过程,采用MIDAS GTS有限元模拟分析,将对高度城市化地区的影响降到最低,同上,极大地降低了施工成本,提高了隧道路线选择的灵活性。

顶管法施工对邻近地铁盾构隧道的安全影响研究

无锡某泵站工程采用顶管法施工,顶管近距离跨越运营地铁隧道。为保证运营地铁隧道结构安全,施工前采用有限元分析软件PLAXIS 2D和PLAXIS 3D模拟施工过程,预测了顶管法施工对隧道变形的影响,同时在施工期开展了全过程的安全监测。基于模拟结果和实测数据对比分析,得出以下结论:隧道变形均满足规范中对隧道结构变形的控制要求;数值分析结果与实测结果变形规律基本一致,顶管施工引起下方地铁盾构隧道的竖向变形表现为隧道隆起,水平变形相对较小,隧道收敛表现为横向压缩、竖向拉伸;顶管穿越施工引起下方盾构隧道上浮和轮廓收敛变形,隧道最大变形均发生在顶部,施工过程中应加强对隧道顶部上浮和轮廓收敛的监测工作。顶管法施工上跨地铁运营隧道的影响结果可为类似工程安全控制提供一定参考。

地铁盾构区间隧道连续穿越既有铁路桥影响研究

随着城市化进程的发展,在地铁建设中盾构隧道不可避免地会从既有桩基的周围穿过,而盾构隧道开挖时造成的地层损失导致桩基变形,对上部结构的稳定和运营安全造成一定的影响。因此,对盾构隧道掘进施工引起临近桩基变形的影响进行研究十分必要。文章对地铁盾构施工连续下穿既有铁路桥动态施工过程进行模拟,分析不同净距下桩基沉降及相邻桩差异沉降变化,预测盾构施工对既有铁路桥的影响,为盾构施工控制提供技术支撑,也为其他类似工程提供借鉴。

盾构穿越类型对既有隧道变形与损伤影响

变形与损伤是评价结构影响的两个不同类型的指标。在穿越工程中,隧道保护标准几乎都采用以隆沉大小、差异沉降以及曲率半径等为主的变形类保护指标,因此研究这两类指标之间的关系和符合程度,对隧道保护指标的合理判定具有重要的现实意义。以徐州地铁1号线典型标段区间隧道为例,基于新建隧道不同穿越类型下对于既有隧道的影响,对变形和损伤两类指标进行分析。结果表明:隆沉位移的绝对值与损伤因子并无直接关系,而隧道曲率和环面相对扭转则对损伤因子的开展影响较大,且当曲率符合规范时,拱底损伤因子发展仍有可能引起地铁隧道运营期渗漏,建议在评价运营期盾构隧道时加入损伤指标。

地铁车站标准化断面人行通道类矩形顶管机的针对性设计与施工技术——以上海轨道交通14号线静安寺站工程为例

为实现城市核心区地下交通线网人行通道的绿色高效建造,探讨将现有断面形式多样、施工工艺繁杂的地下人行通道建造技术标准化、规范化的可行性,依托国内首个软土地区大断面矩形顶管法暗挖车站——上海轨道交通14号线静安寺站工程,在确定其站厅层人行通道断面形式设计的前提下,针对性地研制全断面类矩形隧道掘进机。详细介绍适应此种断面隧道开挖的类矩形顶管掘进机的切削系统、壳体系统、纠偏中继间系统、主顶进系统、驱动系统、螺旋机出土系统等主要系统的针对性设计;开发与此装备相适应的施工工艺,研究其进出洞地基加固、洞门止水、施工参数控制、管节减摩泥浆及控制施工工艺、土体改良等主要施工控制措施。现场实测变形数据分析表明:隧道轴线要求控制在±50 mm,地表沉降控制在-15.49~5.03 mm,满足工程要求,为城市轨道交通建设中实现全断面机械法开挖人行通道提供了一种标准化的解决方案。

富水软弱地层盾构区间近距离下穿既有运营地铁区间设计关键技术研究

新建地铁区间近距离下穿既有运营线路的情况越来越多,特别在富水软弱地层,地下水位高、土层压缩性高、承载力低,在下穿过程中极易造成既有区间结构较大变形,影响既有运营线路安全。本文以天津地铁4号线盾构区间近距离下穿既有9号线区间为例,通过采用合理的技术措施,保障了工程的顺利实施。此外,通过数值模拟分析了盾构下穿既有线时的变形情况,并与施工实测数据进行对比,变形趋势基本一致,可为后续类似工程提供参考。

复杂环境下不同工法地铁结构多次穿越大型市政立交桥及挡墙影响分析

地铁车站和区间采用不同工法多次穿越同一座立交桥和挡墙,且结构、工法分界接口处于桥梁受力复杂连续梁段的工程较为罕见。为研究各工法和不同施工阶段对立交桥及挡墙的影响和敏感程度,以复杂环境下的北京地铁12号线人民大学站、苏州桥站—人民大学站区间为整体分析对象,采用经验公式及有限元计算分析等方法,研究各施工阶段和采取措施前后对桥梁、挡墙的影响,并将计算得到的理论值和现场施工的实际监测值进行对比分析。结果表明:1)采取洞内措施+洞外措施+协调南北侧施工部署、加强监测及关键工序控制等综合处理措施效果明显,尤其是桩底注浆、桥梁主动顶升和承台横系梁等非常规措施的采用,证明了车站和区间结构的设计方案及施工方案合理可行;2)车站主体结构采用PBA工法,开挖断面大、工序衔接复杂,车站主体施工阶段对沉降影响最大;3)盾构区间采取隔离措施的1轴桥桩沉降与其他桥桩基本相当,类似工程采取隔离措施的必要性不大;4)无论车站处还是区间处挡墙,沉降趋势及总沉降均与地面沉降及变形趋势基本一致。

地铁近距离下穿运营国铁扩底桩基础站房技术研究

为研究地铁近距离下穿运营国铁扩底桩基础站房加固措施,本文以太原某地铁盾构区间与站房成约90°夹角、竖向近距仅为4.0m、从正中央下穿为工程背景,采用理论分析、三维数值分析相结合的方法,模拟盾构左右线先后下穿站房的施工过程,对盾构隧道下穿既有站房变形趋势及变形量进行预测。针对盾构下穿站房预加固措施实施局限性大、对车站运营组织影响大等特点,给出适宜的加固措施;并对加固措施进行理论分析,结果表明,在不采取站房加固措施的情况下桩基础最大沉降5.5mm,采取加固措施后桩基础的最大沉降降低至3.3mm,计算结果表明了加固措施在抗变形、提高桩基础站房整体性上具有较好的效果。

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。

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。

地铁隧道建设与运营对地面房屋的沉降影响与对策

结合上海某地铁隧道穿越地面既有严重倾斜危房的工程实例,计算分析盾构穿越引起的施工期沉降、后期固结沉降及其对房屋的影响。基于地铁运营期间列车循环振动对隧道周边土性及孔隙水压的影响测试规律,提出地铁运营期列车长期振动下沉降的实用估算方法,预测分析地铁运营期列车振动引起的长期沉降。在此基础上制定相应的建设期施工对策,并提出地铁运营期四阶段维护控制设想,对当前形势下的软土地区地铁建设与运营具有现实指导意义。计算结果同时表明,地铁振动导致的长期沉降中约80%发生在隧道建设后10 a内,因此这10 a是采取措施的关键时期。

盾构法与明挖法结合建造地铁车站的结构方案研究

盾构扩挖法建造地铁车站能够很好地解决地铁建设中盾构过站的问题。选取北京地铁10号线三元桥车站自起始里程18.6 m范围作为试验段,开展盾构法与明挖法结合建造地铁车站的结构方案研究。根据三元桥车站试验段的地理位置和建筑结构设计要求,进行塔柱式和立柱式共4种车站型式的结构设计,比选后推荐采用2.5 m侧站台立柱式车站结构方案。对该新型地铁车站结构设计中的关键问题,即特殊管片结构以及管片与车站主体结构连接的节点设计进行详细探讨,同时对结构防水方案进行研究。该结构方案符合国内目前的盾构技术和经济水平,为后续的研究工作奠定良好的基础。

配合盾构法修建地铁车站的技术方案

在介绍国外利用盾构法技术修建地铁车站的基础上,针对我国目前修建地铁区间盾构隧道时,采用直径6m左右单线隧道的实际情况,提出了在区间盾构隧道的基础上扩建地铁车站的4种施工方案.根据广州地铁3号线林和西路站的主要技术标准、修建规模以及各施工方案的特点,设计了相应的车站结构.最后,讨论了应解决的主要技术问题,包括施工步骤、车站结构设计方法、特殊管片的设计、环境控制和工程造价.

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。

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。