Study on influence of ground settlement in bored metro tunnel

At present the bored construction method is one of the main construction methods of metro and tunnel construction in China. The empirical estimated formulas of tunnel ground surface settlement using the bored construction method were obtained, combining the mechanical stimulant calculated result of tunnel model of different embedded depth, different cross section and different construction method and the actual measurement data of Beijing metro construction. According to the regressed analysis of calculated data, the calculated equations of ground surface settlement value and settlement range of tunnel section under the condition of different embedded depth, different cross section and different construction method were gained. Among them there are some empirical formulas can apply to the construction design of metro tunnel directly.

Performance of the suspension method in large cross-section shallow-buried tunnels

Large cross-section tunnel construction induces ground surface settlements, potentially endangering both subterranean projects and nearby above-ground structures. A novel tunnel construction method, known as the suspension method,is introduced in this paper to mitigate surface settlement. The suspension method employs vertical tie rods to establish a structural connection between the initial tunnel support system and the surface steel beam, thereby exerting effective control settlements. To analyze the performance of the proposed method, systematic numerical simulations were conducted based on the practical engineering of Harbin Subway Line 3. The surface settlement and vault settlement characteristics during construction are investigated. The results show a gradual increment in both surface and vault settlement throughout the construction process, culminating in a stabilized state upon the completion of construction.In addition, compared to the double-side drift method and the Cross Diaphragm Method(CRD) method, the suspension method can obviously reduce the surface settlement and vault settlement. Moreover, the surface settlements and the axial force of tie rods were continuously monitored during the construction process at the trial tunnel block.These specific monitoring measurements are illustrated in comparison to numerical analysis results. The monitored results show great agreement with the numerical predictions, confirming the success of the project. This research can serve as a valuable practical reference for similar projects, offering insights and guidance for addressing ground surface settlements and enhancing construction safety in the domain of large cross-section tunneling.

南京江北新区地铁盾构开挖引发地面沉降三维数值模拟预测

为研究地铁盾构施工引起的地面沉降问题,首先以Biot固结理论为基础,将土体本构关系拓展为黏弹塑性,考虑土体渗透性的动态变化,建立了地铁盾构引发地面沉降的三维全耦合数值模型;然后以南京地铁11号线江北新区马骡圩站至石塘公园站盾构施工区间为例,模拟预测了该盾构区间的沉降量,并完成了模型的校准;最后利用该模型模拟预测了地铁盾构开挖所引起的地面沉降规律,并模拟了盾构拱顶上方土体和盾构底部下方土体的参数变化。结果表明:实测地面沉降量与计算值吻合较好,模型可靠;以模型第二区间段为例,东线轴线处沉降量在52.41~54.52 mm范围内,西线沉降量在53.28~55.60 mm范围内;东线盾构隧道沉降以隧道轴线为中心对称分布,西线隧道开挖后,最终引起累积地面沉降量在轴线之间较大;随着开挖的进行,上方土体孔隙度、渗透系数及泊松比变小,变形模量增大,下方土体变化则相反。

地铁运营线路冷冻法施工联络通道沉降后道床结构整治施工技术分析

随着近年来全国各地大量地铁线路投入运营,地下线冷冻法施工的联络通道处受地下水、地质、外部施工等多种因素的影响,隧道及线路沉降情况日益突出。为对沉降稳定后的运营线路进行整治,研究和掌握下沉量≥81 mm时的轨道整治施工技术,规范运营线路施工流程,确保施工及运营安全。为整治施工提供切实可行的依据,经研究制定了地铁运营线路冷冻法施工联络通道沉降后道床结构整治施工技术。文章结合某市地铁2号线的施工实际,分析了施工过程中的施工工艺、控制措施和注意事项。

PBA法地铁车站全过程沉降规律及控制优化研究

以沈阳某地铁车站工程为依托,建立三维数值模型,对PBA法六导洞双跨地铁车站施工全过程沉降规律展开研究,采取相应措施控制地表沉降。研究表明,地表沉降随着施工进度推进而增大,随着与车站中心距离的增大而减小;沉降曲线以车站中线为轴呈对称状态,影响范围为车站中线两侧40m左右。整个施工阶段导洞开挖对地表沉降的影响最大,扣拱施工次之,两者引发的地表沉降比例高达89.21%。导洞施工顺序在施工过程中引起的沉降最小;导洞开挖进尺越短对地层扰动越小,施工过程中引起的地表沉降越小。

管幕预筑法施工引起的地表沉降:顶管群施工顺序的影响

以太原火车站下穿隧道为例,研究了封闭管幕预筑隧道在顶管阶段的地表沉降特征。首先采用数值模拟分析了3类顶管顺序,从上向下、上下同时施工和从下向上的9种工况,顶管施工顺序引起的地表沉降特征。数值模拟结果表明采用从上向下的顶管施工顺序引起的地表沉降量最小,为12 mm;采用从下向上的顶管施工顺序引起的地表沉降量最大,为25 mm。通过大尺寸模型试验对数值模拟结果进行了验证,模型试验结果与数值模拟结果一致,从上向下的顶管施工引起的地表沉降最小,从下向上顶管施工顺序引起的地表沉降最大。基于数值模拟与模型试验结果,确定了太原火车站北隧道的顶管群施工顺序,现场监测结果表明选择的施工方案满足沉降要求。研究结果表明,在顶管施工阶段相邻顶管之间会形成微土拱,隧道上方相邻管道之间的微土拱将组合成大的管土拱结构,可以减少隧道下方和两侧顶管阶段引起的地表沉降。因此,考虑隧道上方管土拱结构的顶管施工顺序可以减小下方顶管施工引起的地表沉降。

含约束围岩有限层法在隧道施工地面沉降分析的应用

严格控制地面沉降是保障隧道施工安全的关键措施。为了更加精准预测地面沉降,采用超级有限层元模拟复合地层围岩;增加内部约束模拟隧道衬砌,建立含约束围岩有限层法。通过工程实例应用获得结论:不同地层组段围岩隧道的地面沉降值与贯入度存在相关性,可根据拟合公式进行沉降预测,效果良好。如果不考虑贯入度,也可将含约束围岩有限层法直接应用于砂质黏土层围岩的地面沉降计算,预测精准度高。地面沉降理论计算的分布特征与实测数据的一致性表明含约束围岩有限层法的可靠性和适应性。

Modified image analytical solutions for ground displacement using nonuniform convergence model

Based on the image theory,the analytical solutions of tunneling-induced ground displacement were derived in conjunction with the nonuniform convergence model.The reasonable value of Poisson ratio in the analytical solution was discussed.The ground settlement width parameter which could reflect the ground condition was introduced to modify the analytical solutions proposed above,and new analytical solutions were presented.To evaluate the validity of the present solutions using the nonuniform convergence model,the results were compared with the observed values for four engineering projects,including 38 measured data of ground settlement.The agreement shows that the present solutions using the nonuniform convergence model are effective for evaluating the tunneling-induced ground displacements.

Comparison of shallow tunneling method with pile and rib method for construction of subway station in soft ground

In the present study,a comparison between the new shallow tunneling method(STM)and the traditional pile and rib method(PRM)was conducted to excavate and construct subway stations in the geological conditions of Tehran.First,by selecting Station Z6 located in the Tehran Subway Line 6 as a case study,the construction process was analyzed by PRM.The maximum ground settlement of 29.84 mm obtained from this method was related to the station axis,and it was within the allowable settlement limit of 30 mm.The acceptable agreement between the results of numerical modeling and instrumentation data indicated the confirmation and accuracy of the excavation and construction process of Station Z6 by PRM.In the next stage,based on the numerical model validated by instrumentation data,the value of the ground surface settlement was investigated during the station excavation and construction by STM.The results obtained from STM showed a significant reduction in the ground surface settlement compared to PRM.The maximum settlement obtained from STM was 6.09 mm as related to the front of the excavation face.Also,the sensitivity analysis results denoted that in addition to controlling the surface settlement by STM,it is possible to optimize some critical geometric parameters of the support system during the station excavation and construction.

基于结构方程模型-模糊认知图的矿山法地铁隧道施工安全风险分析

为了对矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险进行动态演化分析,构建了矿山法地铁隧道施工安全风险评价指标体系,在结构方程模型建模与分析的基础上引入模糊认知图方法。首先,以扎根理论为指标筛选框架,识别出矿山法地铁隧道施工安全风险。然后,通过结构方程模型分析矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险因素的因果关系及其路径系数。最后,通过模糊认知图进行动态预测与诊断推理。以武汉市某矿山法地铁隧道工程为例进行实证分析,综合风险预测分析与推理诊断两方面进行了评价。结果表明:矿山法地铁隧道施工过程各阶段的风险从大到小依次为隧道开挖、超前支护、结构防水、辅助措施、初期支护和二次衬砌,施工过程中应重点关注隧道超挖、欠挖,开挖循环进尺、步序确定不合理,隧道开挖方法选择不合理等关键风险,研究结果与武汉市某矿山法地铁隧道工程基本相符,验证了该模型的有效性。

富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工方案优化研究

以武汉市某区间地铁隧道工程实例为背景,介绍富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工的难点和风险。利用PLAXIS 2D/3D建立数值模型验证优化方案的可行性。研究结果表明,采用台阶法开挖引起的地表沉降较CRD法小,地表沉降槽的影响范围为隧道中心线左、右两侧的3~4倍隧道断面尺寸;采用全断面注浆搭配管棚支护相较于长短管注浆搭配超前小导管对地表沉降、衬砌结构的变形控制效果优良,前者降低了下穿地下车行通道施工段结构的最大沉降值约46.88%。

地铁施工中地面不均匀防沉降施工技术分析

当前地铁地面不均匀防沉降支撑桩的搭接多为独立结构,因搭接位置受到限制,导致沉降值增加。文中对地铁施工中地面不均匀防沉降施工技术进行优化设计与验证分析,结果表明,针对选定的6个区段位置进行测试,最终得出的沉降值被较好地控制在15 cm以下,说明在当前技术的辅助和支持下,所设计的防沉降施工技术更为高效,且误差可控,具有实际应用价值。

冻结法在地铁工程区间联络通道施工中的应用

地铁联络通道是联络地铁上、下行隧道的地下通道,主要起集、排水作用,也有疏散乘客的功能。其作为地铁隧道施工过程中的最后一道工序,技术施工难度大。文章结合地铁工程实例,分析冻结法在地铁区间联络通道施工中的应用要点,包含冻结孔施工、冻结施工、维护冻结及安全防护门安装的具体作业流程与方法,并就融沉控制措施进行探讨,旨在提高联络通道施工效率,保障联络通道的施工安全,实现质量和效率的双重提升。

矿坑回填区域桩基施工工艺及基坑支护结构变形研究

为研究矿坑回填深、基岩起伏大的复杂岩层中桩基施工工艺,明晰基坑施工过程中围护结构变形特性,依托泰禾龙池基坑项目,针对特殊地层情况,进行了现场钻孔灌注桩施工工艺的研究,并对基坑施工过程中的土体位移、地表沉降规律进行分析。研究结果表明:(1)在矿坑回填深、基岩起伏大的地层中,采用全回转全套筒施工工艺,并根据现场地质情况采取相应的工艺改进措施,能有效保证灌注桩的施工质量,更好地确保基坑开挖的安全;(2)边坡沉降、边坡水平位移、坑外土体沉降、桩体应力及坑外深层土体水平位移都随着时间的变化呈增大趋势,但变化速率都远小于控制值;(3)在复杂地层中开挖基坑,采用灌注桩排桩加放坡的支护方式,基坑变形的控制效果较好。

拟建地铁线路穿越既有地铁车站施工控制要点研究

随着地铁线路的发展,拟建地铁线路下穿既有地铁车站的情况不可避免。利用矿山法下穿施工时,随着地层变形的传递,会导致既有车站结构的变形。因此,如何保证既有车站的安全和正常使用,是施工过程中的重难点问题。为此,以福州地铁4号线城门站下穿1号线既有车站的工程项目为背景,采用三维数值模拟,分析拟建线路施工对既有地铁车站结构的影响和施工技术要点。

暗挖地铁车站下穿既有地铁隧道施工控制

以北京地铁5号线崇文门暗挖车站下穿既有地铁隧道施工为背景,探讨采用柱洞法结合超前管幕施工的控制技术。施工前对既有地铁轨道和隧道结构进行加固。根据现状评估数据制订既有地铁隧道结构沉降控制标准,并制定各施工步序的沉降控制值。监测结果表明:既有地铁隧道结构变形缝处沉降量最大,是施工控制的重点部位;超前管幕起到了防塌作用,但其自身施工引起既有地铁隧道结构沉降9.52mm,选用时应慎重;侧洞管幕施工完成时,变形缝处隧道结构累计沉降量超限,且道床与隧道间发生严重脱离。采用抬升注浆和充填注浆分别对既有地铁隧道结构累计沉降量超限及道床与隧道间脱离进行处理,最终将既有地铁隧道结构沉降量控制在16.75 mm以内,道床与隧道间脱离区域被有效填充,确保了施工期间既有地铁线路的安全运营。

地铁隧道施工引起地层变形的反分析预测系统

地铁施工诱发地层环境损伤的众多问题中,地层沉降的预测与控制是急待深入研究的重要课题。为此,研究开发出了地铁隧道沉降预测(STSP)系统;给出了随机介质理论预测隧道施工诱发地表横向和纵向变形的计算公式;基于最优化理论的共轭方向加速法,研究了地铁隧道施工引起地面沉降的Peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法;并将理论公式与反分析法编程实现;实例分析证明了理论方法与程序系统的科学性和可靠性.

Peck法在武汉地铁隧道地表沉降预测中的适用性分析

运用Peck法进行隧道地面沉降预测时,须求解适合于研究区域内特殊地质条件的沉降槽宽度i,该参数随区域特殊地质条件的差异而变化较大,这导致Peck方法的运用具有很强的地域性。运用最小二乘法对武汉地铁第24标段隧道区间的地面横向沉降量实测数据进行了Peck曲线拟合,结果表明:隧道纵向中线埋深与沉降槽宽度i在本区间也大致存在线性关系,即i=kH,且在本区间地层多为黏土、粉质黏土、黏土夹碎石情况下的k值宜取为0.7～0.9之间;当隧道中线埋深为10～15m之间时,约50%的监测断面系数k可取值为0.8,最大可取值为0.95,总体上其平均值约为0.86。运用前人提出的i值经验公式计算结果与拟合值进行比较,所得比值可作为修正系数对不同的经验公式做相应的系数修正,使之能够满足不同地域特殊地质条件下i值的计算需要。运用Peck法进行本区间隧道施工引起的横向地面沉降预测研究是可行的,其沉降槽曲线可以很好地拟合及预测本区间地铁隧道施工引起的地面沉降情况。

新建地铁车站近距离上穿既有地铁区间隧道施工方案的选择

北京地铁新建5号线东单站垂直上穿既有地铁1号线区间隧道,采用浅埋暗挖法施工,基于Peck公式预测施工引起的地表最大沉降为-34.5^-69.0mm。为了严格控制地表沉降和既有地铁区间隧道上浮,采用工程类比法和FLAC3D有限元法,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种地铁车站施工方案进行对比分析,结果表明柱洞法引起的地表沉降、既有地铁区间隧道上浮及结构内力变化均明显小于中洞法及侧洞法,因此施工方案选用柱洞法,并且洞室1、洞室3和洞室8的开挖以及中部梁柱体系施作阶段是柱洞法施工的关键控制步骤。施工完成后,实测地表最大沉降为-53.2mm,既有地铁区间隧道底板最大上浮为7.7mm,均在控制标准之内。

浅埋暗挖地铁车站的安全风险控制技术

为了控制暗挖施工带来的环境风险,提出了以控制地层变形为核心,以保证既有结构安全为目的的风险管理体系.该体系包括:既有结构现状评估、施工影响预测、控制方案制定、监测反馈及工后评估与恢复,在目前国内最大的暗挖地铁换乘车站——北京地铁黄庄站得到了应用,从技术上保证了环境安全.根据监测数据,10号线双层段最终地表沉降全部控制在80 mm以内,其中控制在64 mm以内的测点占总测点数的93.6%;管线测点沉降值全部小于30 mm,最大差异沉降为1.123‰.表明风险控制中制定的控制标准是合理的,施工中采取的措施是有效的.