PBA大直径盾构隧道扩挖车站施工的关键技术

北京地铁十四号线采用外径为10 m的大直径土压平衡盾构进行地铁施工.由于盾构隧道扩挖车站施工具有盾构设备利用率高、建设进度快、环境影响小的优势,将台站采用盾构隧道已形成的中洞结合PBA法(洞桩法)扩挖而成,解决了盾构区间施工速度快与车站施工速度慢之间相互矛盾的问题.本文重点分析PBA大直径盾构隧道扩挖车站的工法特点,明确车站结构形式及施工步序,对施工过程中盾构掘进控制、管片拼装与拆除、纵梁与管片的连接、初支及二衬施作等关键技术进行了研究.施工完成后,实测数据显示地表沉降满足控制要求.研究结果可为类似工程提供参考及借鉴.     

北京地铁浅埋暗挖区间隧道塌陷机理

结合北京典型地质条件和区间隧道的断面形式,将城市浅埋暗挖隧道分为超浅埋隧道和浅埋隧道两种,对于超浅埋隧道,隧道的破坏形式主要是整体下沉和塌陷,隧道的破裂角接近80°;对于浅埋隧道,破坏形式以滑裂破坏为主,规范给出的滑裂角为45°+φ/2,但通过对北京地铁事故的调查研究发现,隧道滑裂角大于45°+φ/2,因此应用土力学原理和Mohr-Coulomb破坏准则推导出新的地层滑裂角.结果表明,浅埋隧道的破裂角与隧道的覆跨比、矢跨比有关,且比45°+φ/2大10°~15°.运用FLAC3D软件计算分析隧道破坏时塑性区分布情况和破坏过程,并与实际工程监测数据对比,发现新的滑裂角更接近实际工程的破坏情况.     

放顶煤工作面顶煤破碎效果分析

通过分析指出,煤层强度、开采深度、煤层厚度和支护阻力是影响顶煤破碎效果的主要因素,并建立了评价顶煤破碎效果的综合指标,为放顶煤效果的预测提供了依据。     

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.     

隧道围岩变形的非线性自回归时间序列预测方法研究

针对传统时间序列预测模型的单一线性和忽略施工过程影响的静态局限性,提出非线性自回归(包括NARNN与NARXNN)时间序列预测模型.该模型通过引入动态施工影响因子作为附加的外部输入,同时结合模型本身的反馈结构和延迟单元,在结构和动态特性上更加符合实际系统,可以非线性动态地考虑隧道施工全过程.运用该模型对史家山2号隧道施工过程中的围岩水平收敛和地表变形进行预测.结果表明:1)非线性自回归预测模型比传统的ARMA预测模型的预测精度高、适应性好;2)通过多次预测并对结果取平均值,可以保证非线性自回归预测模型预测结果的预测精度和稳健性;3)通过优化动态施工影响因子的取值方法,可以进一步提高NARXNN时间序列预测模型的预测精度.     

北京地铁施工安全事故分析及防治对策

当前我国城市地铁建设发展迅速,但也出现了各类施工安全事故频发的严峻事实.基于这一现状,以北京地铁近年来新建线路施工中出现的具体工程事故案例为背景,结合新建地铁的工程特点及施工难点,分析了事故发生的主要原因,通过对现有事故资料的整理分析,按其发生的主要原因分为5种类型:地层过量变形引起坍塌、不良地质体突发灾害、施工诱发地下管线破坏、工程施工管理不力、施工设备及操作技术过失引发的事故.针对每一类事故,制定相应的防治对策及方案,进而提出适合于我国城市地铁施工安全控制和风险管理的具体措施,以期为城市地铁及其他地下工程安全建设提供重要参考.     

地铁车站大断面风道施工对地面建筑物的影响及控制

在城市隧道穿越工程施工前,应制定详细的建筑物安全性控制程序,其中包括建筑物安全现状评估、隧道施工对建筑物影响预测及施工过程控制、工后评估及结构状态恢复等.北京地铁5号线天坛东门站西北风道大断面风道施工需要在松散不良地质条件下穿越天坛公园"青山居"仿古建筑及旅游服务部等建筑,施工难度大,施工风险极高.根据建筑物安全性控制的要求,对地铁隧道施工的影响进行了数值模拟预测及对比分析,阐述地层变形模式和相应的控制措施.另外,为严格控制地面沉降及建筑物安全,在对该工程特点和控制方案系统分析的基础上,提出采用树根桩隔断墙和洞内超前注浆、掌子面注浆及控制开挖、墙基下方地层注浆加固等综合技术,有效控制了地面沉降和建筑物沉降,保证了隧道施工顺利完成.     

浅埋隧道开挖扰动下含空洞地层位移响应解析

针对非圆形地层空洞问题,提出一种全新的基于几何边界拆分的子域分解方法。该方法将含空洞的浅埋隧道多连通区域以几何边界为单位分解成1个半无限域与若干个含孔洞的无限域,并结合Schwarz交替法建立适用于含非圆形空洞地层位移响应分析的一般性解析方法。通过与数值模拟的计算结果相对比,验证本文方法的精确性。最后,利用本文方法对含非圆形空洞地层的地表变形响应进行系统性参数分析。研究结果表明：1)非圆形空洞对地表沉降的影响较圆形空洞更为显著,其主要因素来源于空洞的高跨比而非空洞形状本身,随着空洞高跨比的减小,空洞对地层沉降影响愈加明显。2)在不同空洞姿态的工况中,椭圆形空洞长轴处于水平状态时对地表沉降的影响最为显著;3)空洞与隧道之间的距离大于4倍洞径时,对地层沉降造成的影响可以忽略不计。     

软弱破碎围岩高铁隧道压力拱演化规律分析

选取双线高铁隧道为研究对象,对隧道开挖过程中压力拱的形成及发展规律进行研究,得到以下结论:1)压力拱的演化规律分为三个阶段,即外边界形成阶段,内边界连通阶段,内、外边界发展阶段.2)对于软弱破碎围岩而言,应在压力拱发展的第一阶段,采取适当的超前支护措施,防止隧道周围松动区的连通.3)为了保证隧道施工过程中的安全,建议超前预支护的长度应大于1倍隧道跨度,重点对隧道的拱部180°范围进行预支护.相关研究成果为确定超前预支护时机及范围提供参考,对支护设计和指导隧道施工有着重要的意义.