盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車站的方案研究及風(fēng)險分析.pdf

1、為解決目前國內(nèi)區(qū)間盾構(gòu)施工和車站施工工期矛盾的問題，尋求盾構(gòu)法在我國地鐵工程中大規(guī)模應(yīng)用的突破口，本文在對國外相關(guān)資料和工程實例大量查閱和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)目前的經(jīng)濟和技術(shù)水平，提出了一種新型的解決盾構(gòu)過站問題的車站施工方法：6.14m外徑區(qū)間盾構(gòu)先行貫通車站行車隧道的條件下，結(jié)合明挖法或暗挖法建造地鐵車站。這是一個具有重要現(xiàn)實意義和非常緊迫的課題，在我國將有著廣闊的應(yīng)用前景。 圍繞該新型工法，采用數(shù)值模擬、模型試驗和理論分

2、析等多種研究手段，從新型車站結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、關(guān)鍵施工工藝、車站施工過程的模型試驗和數(shù)值模擬研究及風(fēng)險分析等方面進行了比較系統(tǒng)全面的研究，為今后盾構(gòu)法在我國的大規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)儲備。主要的工作和研究成果如下： (1)綜合國內(nèi)外相關(guān)資料和多位相關(guān)專家的意見，首先對盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車站這樣一種新型的車站結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計原則進行了歸納總結(jié)；在此基礎(chǔ)上提出了明挖拓展地鐵車站和暗挖拓展地鐵車站兩種方案的共7種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計構(gòu)思，找到了適

3、合北京地層的車站結(jié)構(gòu)形式；對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題：盾構(gòu)管片的設(shè)計原則、拼裝方式和拼裝位置及盾構(gòu)管片與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點設(shè)計等進行了詳細的討論分析。確保了結(jié)構(gòu)方案能夠滿足國內(nèi)目前的車站功能要求、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和技術(shù)經(jīng)濟要求。 (2)盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車站施工技術(shù)中最為關(guān)鍵和最為特殊的、也即最為不利的一種工況是部分盾構(gòu)管片的拆除，管片拆除過程中對開口環(huán)管片的保護措施決定了該新型工法的成敗。在對國內(nèi)外相關(guān)施工工藝大量搜集和整

4、理的基礎(chǔ)上，找到了解決該關(guān)鍵工藝的核心技術(shù)——盾構(gòu)隧道外側(cè)擋土隔離樁(Pile)+盾構(gòu)隧道內(nèi)臨時鋼管柱支撐(Column)+盾構(gòu)管片縱向上的預(yù)應(yīng)力(Pre-stress)共同組成的支撐體系(Support System)，并完成了該新型支撐體系(簡稱樁-柱-預(yù)應(yīng)力支撐體系或PCPrSS)的方案設(shè)計和施工工藝研究。研究表明該支撐體系在現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟條件下是可以實現(xiàn)的。 (3)借助1：10大比尺模型試驗的手段，對本文提出的暗挖拓展

5、的塔柱式車站的施工過程進行了詳細的試驗方案設(shè)計和實施，比較真實地再現(xiàn)了車站的施工過程。獲得了盾構(gòu)管片應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力鋼索應(yīng)變和隧道內(nèi)臨時鋼管柱支撐應(yīng)變、盾構(gòu)管片的收斂變形、車站洞周土體壓力和地層變位等指標(biāo)，隨車站開挖的一般性的變化規(guī)律。分析認為在模型地層構(gòu)造和地應(yīng)力的條件下，試驗開挖方案和支護方案能夠保證車站洞室在整個施工過程中的安全穩(wěn)定，且開挖過程中車站洞室周邊未出現(xiàn)明顯的開裂和變形突變，由此證明了本文提出的新型車站施工方法在施工工藝上是

6、可行的。同時，借助FLAC<'3D>有限差分法軟件，對盾構(gòu)先行條件下暗挖拓展的塔柱式車站進行了施工過程數(shù)值模擬研究，并將數(shù)值模擬結(jié)果和模型試驗結(jié)果進行了比較分析。總體上看，兩者所反映的車站拓展過程中的定性規(guī)律是一致的。進一步驗證了本文提出的新型車站施工技術(shù)是可行的。 (4)采用借鑒國外類似的工程經(jīng)驗資料統(tǒng)計、本文的研究成果、組織有經(jīng)驗或有資歷的專家進行討論、走訪大量具有豐富工程經(jīng)驗的專家等多種識別方法，對本文提出的明挖拓展的立柱式車站和