PBA工法地铁车站密贴下穿既有车站工程风险控制研究

摘要

随着我国城市地铁工程的大规模建设及城市轨道交通网络的不断完善，新建地铁穿越既有地铁工程案例越来越多。洞桩法(PBA)在传统浅埋暗挖法及盖挖法技术的基础上，将导洞开挖、挖孔桩施工、扣拱施工技术有机组合。对于新建洞桩法车站密贴下穿既有地铁车站来说，多导洞开挖所造成的群洞效应及车站主体穿越施工对围岩的扰动，会导致既有地铁结构变形及轨道不平顺。为保证下穿施工过程中既有地铁的结构及运营安全，有必要分析洞桩法下穿施工中既有地铁及轨道结构的沉降规律及动力特性指标，研究相应的风险控制技术措施。
　　论文以北京某新建PBA工法地铁车站密贴下穿既有车站为例，通过数值模拟及车辆—轨道耦合动力分析等技术，研究了PBA工法的群洞效应、洞桩法穿越施工对既有结构的影响规律、穿越过程对地铁列车动力性能的影响以及相应的风险控制技术措施等。主要工作及研究成果有:
　　(1)通过查阅文献及收集相关设计资料，了解PBA工法的研究现状，总结洞桩法施工的特点，分析该工法下穿施工时，影响既有地铁结构安全的主要控制因素。
　　(2)通过数值模拟研究PBA工法群洞效应。逐个分析单层及双层导洞开挖时的群洞效应，并引进层次分析法确定最优的导洞施工方案，合理的导洞施工顺序为“先下后上，先边后中，错距开挖”。
　　(3)通过研究整个新建车站的施工过程，总结洞桩法施工对既有结构的影响规律得出:车站两侧横通道及上下层导洞的施工对既有结构影响最大，该过程既有结构沉降值约占车站总沉降的70％，扣拱施工及车站主体部分开挖阶段既有结构沉降值约占总沉降的30％。
　　(4)基于多体动力学理论，研究穿越过程中地铁列车的安全性及平稳性指标。通过前后对比分析得:穿越后列车的脱轨系数评级由“优秀”降为“良好”，车辆的平稳性评价指标由“优秀”降为“合格”，由此可见穿越施工对列车舒适性的影响要远大于对列车安全性的影响。
　　(5)研究了导洞超前注浆加固、监控量测、轨道防护措施、分阶段控制等相应的风险控制措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状

1．2．1 地铁车站施工方法

1．2．2 洞桩法研究现状

1．2．3 群洞效应研究现状

1．3 主要研究内容及思路

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

2 工程背景

2．1 工程概况

2．1．1 新建工程概况

2．1．2 既有地铁现状

2．1．3 新建工程与既有地铁位置关系

2．2 工程地质及水文地质概况

2．2．1 工程地质

2．2．2 水文地质

2．3 工程特点分析

2．4 土体本构关系

2．5 本章小结

3 基于AHP的群洞效应研究

3．1 层次分析法(AHP)概述

3．2 单层导洞开挖顺序研究

3．2．1 单层导洞开挖方案

3．2．2 模型建立

3．2．3 单层导洞开挖方案影响分析

3．2．4 单层导洞层次分析法评定

3．2．5 单层导洞最优方案影响分析

3．3 双层导洞开挖顺序研究

3．3．1 双层导洞开挖方案

3．3．2 模型建立

3．3．3 双层导洞开挖方案影响分析

3．3．4 双层导洞层次分析法综合评定

3．3．5 双层导洞最优方案影晌分析

3．3．6 小结

3．4 本章小结

4 新建PBA工法车站下穿既有车站变形分析

4．1 三维有限元模型的建立

4．1．1 模型建立

4．1．2 模拟工序

4．2 未采取加固措施时穿越施工影响分析

4．2．1 地表变形预测

4．2．2 车站结构变形分析

4．3 采取加固措施时穿越施工影响分析

4．3．1 地表变形预测

4．3．2 车站结构变形分析

4．3．3 穿越施工过程总结

4．4 本章小结

5 轨道动力学分析

5．1 动力学模型建立

5．1．1 SIMPACK软件简介

5．1．2 车辆模型

5．1．3 车辆参数

5．1．4 轨道不平顺谱

5．1．5 计算内容和分析方法

5．2 车辆运行动力性能评价指标

5．2．1 车辆运行安全性评价

5．2．2 车辆运行平稳性评价

5．3 既有地铁穿越前后车辆动力性能对比

5．4 本章小结

6 PBA工法车站密贴下穿既有车站工程风险控制措施

6．1 风险控制研究概述

6．1．1 风险控制研究的必要性

6．1．2 风险等级划分

6．2 风险控制措施

6．2．1 超前加固措施

6．2．2 监测措施

6．2．3 轨道防护措施

6．2．4 分阶段控制技术

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

作者简历以及硕士期间研究成果

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