扩挖盾构隧道建成两连拱地铁车站模型试验_李围
地铁盾构隧道力学模型和硬岩层推进参数选择
中 图 分 类 号 ：Ｕ４５５
文 献 标 识 码 ：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７３０４．２０１６．０２．００８
文 章 编 号 ： １６７２—７３０４（２０１６）０２—００１７—０２
地铁工程在全 国大 中城市 飞速建设 的过程 中，因地理地域环境条件的不同 ，区间盾构施工 中不 可避 免将 遇 到各种 类 型 的地 质 条件 ，盾 构 隧 道 衬 砌结 构设 计 中常用 的两种计 算 模 型分别 为匀 质 圆环模 型和 梁一弹簧模 型 ，如 何在 盾构 施工 前从 地 质 条件 和土 层力 学性 质建 立模 型分析 ，确 立 隧 道施工参数 ，提供科学有效 的依据 ，本文通过某 地铁区问工程实际分析论证并提供 了在硬岩层中 推进 的一些 盾 构参 数 。
（ ≤１，称为弯曲刚度有效率 ）的圆环来计算 内 力 ［１］。
另外 ，由 于衬 砌 接头 一定 程度 上表 现 出铰 的 作用 ，在这种情况下求出的弯矩并不能通过接头
①地面超载 ：一般情况下按 ２０ｋＰａ计 。 ②结构 自重 ：ｇ＝＇ｙｈ·６（ｋＰａ） 式 中 ： ｈ— — 为衬 砌环 重度 ，取 ２６ｋＮ／ｍ３，
匀质圆环计算简图如下所示 ：
１ 工程实例 地层力学特性 某城市宁和城际轨道交通工程某标 ，区间采
用 盾构 法施 工 。区间地 貌单 元属 岗地 及 岗问洼 地 ，
地 形起 伏较 大 ，地 面高程 一般 在 １４．０～１ ８．０ｍ 左 右 ，区间沿线主要地貌类型可划分为 ：构造剥蚀 低 山丘 陵 、侵蚀 堆 积平 原 、长江 漫滩 平原 、秦淮 河 漫滩 平原 及 河流 冲积 谷地 等 。隧道 穿越 地层 主 要为 ：③一２ｂ３软塑粉质黏土 、④一ｌｂｌ＋２可塑一硬 塑 粉质 黏 土 、④ 一４ｅ１＋２中密一密实 卵 、砾石 夹 粉质 黏 土 、Ｊ１．２ｘ一２强风 化 钙 、泥 质砂 岩 、Ｊ１—２ｘ．３ 中 风化钙 、泥质砂岩。
盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望_何川
460． 2
276
82． 8
100
528． 9
347
4 广州 9（ 含广州广佛线） 245． 4
153
5
佛山
1（ 与广州广佛 线为同一条）
14． 8
11
6 深圳
5
7 南京
2
8 重庆
4
176． 3
131
81． 4
57
93． 1
94
9 武汉
3
10 成都
2
11 沈阳
5
12 西安
2
13 苏州
2
14 昆明
2
44． 5
收稿日期： 2014-06-26 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ U1134208，U1361210，51208432，51278422） 作者简介： 何川（ 1964 － ） ，男，教授，博士生导师，研究方向为地铁及水下盾构隧道结构理论、大型及复杂交通隧道结构安全及长大交
通隧道营运控制等，E-mail： chuanhe21@ 163． com 引文格式： 何川，封坤，方勇． 盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望［J］． 西南交通大学学报，2015，50（ 1） ： 97-109．
表 1 2013 年底我国已开通城市地铁线路运营里程统计 Tab． 1 Operating mileage statistics of
opened metro lines in China by the end of 2013
序号 1 2 3
城市 北京 天津 上海
运营线路 /条 17 5 16
运营里程 / km 车站数 / 个
98
西南 交 通 大 学 学 报
第 50 卷
超浅埋地铁车站复合型拱盖设计方法——以青岛地铁某工程段为例
福 建 建 筑Fujian Architecturx & Construction 2020年第12期总第270期N x 12 - 2020Vol - 270超浅埋地铁车站复合型拱盖设计方法——以青岛地铁某工程段为例徐振#李修浩2陈新2刘 鹏#姜其琛2(1.青岛市地铁一号线有限公司山东青岛266000； 2.山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061)摘要：以青岛地铁某暗挖工程段为研究对象，综合考虑隧道结构强度、地表敏感程度与工期三者的关系，通过方案比选、理论分析及数值模拟确定双层衬砌+二衬组合型拱盖法的施作方式，计算了结构的内力变化并最终提出合理的设 计参数。
结果表明：内层衬砌的施作可与外层衬砌共同作用提高拱盖的承载能力；复合型拱盖法应特别注意相应部位的加固;在拱部临时支撑及边墙锚杆设计,均分别显著改善拱部、边墙的应力状况&关键词：复合型拱盖法;超浅埋;方案比选;应力计算中图分类号:U231 文献标识码:A 文章编号：1004 -6135(2020)12 -0075 -08Design Method of Composite Arch Cover for Shallow Subway StationXU Zhen 1 LI Xiuhao 2CHEN Xin LIU Peng 1 .JIANG Qichen(1. Qingdao Metre Line 1 Limited company , Qingdao 266000;2. Geotechnical and Structural Engineering Research Center. Shandong University , Jinan 250061)Abstrach : In ordes te study tie design method is suitable fox ultra shallow buried underground station construction , this papes takes Qingdao metre underground engineering section as the research object,in consideration of the tunnet structure with the relations between strength ,suOace sensitivite and time limit for a project,through scheme comparison ,theoreticat analysis and numerical simulation methods ,decided te adopt double layer lining & two Xining combined arch cover method. In this paper , reasonable destn parameters are proposed aftee calculat ing the internat forcc variation of the structure. The results show that the inner lining can interact with the outer lining and irnprove the bear ing capacit of the arch ccveo At the same time , the compound arch cover method should pay speciat attention te the reinforcement of spe-ciat parts. The temporary arch support and the anchor bolt desion of the sidewall can sianificanty improve the stress of the arch and sidewall eespectieety.Keywords : Composite arch cover method ； Super shatow burying ； Scheme comparison ； Stress calculation0引言拱盖法被城市地铁隧道暗挖掘进广泛采用。
复杂环境软土地层中盾构隧道的变形效应研究
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在实际工况中，会存在一定偏差。为充分描述盾构尾部与
衬砌之间间隙、盾构机注浆程度和隧道面土体的变形程度 和范围 [6]，将盾构尾部与衬砌之间间隙概化为均质的弹性等
代层，δ 表示该层厚度，其计算如公式（2）所示。
δ=ηQp
（2）
式中 ：η 为经验系数 ；Qp 为理论盾构尾部与衬砌之间间隙。
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复杂环境软土地层中盾构隧道的变形效应研究
么家琦 （广东粤东城际铁路有限公司，广东 汕头 515000）
摘 要 ：为保障盾构隧道施工安全，研究复杂环境软土地层中盾构隧道的变形效应。该方法以东乐站地铁项目为
研究对象，首先，利用 HSS 模型计算盾构隧道的变形效应，其次，利用 PLAXIS 3D 软件对盾构隧道－周边建筑
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数值为 0.124mm。盾构穿越后 50 d 时，盾构隧道测点最大变 形效应数值为 3.096mm，最小变形效应数值为 2.036mm。当 隧道盾构施工作业完成后，盾构隧道测点最大变形效应数值 为 3.824mm，最小变形效应数值为 2.978mm。综上所述，利 用本文方法可有效获得盾构隧道在不同时间段时，其最大和 最小变形效应，为隧道安全施工提供变形效应数值，应用效 果较佳。
能恢复到原始状态的变形，而塑性变形是当土体受到过大加
载时，无法完全恢复的永久性变形。使用 HSS 模型可以计算
盾构隧道在不同情况下的变形效应。盾构机工作是分段连续 进行的，盾构机每推进一段长度 [4]，其土仓内压力和尾部注
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第29卷第12期 岩 土 力 学 Vol.29 No.12 2008年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2008
收稿日期：2007-04-16 作者简介：李围，男，1979年生，博士，副教授，主要从事铁路、公路和地铁盾构隧道以及水底隧道的科研工作。E-mail: weiliyy@126.com
文章编号：1000－7598－(2008) 12－3261－05 扩挖盾构隧道建成两连拱地铁车站模型试验 李 围1，2，何 川2，张海波2 （1. 贵州大学 土木建筑工程学院，贵阳 550003；2. 西南交通大学 地下工程系，成都 610031） 摘 要：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。 关 键 词：地铁车站；区间盾构隧道；两连拱隧道；扩挖施工；模型试验 中图分类号：U 451 文献标识码：A
Model test of twin-bore metro station constructed with expanding shield tunnel LI Wei1, 2, HE Chuan2, ZHANG Hai-bo2 (1. School of Architecture & Civil Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003, China; 2. Department of Tunnel & Underground Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract: By using model test, construction schemes for metro station of twin-bore tunnel with expanding construction based on shield tunnels are studied. Main research contents are the feasibility of expanding construction method and the displacement rule of stratum displacement. The contrast between results of the model test and 2D numerical simulation of the expanding construction with the finite difference method is carried out. Results show that the construction scheme for metro station of twin-bore tunnel with expanding construction by central drift method is feasible. But reinforcing the surrounding rock of the bottom and vault of tunnel arches are necessary during the expanding construction. The vertical displacement distribution of surrounding rock appears the U-shape after expanding construction. The displacement of surrounding rock decreases with its mechanical parameters. Reinforcing the surrounding rock at the bottom of tunnel arches is an effective method for reducing its displacement. The settlement curve of the ground surface appears approximately normal distribution, and the influencing breadth is 3 times as breadth as station of twin-bore structure. Key words: metro station; sectional shield tunnel; twin-bore tunnel; expanding construction; model test
1 引 言 在我国已建和拟建的城市地铁中，盾构法仅应用于修建一般的地铁区间隧道，没有直接采用盾构法或间接地在盾构法修建的区间隧道的基础上扩挖建成地铁车站等复杂断面的尝试，这一现状极大地限制了盾构法在城市地铁建设中的大规模采用，并且盾构法要求在施工区间隧道之前先明挖修建车站作为盾构的始发井和到达井，而地铁车站的建设费用占整个土建费的比例比较大，导致整个工程的建
设周期和先期投入增加[1]。因此，为寻求盾构法在
城市地铁工程中大规模应用为突破口，结合我国实际情况，进行扩挖区间盾构隧道建成地铁车站的技术研究具有重要意义。 本文以广州地铁3号线林和西路站为工程对象，主要就扩挖区间盾构隧道建成两连拱隧道地铁车站的施工技术进行了模型试验研究，并采用有限差分法进行数值模拟分析，重点研究扩挖施工的可行性、地表沉降和地中位移规律，并提出了相应的围岩加固处理措施。 岩 土 力 学 2008年 2 试验方案 2.1 相似比及试验范围 采用大几何比例尺1:30进行模型试验，以几何相似比和重度相似比为基础相似比，各物理力学控制参数在弹性范围内满足相似性[2]。试验范围：试验原型的左右两侧边界选为2B，车站结构的下边界选为2H（B为两连拱结构车站的总宽度；H为车站结构的最大高度）。两连拱结构车站的总宽度为 24.1 m，总高度为9.35 m。而以轨面埋深21 m为标 准，车站的埋深为13.4 m，则试验原型范围为120 m ×45 m，模型试验装置如图1所示。
图1 模型试验装置 Fig.1 Model test apparatus
2.2 相似材料 根据广州地铁3号线林和西路站的工程地质情况，并考虑试验中具有可操作性，且不使模拟失真，将地层简化为相同的围岩（Ⅱ类），同时把加固圈 简化为Ⅲ类围岩。相似材料采用重晶石粉、机油、河砂（细）和粉煤灰进行配制。地层A（围岩）配合比为：重晶石粉 : 粉煤灰 : 河砂: 机油=1:2 :
2 : 0.712，而地层B（加固圈）为1 : 0.943 : 1.894 : 0.336；其配制方法是常温下机械拌和，最后加压成型。地层相似材料物理力学参数及其对应的原型值列于 表1中，模型值稍微偏大[2]。
根据混凝土结构设计规范中混凝土和钢材的 弹性模量和抗压强度值以及相似比，喷射混凝 土（C20）、二次衬砌混凝土（C30）和管片衬砌混凝土（C50）分别采用水石膏比为1 : 1.4，1 : 1.6，1 :
1.75的石膏材料模拟。盾构隧道管片钢筋采用直径为2.2 mm@5 mm的铁丝，车站主体结构二次衬砌钢筋采用直径为3 mm@5 mm的铁丝，中墙受压钢筋采用直径为2.2 mm@50 mm的铁丝，钢拱架采用直径为3.2 mm@25 mm的铁丝。管片环向接头采 用内外两侧同时开口的方式来模拟[3]，其开口深度
经计算（其原理为等效刚度，即在相同的荷载下，
其变形相同时，其刚度相同）取为2/3倍管片厚度，即单侧1/3，两侧立柱与管片相连处为1/2厚度，即单侧1/4。
表1 相似材料力学参数 Table 1 Mechanical parameters of similar materials
模型与原型地层凝聚力 c /kPa 内摩擦角 ϕ /（°） 重度 γ /kN⋅m
−3
A 20.5 23.5 20.0 原型 B 300.5 31.0 22.0
A 2.32 24.9 20.0 模型 B 9.28 34.0 22.0
A 69.6 24.9 20.0 对应 原型 B 278.4 34.0 22.0
2.3 量测项目 主要进行地表沉降及地中位移量测，地表沉降测点布置9个，地中位移测点布置8个，位移计安装布置如图2所示。地表沉降及地中位移均用精度为0.01 mm、量程为30 mm的差动位移计量测。
图2 测点布置 Fig.2 Measuring points arrangement
2.4 试验步骤 试验模拟了中导洞＋上弧导坑台阶法开挖方式，其开挖步骤如图3所示。图中S1为修建左侧区间盾构隧道；S2为修建右侧区间盾构隧道；S3为开挖中导洞并修筑中墙；S4为加固左洞拱部地层、开挖上弧槽并初期支护；S5为拆除左侧管片结构、开挖下部土体；S6为修筑左洞拱顶和仰拱结构；S7为加固右洞拱部地层、开挖上弧槽并初期支护；S8为拆除右侧管片并开挖下部土体；S9为修筑右洞拱顶和仰拱结构。
图3 开挖步骤 Fig.3 Excavating steps
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