科技成果

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成果名称: 复杂环境下交叠地铁车站综合技术研究

成果登记号: 9612016Y0297

第一完成单位: 中铁第一勘察设计院集团有限公司

联 系 人: 刘鹏

成果类型: 应用技术

技术领域: 现代交通

应用行业: 交通运输、仓储和邮政业

成果简介:

   本项目依托北京地铁7号线双井站工程,针对新建暗挖车站紧邻既有车站、新建区间下穿既有车站和既有车站边墙拆除转换等复杂工程难题,采用理论分析、数值模拟和现场测试试验的方法,开展了交叠地铁车站施工沉降控制基准、深竖井土压力分布规律、区间隧道零距离下穿既有车站变形控制技术、多种结构不同工法施工对既有车站的叠加变形规律与控制技术研究,取得了复杂环境下交叠地铁车站建设技术成果。   (一)主要技术内容:   1、对于复杂环境下的地铁施工沉降控制基准研究,从地表沉降槽、建构筑物、管线沉降、既有结构沉降、既有桥梁沉降等进行分析,准确求解出施工过程中既有车站结构的变形和变位规律,并确定了正确的施工方案。   2、对于深竖井结构受力特性及土压力理论研究,基于土力学相关理论,通过对各种不同工况的模拟分析,确定了深竖井分析应用拟合式来计算土压力计算较合理。   3、对于区间隧道零距离下穿既有车站段受力及变形影响分析,从注浆加固、开挖步序等方面形成了行之有效的施工工艺。   4、对于区间隧道下穿双井桥段受力及变形影响分析,采用桥桩一侧增加注浆和区间增加临时仰拱对控制沉降可起到明显的效果。   5、对于既有线结构改造,提出的分步分块施工方法,可有效的控制既有线结构的位移和应力分布,且通过监测对比,总结出准确的位移和应力分布规律。   6、对于地铁车站"PBA工法"8导洞施工,根据上下导洞及不同导洞之间的开挖先后顺序组合,得出宜先开挖上导洞,上、下4个小导洞施工时采用导洞跳挖错距开挖方法,小导洞与扣拱施工是土体变形控制的关键步序。   (二)关键技术:   1、根据既有地铁车站、地下管线及地面建筑物使用要求和地铁施工沉降变形规律,提出了复杂环境下交叠地铁车站施工沉降变形控制基准。  2、根据深竖井结构和施工特点,提出了基于坑壁变形的深竖井朗肯土压力修正公式,与传统土压力理论相比更符合工程实际。   3、采取洞桩法施工车站主体、暗挖法区间及明挖法换乘厅等多种结构施工变形控制方法,形成了有效控制叠加变形的交叠地铁车站建造技术。   4、采用零距离下穿既有车站的区间隧道结构型式和掌子面变形控制、开挖支护变形控制等措施,形成了区间隧道零距离下穿既有车站综合技术,实现了既有轨面最大沉降1.86mm,保证了既有地铁的正常运营。   (三)主要技术指标   1、提出了地铁车站"PBA工法"8导洞施工时宜先开挖上导洞,上、下4个小导洞施工时采用导洞跳挖错距开挖方法,同时小导洞与扣拱施工引起的地层沉降占总沉降量的93.0%,是土体变形控制的关键步序。   2、提出了粉土与粗砂地层条件下暗挖隧道零距离下穿既有暗挖法地铁车站过程中,地层位移与结构内力变化规律,即地表沉降约为2.0mm,既有地铁车站结构沉降约为2.6mm,整个地铁车站最大主应力约为1.5Mpa,且最大主应力出现在车站结构底板。   3、提出了34m深度暗挖车站竖井施工中,基于地层位移趋势与土压力间内在规律的竖井土压力计算公式,即P=γ×h×(0.385-2.571/h)(式中,γ为土体重度;h为压力拱边界至隧道洞顶距离)。   (四)重要科技创新   创新点一:根据既有地铁车站、地下管线及地面建筑物使用要求和地铁施工沉降变形规律,提出了复杂环境下交叠地铁车站施工沉降变形控制基准。   创新点二:根据深竖井结构和施工特点,提出了基于坑壁变形的深竖井朗肯土压力修正公式,与传统土压力理论相比更符合工程实际。   创新点三:采取洞桩法施工车站主体、暗挖法区间及明挖法换乘厅等多种结构施工变形控制方法,形成了有效控制叠加变形的交叠地铁车站建造技术。   创新点四:采用零距离下穿既有车站的区间隧道结构型式和掌子面变形控制、开挖支护变形控制等措施,形成了区间隧道零距离下穿既有车站综合技术,实现了既有轨面最大沉降1.86mm,保证了既有地铁的正常运营。   (五)推广应用前景   1、本项目研究成果已经在北京地铁7号线双井站得到了实际应用,通过工程实践证明本项目研究结论是正确的,项目的研究成果对类似工程设计、施工提供了非常有益的借鉴实例,具有良好的推广应用前景   (六)获奖情况   本项目获得了2014年度中国铁建股份有限公司科学技术二等奖;获中铁第一勘察设计院集团有限公司2015年度科学技术一等奖。