PBA工法施工对地表沉降影响的研究-以北京地铁车站为例(2)
发布时间：2014-09-17 08:39
..........................
第 2 章 PBA (洞桩法)工法技术简介
2.1 PBA 工法原理
PBA 工法（周伟．2007）的原理是将框架结构施工方法和暗挖法有机结合，发挥各自的优势。先施作施工暗挖导洞，然后在导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁、底纵梁以及钢管柱，使围护边桩、钢管柱、桩顶纵梁、底纵梁、大拱以及底板共同构成桩（Pile）、梁（Beam）、拱（Arc）支撑框架体系，共同承受周围水土压力、地面荷载以及施工过程中的外部荷载；在顶拱以及边桩的支撑保护下，自上而下逐层进行开挖，进而施作内部站厅以及站台结构，最终形成由初支和二衬共同受力的横向框架空间支撑体系。
.............................
2.2 PBA 工法特点 PBA 工法的核心思想是在由边桩+顶拱组成的支护体系代替传统的支护结构，以保证在后期施工有足够的安全保障，且有效控制地表沉降。
（1）PBA 工法对于车站主体结构的层数没有太多的限制，且率先形成桩、梁、柱、拱主要受力体系，后期土方开挖都是在顶拱的保护下进行，从很大程度上保证施工安全，减小后期开挖对地表沉降的影响，对车站周围的建筑物以及地下管线的安全都有一定的保证。
（2）PBA 工法相对于其他暗挖施工方法诸如中洞法，双侧壁导坑法、中隔壁法等常规暗挖方法而言，断面利用率高，施工更加安全可靠，并且可以大量减少临时支撑，减少施工浪费。
（3）小导洞先行开挖，由于导洞之间有一定的距离，部分导洞可同时施工，加快施工进度。
（4）PBA 工法由于在导洞内施作边桩，从而提高了工程投入，并且在小导洞内完成边桩、中柱、桩顶冠梁、顶梁等一系列施工，工人施工环境恶劣。
2.3 洞桩法（PBA）工法主要施工方法与主要步骤
洞桩法的施工过程（王学理，2007）（张爱军、郭永军等，2008）如下:
（1）开挖施工辅助通道，如施工竖井横通道、施工竖井联络通道；
（2）在车站断面的预定位置进行小导洞施工，导洞采用台阶法开挖，导洞开挖基本遵循“先下后上，先两边后中边”的开挖原则。小导洞的作用是在为车站整体支护体系的主要的支撑体系（桩、柱、梁结构）提供所需的施工空间。
（3）在已支护好的导洞内施作主体结构底纵梁及部分底板，并且安装钢管混凝土柱定位系统。在边下导洞内打设锚杆，并浇筑腰梁，预留基础地梁箍筋及锚筋，并施作围护桩基础地梁。
（4）在边上导洞内进行围护桩施作，围护桩施工完成后，浇注围护桩桩顶冠梁。并在桩梁结构导洞的洞室外侧部分进行导洞回填。
（5）小导管超前注浆加固地层，开挖主体结构中部土体，施工初期支护，初支背后注浆铺设防水层，浇注中拱，待中拱达到设计强度时，拱顶回填注浆，再对称开挖两侧拱部，施工初期支护，初支背后注浆，铺设防水层，浇注边拱，待边拱达到设计强度时，拱部回填注浆。
（6）混凝土达到设计强度后，向下开挖至底板底面标高，施工地模，施作边墙、底部防水层，绑扎钢筋并进行底板、底纵梁、下层边墙混凝土浇注。
（7）施工内部结构，主体结构施工完成。
..............................
第 3 章 北京地铁 14 号线菜户营站 PBA 施工设计....................................12
3.1 工程概况 ............................................... 12
3.2 工程地质条件................................................ 13
3.3 水文地质条件....................................... 14
3.3.1 历年高水位调查........................................... 14
3.4 车站暗挖主体结构设计 ........................................ 14
3.4.1 设计指导原则............................................ 15
3.4.2 车站主体 PBA 施工方法与主要步骤 ........................................ 15
3.5 车站暗挖段工程重难点..................................... 20
3.6 车站施工施工注意事项.................................. 21
第 4 章 北京地铁 14 号线菜户营站暗挖段监控量测分析....................................26
4.1 监测目的 ...................................... 26
4.2 监测方案 ........................................ 26
4.2.1 监测参考规范................................... 26
4.2.2 地表沉降监测 ............................... 26
4.2.3 现场巡视方法..................................... 29
4.3 本章小结 .................................... 34
第 5 章 MIDAS-GTS 数值模拟
5.1 MIDAS-GTS 计算程序简介
近半个世纪以来，随着国民经济的快速发展以及计算机硬件和软件的飞速发展和应用，岩土数值分析技术有了很大的发展，出现了许多大型通用岩土分析软件，包括 MIDAS-GTS、FLAC、PLAXIS、ABQUS 等。
MIDAS-GTS 是韩国 MIDAS IT 公司开发研制的一套专业三维岩土有限元分析软件（李治，2013），自 2005年进入国内市场以来，以其友好的界面，卓越的前后处理和完全的中文界面得到广大岩土工程专业人士的青睐。在国内隧道、基坑、边坡、抗震渗流等方面得到广泛应用。同时 MIDAS/GTS 也可以通过建结构荷载模型，单独对结构进行受力分析。
5.1.1 MIDAS-GTS 建模分析流程
用 MIDAS-GTS 去模拟岩土工程问题，一般的过程是：
（1）属性定义。
属性指的是材料和特性。材料一般包括结构和岩土，对于岩土材料一般选择莫尔-库伦本构模型，而结构一般选择弹性模型。特性包括截面尺寸和弹簧参数。对于梁或单元，可直接输入其截面形状和尺寸。对于板单元即可输入板的厚度。
（2）定义几何
对于几何尺寸的定义，对于简单的模型可以直接在 MIDAS-GTS 中创建。对于复杂的模型可以通过 AUTOCAD DXF 文件导入。但是在导入的文件最好CAD 图层尽量减少，并且不能导入多段线。
（3）网格划分
在 MIDAS-GTS 中有多种网格划分形式，最简单的就是自动网格划分，用户只需定义网格大小或者选择网格划分数量就可很方便的划分。另一种就是映射网格划分，对于一些不规则的形状，为了使计算结果准确，经常会使用映射网格划分。但是在选择映射网格最少需要 4条闭合的线段。还有一种网格划分方法是将需要划分的线进行按照尺寸或数量进行播种，然后再选择自由划分或者映射网格划分。
（4）定义边界和施加荷载
根据实际工程受力情况，给模型定义边界和施加荷载。对于岩土工程问题的模拟，最常用的边界条件就是一般支承。经常将地表（即模型顶面）定义为自由边界，而其余面均施加法向的约束。
（5）定义施工阶段
对于实际岩土工程，如果是模拟土体的开挖，一般需要定义施工阶段。施工阶段根据实际工程工况进行定义。通过 “激活”和“钝化”以实现单元的生死。同时对于工况复杂的工程可以通过施工阶段建模助手来定义施工阶段，方便快捷。
（6）定义分析工况
根据实际工程情况来定义分析工况。对于定义施工阶段的模型一般选择分析工况为施工阶段。而比如还有线性静态、非线性静态、特征值、反应谱、时程、稳定流、非稳定流、固结和边坡稳定等分析工况类型。可以根据实际模型分析的需要选择所需的分析工况。
............................
第 6 章 结论与展望
6.1 结论总结
城市的地铁车站施工都会对地表沉降、上覆管线以及产生一定的影响。并且由于现在地铁修建许多需要穿越交通繁忙的要道以及复杂的管线。因此常规的明挖以及盖挖法已经不能满足城市中心地带的地铁车站的修建。因此将框架结构施工方法和暗挖法结合的 PBA施工工法在地铁车站修建中得以运用，但是由于目前 PBA工法的理论尚不成熟，对于地面沉降的影响以及自身受力情况也有待研究，这对以后得施工和推广都造成一定的障碍。本文以北京菜户营站工程为背景，现场数据分析以及 MIDAS-GTS 数值仿真模拟对 PBA工法对地表沉降影响进行分析和研究。主要研究结果如下：
（1）对 PBA工法对地表引起的沉降预测。
通过 MIDAS-GTS 对 PBA工法全过程进行数值仿真模拟，并且在数值模拟值与已有的监测数据基本一致的情况下对 PBA工法产生的最终地表沉降值进行预测。车站暗挖中心里程的最终沉降值为 48.26mm,沉降槽范围是距断面中心线各 29.5m。
（2）PBA工法全过程分析
在地表横断面中心点地表的最终沉降值为 48.26mm,其中在导洞开挖完成时，地表的沉降值为 33.42mm，占总体沉降值的 69.25%。而在扣拱完成时地表的沉降值是43.73mm，占总体沉降值的 90.6%。
（3）两种导洞开挖方案对地表沉降的影响分析
通过 MIDAS-GTS 建立三维模型，对先开挖下层导洞和先开挖两侧导洞方案进行数值模拟分析。两种方案横断面沉降槽曲线型式基本一致，在距断面中心距离14m 以外，两种方案地表沉降值趋于一致，在距断面中心距离 14m 以内，第二种方案地表沉降值小于第一种方案。第一种方案地表最大沉降值为 48.25mm, 第二种方案地表最大沉降值为 45.73mm。第二种方案地表最大沉降值比第一种方案小 2.52mm。第二种方案优于第一种方案。
............................
参考文献：
- [1] 王亮,袁东. 城市地铁车站PBA洞桩法施工及地表沉降研究[J]. 赤峰学院学报(自然科学版). 2011(10)
- [2] 王心毅,张波,郑继强. 浅埋暗挖法的施工适应性及展望[J]. 交通标准化. 2011(09)
- [3] 徐升. 地下洞室支护理论初探[J]. 四川水力发电. 2011(02)
- [4] 张国碧,李家稳,郭建波. 我国地铁的发展现状及展望[J]. 山西建筑. 2010(33)
- [5] 杨春山,张新金,颜波. 隧道工程支护设计理论研究[J]. 广东土木与建筑. 2010(11)
- [6] 张志勇. 地铁车站PBA工法导洞近接施工影响与分析[J]. 现代隧道技术. 2010(04)
- [7] 高江. 城市地铁车站施工方法选择研究[J]. 工程建设与设计. 2009(09)
- [8] 盛莉. 地铁车站主要施工工法比较与浅析[J]. 安徽建筑. 2009(03)
- [9] 张爱军,郭永军,张大牛,李峰. 北京地铁10号线苏州街车站“PBA”洞桩法施工技术[J]. 铁道标准设计. 2008(12)
- [10] 周文海. 浅埋暗挖地铁区间隧道“PBA”施工技术研究[J]. 铁道标准设计. 2007(07)
本文编号：9029
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/shuoshibiyelunwen/9029_2.html
