盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站

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汇报提纲
1、问题的提出与研究现状 2、柱-预应力支撑体系的提出 3、柱-预应力支撑体系作用分析研究 4、结论
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柱-预应力支撑体系作用分析
工 程 背 景
北京地铁十号线一期三元桥站站位 三元桥站总平面布置图
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柱-预应力支撑体系作用分析
结 构 型 式
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柱-预应力支撑体系的提出
保护措施：柱-预应力支撑体系
将开口处的管片及两侧一定范围内的管片在纵向通过预应力索串联起 来以后并进行张拉，形成一个纵向梁结构，降低管片破除过程中开口处
管片的受拉和张开趋势；
与隧道内的临时钢管柱支撑形成一个整体的梁柱受力框架体系，将开 口环管片力系转换到相邻未拆除的整环管片上。
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国内外研究现状
前苏联，日本，德国 在国外，盾构法不仅用于区间隧道的施工，也用于地铁车站的施工 大直径盾构基础上扩挖车站
国 外 研 究 现 状
区间盾构基础上扩挖车站
以盾构隧道作为拱座基础修建车站
新型车站施工方法
外径为<6m， 仅10座左右，铸铁管片。
其余大部分外径为 8m 左右
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问题的提出
国 内 区 间 与 车 站 施 工 组 织 方 式
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方式1
方式2
方式3
方式4：北京地铁5号线北新桥站、十号线一期三元桥站
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问题的提出
现在的组织方式存在如下3大问题： 现在： 存 在 问 题 1、盾构区间与车站施工干扰大
2、盾构设备利用率偏低
未来： 以现在盾构区间与车站施工组织方式 3、难以解决深埋地铁车站及渡线施工问题
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已有研究基础
课题已经完成了以下研究内容
提出并设计了盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站的 结构方案
提出了柱-预应力支撑体系，并完成了方案设计和施工工 艺研究 提出了盾构开口环管片与车站主体结构的节点连接方式
提出了盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站可行的施 工步骤，明确了施工风险点
A测点管片环接缝张开量变化曲线
1.60 0kN
管片环接缝张开量（ ） mm
B测点管片环接缝张开量变化曲线
1000kN
1.20
0.80
0.40
0.00 1 2 施工步序 3
C测点管片环接缝张开量变化曲线 2012-7-13
监测点
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柱-预应力支撑体系作用分析
预 应 力 作 用 下 管 片 结 构 内 力 分 析
施工步序说明：
1—站厅隧道开挖完毕 2 —站厅隧道二衬施作完毕 3 —横通道开挖完毕
跨中断面 1 塔柱断面 2 施工步序 3 4
临 时 钢 管 柱 支 撑 轴 力 分 析
-500
轴力（kN）
-600 -700 -800 -900 -1000
4 —拆除管片，施作横通道 二衬
临时钢管柱支撑轴力变化曲线
基本上呈现逐渐增大的趋势 横通道开挖阶段增量最大 跨中断面的承受的压力比塔柱部位大，最大达到907kN 临时钢管柱支撑在施工过程中对于维持管片结构的稳定发挥了 较大的作用。
中国土木工程学会隧道及地下工程分会第十六届年会报告
盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站 的柱-预应力支撑体系作用分析研究
报告人：张新金 单 位：广东省建筑科学研究院 北京交通大学
2010.11.6
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汇报提纲
1、问题的提出与研究现状 2、柱-预应力支撑体系的提出 3、柱-预应力支撑体系作用分析研究
进行了1:10的大比尺模型试验和相应的数值模拟
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已有研究基础
1、提出并设计了盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站的 结构方案。
塔柱部位横断面
横通道部位横断面
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已有研究基础
2、提出了柱-预应力支撑体系，并完成了方案设计和施工工 艺研究。
柱-预应力支撑体系
支撑体系试验照片
预应力分别为0和1000kN时管片结构内力（单位长度）
跨中断面 预应力（kN） 最大正弯矩 （kN· m） 0 1000 112.61 39.82 最大负弯矩 （kN· m） -205.13 -39.94 最大轴力（kN） 672.03 265.64
施加预应力可以大幅度减小开口环管片结构的内力 预应力已经将横通道部位的开口环管片与塔柱部位的整环管 片形成一个整体受力体系 开口环管片大部分受力已经转换到相邻未拆除的管片环上。
计算模型（65m*28.8m*26.4m）
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柱-预应力支撑体系作用分析
管 片 模 型
管片结构图
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管片细部结构
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柱-预应力支撑体系作用分析
纵 向 预 应 力 索 作 用 分 析
预应力索计算模型
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柱-预应力支撑体系作用分析
-300 -400
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3、提出了盾构管片与车站主体结构的节点连接方式
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已有研究基础
4、提出了盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站可行的施 工步骤，明确了施工风险点。
暗挖塔柱式车站施工步骤
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已有研究基础
5、进行了1:10的大比尺模型试验和相应的数值模拟
模型试验台架
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汇报提纲
1、问题的提出与研究现状 2、柱-预应力支撑体系的提出
3、柱-预应力支撑体系作用分析研究
4、结论
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柱-预应力支撑体系的提出
列车开门的宽度和高度要求在车站纵向上横通道部位的管片开口跨度 和高度均较大,部分管片拆除以后，盾构隧道变成一个开口状的非稳定结构。 1、造成管片上内力的突变和重新调整； 2、在土压力作用下产生较大的侧移和变形； 3、螺栓松弛引起管片结构漏水。 此外， 1、管片拆除之前没有条件施作管片与车站主体结构的连接； 2、外径6m的区间盾构隧道内部没有施作二衬的空间； 因此在管片拆除前对开口环管片采取一定的保护措施对于保证该工法 的施工安全十分关键。
柱-预应力支撑体系的设计
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已有研究基础
钢管 片
钢管 片
钢筋混凝土 管片
钢筋混凝土管片（非锚固端） +钢管片（锚固端） 预应力管片的设计
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钢管片（非锚固端和 锚固端）
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已有研究基础
分散式
交叉式 预应力索（钢绞线）的施加方式
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已有研究基础
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汇报提纲
1、问题的提出与研究现状 2、柱-预应力支撑体系的提出 3、柱-预应力支撑体系作用分析研究 4、结论
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结论
(1)车站施工过程中，盾构隧道内的临时钢管柱支撑压力基本上呈 现逐渐增大的趋势，其中横通道开挖阶段增量最大，跨中断面临时钢管 柱支撑承受的压力比塔柱断面大，最大达到907kN，因此临时钢管柱支 撑在施工过程中对于维持管片结构的稳定发挥了较大的作用，在安装时 应适当设计一定的预顶力，以使其正常发挥作用。
横通道部位横断面 塔柱部位横断面
站厅隧道埋深8m，盾构隧道埋深10.7m
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柱-预应力支撑wenku.baidu.com系作用分析
塔柱4 塔柱4
横通道3
横通道3
塔柱断面
塔柱3
塔柱3
塔柱断面
计 算 模 型
横通道2 跨中断面
横通道2
跨中断面
塔柱2
塔柱2
横通道1
横通道1
塔柱1
塔柱1
22环管片：3个横通道、4个塔柱
4、结论
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汇报提纲
1、问题的提出与研究现状 2、柱-预应力支撑体系的提出 3、柱-预应力支撑体系作用分析研究 4、结论
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问题的提出
2008年，198km 2015年，561km 2050年，1000km
Σ5#，4#，10#一期，奥支，机场线： 地下线共 双线72.9km 其中： 盾构法双线31.2km； 占地下线路总长的42.8%； 投入盾构18台。
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柱-预应力支撑体系作用分析
预 应 力 作 用 下 管 片 接 缝 张 开 量 分 析
2.00 0kN
管片环接缝张开量（ ） mm
2.00
1000kN
管片环接缝张开量（ ） mm
0kN
1000kN
1.50
1.50
1.00
1.00
0.50 1 2 施工步序 3
0.50 1 2 施工步序 3
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国内外研究现状
在国内，盾构法的应用仅限于区间隧道施工，结合盾构法建造地 铁车站的施工技术目前尚属空白。
国 内 研 究 现 状
上海：引进双圆盾构开展试验研究
广州：盾构法+矿山法联合修建地铁车站的方案研究
北京： 北京市科技计划课题《盾构法与浅埋暗挖法结合建造地 铁车站综合技术研究》 技术思路：整条线路先连续施工盾构区间，再扩建车站 采用暗挖或明挖拓展方式，将盾构隧道作为车站结构的一部分
结 论
(2)在管片结构纵向上通过预应力索施加924～1491kN的预应力，可 以有效地限制管片环的纵向变形；同时可以改善开口环管片结构的受力 状态，将横通道部位的开口环管片与塔柱部位的整环管片形成一个整体 受力体系，施加预应力后，管片结构内力降低60%以上，因此应在管片 结构上进一步设计施加该预应力索的工艺结构形式。