单层洞桩法较PBA优势及合理开挖顺序模拟分析

孙玉辉; 李晓萌; 陈昌彦; 白朝旭; 王金明

doi:10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.003

单层洞桩法较PBA优势及合理开挖顺序模拟分析

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.003

北京市勘察设计研究院有限公司，北京　100038

详细信息

作者简介:
孙玉辉，男，1982年生，汉族，河南周口人，硕士研究生，高级工程师，主要从事地铁建设风险管控工作。E-mail：63908264@qq.com

中图分类号: U 455
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出版历程
- 收稿日期: 2021-01-27
- 网络出版日期: 2022-10-08
- 刊出日期: 2022-10-08

Numerical Simulation Analysis of the Advantages of Single-story Tunnel Pile Method over Traditional PBA Method and Reasonable Excavation Sequence

BGI Engineering Consultants Co., Ltd., Beijing 100038, China

摘要

摘要: 在周边环境复杂的城市中心，为确保自身结构及周边环境安全，暗挖车站施工工法的选择尤为重要。通过介绍洞桩法原理及其常用的传统PBA工法和单层导洞洞桩法的施工步序，对比说明两者是否进行下导洞开挖等方面的区别，可以得出单层洞桩法工法对周边环境影响较小、对地下水处理及保护较好。以北京某单层洞桩法施工的暗挖车站为例，采用FLAC3D进行数值模拟，分析总结不同导洞开挖、不同初支扣拱、不同二衬扣拱顺序对周边地表竖向变形及横向变形的影响，得出最优的导洞开挖、初支扣拱及二衬扣拱顺序。研究可为类似工程设计及施工提供参考。
- 单层导洞洞桩法 /
- PBA /
- 数值模拟 /
- 合理开挖顺序
Abstract: In the urban center with complex surrounding environment, it is particularly important to select the construction method of underground excavation station in order to ensure the safety of its own structure and surrounding environment. By introducing the principle of the tunnel pile method and the construction steps of the conventional PBA method and the single-layer pilot tunnel pile method, and comparing the differences between the two methods in terms of whether or not to excavate the lower pilot tunnel, it can be concluded that the single-layer tunnel pile method has less impact on the surrounding environment and better treatment and protection of groundwater. Taking an underground excavation station constructed by a single-layer tunnel pile method in Beijing as an example, FLAC3D is used for numerical simulation to analyze and summarize the influence of different pilot tunnel excavation, different primary support and arch buckle sequence and different secondary lining arch buckle sequence on the vertical and horizontal deformation of the surrounding surface, and the optimal sequence of pilot tunnel excavation, primary support and arch buckle sequence and secondary lining arch buckle sequence are obtained. The study can provide reference for similar engineering design and construction.
- single-layer tunnel /
- PBA /
- numerical simulation /
- reasonable excavation sequence

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图 1 传统PBA工法施工工序

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图 2 单层导洞洞桩法工法施工工序

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图 3 模拟网格图

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图 4 导洞、初支扣拱、二衬扣拱开挖顺序图

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图 5 导洞开挖对地表影响沉降槽

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图 6 初支扣拱对地表影响沉降槽

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图 7 二衬扣拱对地表影响沉降槽

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表 1 各车站基本情况及对应地表沉降量统计表

车站名称	施工工艺	结构形式	覆土/m	地层情况	地表最大沉降量/mm
车站一	PBA	双层两柱三跨	9.9	卵石、粉质黏土、细中砂	−125
车站二	PBA	双层两柱三跨	12	卵石、粉质黏土、粉细砂	−95
车站三	单层导洞	双层两柱三跨	9	卵石、粉质黏土、细中砂	−72
车站四	单层导洞	双层两柱三跨	14	卵石	−68
车站五	单层导洞	双层单柱两跨	7.7	卵石砂	−71
车站六	单层导洞	双层两柱三跨	6	卵石	−47
车站七	单层导洞	双层三柱四跨	8.9	卵石	−54
车站八	PBA	双层两柱三跨	12	卵石	−120

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表 2 地层划分及其参数统计

深度 /m	土层名称	天然密度 /（g·cm^–³）	压缩模量 /MPa	黏聚力 /kPa	内摩擦角 /(°)
6	粉质黏土	1.93	5.98	26	18
2	粉土	1.96	12.2	14	30
3	细粉砂	1.99	15.0	0	30
18	卵石	2.10	40	0	40
12	粉质黏土	2.00	13.82	32	18
29	卵石	2.20	60	0	50

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表 3 导洞开挖对地表影响统计

导洞开挖顺序	地表竖向最大变形量/mm	地表横向影响范围/m
13—24	−4.20	113
23—14	−4.97	115
14—23	−5.23	109
14—2—3	−4.13	114
1—4—3—2	−4.10	119
1—4—2—3	−4.12	120
2—3—14	−4.12	115
注：1—4—2—3为依次开挖导洞1、4、2、3；14为同时开挖导洞1和4。

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表 4 初支扣拱对地表影响统计

初支扣拱顺序	地表竖向最大变形量/mm	地表横向影响范围/m
ac—b	−7.02	110
b—ac	−7.10	108
a—b—c	−7.07	113
a—c—b	−7.04	113
b—a—c	−7.07	113
注：a—b—c为依次进行a、b、c初支扣拱；ac为同时进行a和c初支扣拱。

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表 5 二衬扣拱对地表影响统计

二衬扣拱顺序	地表竖向最大变形量/mm	地表横向影响范围/m
AC—B	−7.78	116
A—B—C	−7.67	119
A—C—B	−7.68	116
B—A—C	−7.67	116
B—AC	−7.68	119

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