地鐵車站洞樁法施工對地層的影響與控制技術（英文版）

在城市化高速發展的背景下，交通擁堵問題已成為制約城市經濟進一步發展的瓶頸。自1863年英國倫敦建成世界上第一條地下鐵道以來，世界范圍內已有100多個城市擁有了自己的地鐵交通系統。地鐵作為一種安全可靠、準時方便、舒適的交通方式，不僅能快速大量輸送乘客，還減少了對地面景觀的破壞，為城市發展提供了重要支撐。不僅如此，地鐵在戰爭時期還扮演了防空掩蔽的重要角色。隨著經濟不斷發展，地鐵交通成為解決城市交通擁堵問題的重要手段，不少城市正在修建或計劃興建地鐵等快速軌道交通系統。
在中國，超過30個擁有100萬人口以上的城市，正積極推進地鐵交通的發展，預示著城市地鐵的前景十分廣闊。地鐵車站的施工方法不斷創新，從明挖法、蓋挖法到淺埋暗挖法等，都在不同場景中得到應用。然而，不同施工方法背后都存在著一系列挑戰，例如影響地面交通、干擾居民生活，以及引起周邊既有結構的變形等。針對這些問題，地下工程界不斷進行創新，推出了洞樁（PBA）法等，以解決施工過程中的各種難題。
本書將深入探討地鐵車站施工中的各種施工方法及其對周邊環境的影響。作為本書的編者，我們特別感謝以下幾位作者在本書創作過程中所做出的貢獻。
龐光輝參與了地鐵施工的各種方法的深入理論分析和模型試驗，為本書內容提供了重要支持。
史永強參與了本書中關于地下工程創新的部分，通過豐富的實踐經驗，為其提供了實際案例和見解。
劉曉偉在地鐵施工過程中，參與了對洞樁法的研究和實踐，為本書的深度分析貢獻了重要內容。
高春燕對洞樁法在地鐵施工中的應用進行了詳細研究，為本書的內容提供了豐富的信息和數據支持。
王童對地鐵交通發展與城市可持續發展之間關系進行了深入思考，為本書的結論部分提供了有益見解。
本書以具體工程施工為例，通過模型試驗、理論分析、數值模擬等手段，研究洞樁法在開挖車站時引起的周邊既有結構變形特點等問題。本書還詳細討論了洞樁法在地鐵施工中的地位和意義，以及其對地下工程的影響。
在這里，我要衷心感謝所有為本書提供支持和幫助的人們。感謝政府對地鐵交通發展的重視，感謝工程界不斷創新的努力，感謝那些在地鐵建設中辛勤工作的人們。正是有了你們的努力，才使得城市交通得以順利發展，為城市的可持續發展做出了重要貢獻。
我們分享從理論到實踐的研究成果，希望能夠為城市地鐵建設提供有價值的參考和指導。讓我們一同探討地鐵交通的未來，為城市發展貢獻一份力量。
最后，我要感謝所有參與本書創作的作者和研究人員，以及出版社的支持和幫助。希望本書能夠對您了解地鐵交通的發展和施工方法，以及其對城市的影響，提供有益的信息和見解。愿本書能夠為您帶來啟發，促使更多關于地鐵交通的深入思考和研究。

編者
2023年5月

在當今城市化高速發展的背景下，交通擁堵問題已成為制約城市經濟進一步發展的瓶頸。地鐵作為一種安全可靠、準時方便、舒適的交通方式，成為解決城市交通擁堵問題的重要手段。本書深入探討了地鐵車站施工中的多種方法及其對周邊環境的影響，以具體工程施工為例，結合模型試驗、理論分析和數值模擬等手段，研究了洞樁（PBA）法在開挖車站時引起的周邊既有結構變形特點等問題，探討了洞樁法在地鐵施工中的地位和意義，以及其對地下工程的影響。
全面涵蓋：本書涵蓋了地鐵交通的歷史發展、不同施工方法、環境影響等多個方面，為讀者提供了全面的了解。
理論與實踐相結合：通過模型試驗、理論分析、數值模擬等多種方法，將理論知識與實際案例相結合，使內容更具可操作性和實用性。
深入研究：本書對洞樁法在地鐵施工中的地位、意義、影響等問題進行了深入研究，使讀者有了深刻的認識。
前瞻性思考：通過對不同施工方法的分析，本書提出了關于地鐵交通未來發展的前瞻性思考，引導讀者對城市交通發展有更深入的了解。

1 Introduction	001
1.1 Research background	002
1.2 Research status of PBA method	004
1.3 Research significance	009

2 State of the art	011
2.1 Cut and cover method	011
2.2 Cover-cut method	013
2.3 New Austrian tunneling method	015
2.4 Shield method	019
2.5 Both sides heading method	020
2.6 Center drift method	022
2.7 NTR method	023

3 Introduction to PBA construction method	026
3.1 Pile-beam-arch(PBA) method	026
3.1.1 Principle of PBA method	026
3.1.2 Characteristics of the PBA method	027
3.1.3 Construction steps of the PBA method	028
3.1.4 Structural form of the PBA method	029
3.2 Selection of construction methods for subway stations	034
3.2.1 Comparison of construction methods	034
3.2.2 Construction method selection	036

4 Main structure construction of PBA method	038
4.1 Guide tunnel construction method	038
4.1.1 Small catheter support	038
4.1.2 Guide tunnel excavation	041
4.1.3 Construction of large pipe shed	042
4.2 Construction of bored piles at the side of the station	044
4.2.1 Preparation	045
4.2.2 Mechanical drilling construction	046
4.2.3 Construction of steel bars	047
4.2.4 Concrete pouring construction	050
4.3 Crown beam construction method	051
4.3.1 Preparation	051
4.3.2 Reinforcement formwork construction	052
4.3.3 Crown beam concrete construction	053
4.4 Bottom longitudinal beam construction method	054
4.4.1 Substrate treatment	055
4.4.2 Waterproof construction	055
4.4.3 Reinforcement installation	056
4.4.4 Installation of embedded parts	057
4.4.5 Concrete construction	058
4.5 Steel pipe column construction method	058
4.5.1 Manual digging pile construction	059
4.5.2 Steel pipe column construction	061
4.6 Top longitudinal beam construction	067
4.6.1 Formwork construction	067
4.6.2 Waterproof layer construction	068
4.6.3 Steel banding	069
4.6.4 Concrete infusion	070
4.7 Arch construction method 	070
4.7.1 Arch construction steps	070
4.7.2 Initial support construction of arch	072
4.7.3 Earthwork excavation	075
4.7.4 Secondary lining construction of arch	075
4.7.5 Formwork construction	077
4.7.6 Concrete construction	078
4.8 Excavation of the subway station	079
4.8.1 Soil excavation	079
4.8.2 Shotcrete construction between piles	082
4.8.3 Medium plate and side wall construction	083
4.8.4 Platform wall and board construction	087

5 3D model simulation of construction steps of PBA method	088
5.1 Introduction to GTS NX	088
5.2 Constitutive model of geotechnical	089
5.2.1 Elastic model	090
5.2.2 Elastoplastic model	091
5.2.3 Model assumptions	092
5.3 Establishment of the subway station model	093
5.3.1 Setting of boundary conditions	093
5.3.2 Simplification of the PBA process	095
5.3.3 Mechanical parameters of the material	098
5.3.4 Simplification of model loads	098
5.4 Simulation of guide tunnel excavation scheme	102
5.4.1 Scheme 1 for guide tunnel excavation	103
5.4.2 Scheme 2 for guide tunnel excavation	104
5.4.3 Scheme 3 for guide tunnel excavation	105
5.4.4 Scheme 4 for guide tunnel excavation	105
5.5 Simulation of the excavation process	106
5.5.1 Construction of small conduits	106
5.5.2 Construction of small guide tunnels	107
5.5.3 Construction of beam and column system	108
5.5.4 Initial support of the arch	108
5.5.5 Secondary lining of the arch	109
5.5.6 Construction of the middle plate and side walls	110
5.5.7 Construction of the platform	110
5.6 Simulation analysis of tunnel excavation scheme	111
5.6.1 Guide tunnel excavation scheme model	112
5.6.2 Analysis of arch settlement of scheme 1	112
5.6.3 Analysis of arch settlement of scheme 2	113
5.6.4 Analysis of arch settlement of scheme 3	114
5.6.5 Analysis of arch settlement of scheme 4	114
5.6.6 Comparative analysis of arch settlement	115
5.6.7 Comparison of surface settlement	116
5.7 Analysis of ground surface settlement in subway station	118
5.7.1 Stage of small guide tunnel construction	118
5.7.2 Stage of pile and beam system construction	123
5.7.3 Stage of arch initial support	124
5.7.4 Stage of construction of the hall floor	126
5.7.5 Stage of platform construction	127
5.7.6 Summary analysis of settlement	128
5.8 Comprehensive analysis of numerical simulation 	129
5.8.1 Analysis of surface settlement in vertical direction	129
5.8.2 Analysis of surface settlement in horizontal direction	131

6 Application of PBA method in Shenyang Zhongjie metro station	133
6.1 Overview of Shenyang Zhongjie Station	133
6.1.1 Project overview	133
6.1.2 Engineering geological conditions	135
6.2 Monitoring and measurement technology	136
6.2.1 Scope of monitoring	136
6.2.2 Methods of monitoring	138
6.2.3 Control criteria for monitoring	143
6.3 Analysis of measured sedimentation data	144
6.3.1 Analysis of ground settlement in cross section	144
6.3.2 Analysis of ground settlement in longitudinal section	146
6.4 Analysis of the comparison between simulated and measured data	148

7 Control of the surrounding environment of PBA method	153
7.1 Location of buildings and pipelines in Zhongjie Station	153
7.1.1 Location of the building	153
7.1.2 Location of the pipeline	156
7.2 Building and surface settlement control measures	160
7.2.1 Measures for surface grouting support	161
7.2.2 Measures for reinforcement in the guide tunnel	164
7.2.3 Measures for building foundation reinforcement	164
7.2.4 Measures for double-layer duct grouting support	168
7.2.5 Measures for grouting behind initial support	171
7.3 Pipeline protection and reinforcement measures	173
7.3.1 Classification of pipeline protection	175
7.3.2 Measures for construction control	176
7.3.3 Measures for pipeline control	177

8 Conclusions	181

References	185