地铁车站洞桩法施工对地层的影响与控制技术（英文版）

在城市化高速发展的背景下，交通拥堵问题已成为制约城市经济进一步发展的瓶颈。自1863年英国伦敦建成世界上第一条地下铁道以来，世界范围内已有100多个城市拥有了自己的地铁交通系统。地铁作为一种安全可靠、准时方便、舒适的交通方式，不仅能快速大量输送乘客，还减少了对地面景观的破坏，为城市发展提供了重要支撑。不仅如此，地铁在战争时期还扮演了防空掩蔽的重要角色。随着经济不断发展，地铁交通成为解决城市交通拥堵问题的重要手段，不少城市正在修建或计划兴建地铁等快速轨道交通系统。
在中国，超过30个拥有100万人口以上的城市，正积极推进地铁交通的发展，预示着城市地铁的前景十分广阔。地铁车站的施工方法不断创新，从明挖法、盖挖法到浅埋暗挖法等，都在不同场景中得到应用。然而，不同施工方法背后都存在着一系列挑战，例如影响地面交通、干扰居民生活，以及引起周边既有结构的变形等。针对这些问题，地下工程界不断进行创新，推出了洞桩（PBA）法等，以解决施工过程中的各种难题。
本书将深入探讨地铁车站施工中的各种施工方法及其对周边环境的影响。作为本书的编者，我们特别感谢以下几位作者在本书创作过程中所做出的贡献。
庞光辉参与了地铁施工的各种方法的深入理论分析和模型试验，为本书内容提供了重要支持。
史永强参与了本书中关于地下工程创新的部分，通过丰富的实践经验，为其提供了实际案例和见解。
刘晓伟在地铁施工过程中，参与了对洞桩法的研究和实践，为本书的深度分析贡献了重要内容。
高春燕对洞桩法在地铁施工中的应用进行了详细研究，为本书的内容提供了丰富的信息和数据支持。
王童对地铁交通发展与城市可持续发展之间关系进行了深入思考，为本书的结论部分提供了有益见解。
本书以具体工程施工为例，通过模型试验、理论分析、数值模拟等手段，研究洞桩法在开挖车站时引起的周边既有结构变形特点等问题。本书还详细讨论了洞桩法在地铁施工中的地位和意义，以及其对地下工程的影响。
在这里，我要衷心感谢所有为本书提供支持和帮助的人们。感谢政府对地铁交通发展的重视，感谢工程界不断创新的努力，感谢那些在地铁建设中辛勤工作的人们。正是有了你们的努力，才使得城市交通得以顺利发展，为城市的可持续发展做出了重要贡献。
我们分享从理论到实践的研究成果，希望能够为城市地铁建设提供有价值的参考和指导。让我们一同探讨地铁交通的未来，为城市发展贡献一份力量。
最后，我要感谢所有参与本书创作的作者和研究人员，以及出版社的支持和帮助。希望本书能够对您了解地铁交通的发展和施工方法，以及其对城市的影响，提供有益的信息和见解。愿本书能够为您带来启发，促使更多关于地铁交通的深入思考和研究。

编者
2023年5月

在当今城市化高速发展的背景下，交通拥堵问题已成为制约城市经济进一步发展的瓶颈。地铁作为一种安全可靠、准时方便、舒适的交通方式，成为解决城市交通拥堵问题的重要手段。本书深入探讨了地铁车站施工中的多种方法及其对周边环境的影响，以具体工程施工为例，结合模型试验、理论分析和数值模拟等手段，研究了洞桩（PBA）法在开挖车站时引起的周边既有结构变形特点等问题，探讨了洞桩法在地铁施工中的地位和意义，以及其对地下工程的影响。
全面涵盖：本书涵盖了地铁交通的历史发展、不同施工方法、环境影响等多个方面，为读者提供了全面的了解。
理论与实践相结合：通过模型试验、理论分析、数值模拟等多种方法，将理论知识与实际案例相结合，使内容更具可操作性和实用性。
深入研究：本书对洞桩法在地铁施工中的地位、意义、影响等问题进行了深入研究，使读者有了深刻的认识。
前瞻性思考：通过对不同施工方法的分析，本书提出了关于地铁交通未来发展的前瞻性思考，引导读者对城市交通发展有更深入的了解。

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