香港明挖回填隧道

项目中应用的软件

项目概况
九广铁路公司（KCRC）承建了连接香港特别行政区和中国大陆的铁路通道——落马洲支线，该支线全长7.4公里。“LBD201 - 上水至洲头隧道”的设计及建造合同是该支线的一部分，包括设计和建造3.6公里、直径8.75米的双线隧道以及约1.4公里的明挖回填式引道及相关结构。
本案例研究重点关注该项目近期竣工的极具挑战性的东引明挖回填隧道段的反演分析。反演结果显示，地层刚度与其他已发表的数据一致。
Oasys 如何彰显其价值
DJV 委托奥雅纳工程顾问公司（Ove Arup and Partners Hong Kong Ltd）进行详细设计。

Storry 等人（2005 年）详细描述了上水站以北 700 米长明挖回填隧道段的施工和监测方法。该隧道挖掘深度达 14 米，宽度达 20 米，距离现役九广铁路东铁干线 1.5 米以内，距离东江水管（香港饮用水由中国供应）1 米以内。控制地面移动对于最大限度地减少干扰至关重要。

东侧引道明挖回填隧道在有限的土地边界内建造，不会影响现有干线的运营。最终设计要求并排建造两条单箱明挖回填隧道，两条隧道位于不同的高度，并逐渐向下延伸至主隧道段。

为方便施工，东侧引道明挖回填隧道全长被分段施工。这些隧道由临时板桩墙箱体开挖而成，宽度从8米到20米不等。下图显示的是正在施工的支撑板桩开挖段之一，它夹在运行的铁路和供水干管之间。
地面监测

监测仪器系统是确保铁路运营商和水务署 (WSD) 对设计的稳健性和施工方法的适用性感到满意的关键组成部分。这些仪器包括：

在邻近现有结构和对运动敏感的公用设施上设置地面变形监测点；
用于监测基坑周围地下水位的测压计；
用于监测临时挡土墙挠度的测斜仪（安装在与板桩焊接并打入的钢管内）；以及
用于实时监测现有和改道东铁轨道的测斜仪。
岩土工程设计
挡土墙和支撑顺序的设计采用OASYS Frew软件完成，该软件输出桩面的横向位移。为了将其转换为墙后的垂直和横向位移，采用了CIRIA C580报告关于土壤变形分析和影响半径的建议。

使用渗流分析估算了对地下水的影响。使用OASYS Safe中的二维有限元计算验证了地面位移剖面的假设。

地面位移预测基于自由场位移预测。在评估建筑物、结构和公用设施位移时，未考虑结构刚度，因此这些预测被认为是保守的。
反演分析——与地面监测数据的比较
测斜仪对板桩墙的监测证实，挡土墙的位移完全符合设计预测值。

根据观测到的墙体挠度进行反分析，以确定实际的地基刚度。

这些段的施工顺序可概括如下：

  1. 安装临时板桩墙并进行抽水试验，以验证围堰的防水性；
  2. 开挖并安装临时顶部支撑S1；
  3. 开挖并安装临时底部支撑S2；
  4. 开挖至最终开挖高度并安装底板和底墙；
  5. 拆除支撑S2，并建造永久隧道结构的剩余墙体和顶板；以及
  6. 拆除支撑S1。
图中显示了预测墙体位移与实际墙体位移的对比。

可以看出，实际墙体挠度小于设计时的预测值。这被认为是由于采用了保守的土体参数，实际地下水位比设计水位低约0.5米，并且列车活荷载并非永久施加。

通过增强土体刚度进行反演分析，以获得墙体挠度曲线的最佳拟合。下图显示了为“匹配”测量的墙体挠度而采取的步骤对应的墙体挠度，这些步骤可概括如下：
步骤 0：使用实际地下水位，忽略列车活荷载。
步骤 1：将 CDV 的刚度增加到 4N。
步骤 2：将粗冲积层的刚度增加到 4N。
步骤 3：将填料的刚度增加到 1.5N。
Pan 等人的论文中详细讨论了反演分析。

总体而言，反演分析的刚度值与香港其他基坑工程的案例相比更具优势。

至于墙体摩擦的影响，则取决于板桩的状况和安装方法。反演分析表明，墙体摩擦可能在 0.5 到 1.0 Å 之间。
施工
LDB201 东侧引道明挖回填隧道已成功修建在一片狭长地带内，该地块距离一条运行铁路 1.5 米，距离香港主要水源地之一 1 米。