Construction Sequence Optimization for Diaphragm Wall Obstruction Removal Using a Horizontal Full-Rotation Drilling Rig
本文提出并验证了一种利用水平全旋转钻机移除既有地铁站下方地下连续墙障碍物的施工顺序优化方法，通过数值模拟与现场监测证明，该方法相比于直接盾构切割能显著降低结构变形，且特定的间隔分组施工顺序可获得最有利的地基稳定性结果。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下，我们城市下方的地下世界就像一个巨大且繁忙的图书馆，而穿梭在书架间的列车就是那些飞速移动的书籍。有时，一条新的地铁线路需要在一座古老且繁忙的车站正下方建设。但问题在于，这座旧车站是由被称为“地下连续墙”的巨大混凝土“书立”支撑着的，这些书立还用钢梁进行了加固，是在几十年前建造的。为了修建新隧道，这些顽固的墙体必须被移除。如果你尝试用一台巨大的、吵闹的机器（比如盾构机机器人）去砸碎它们，那就好比用大锤去砸一块巧克力棒：你确实完成了任务，但你震动了整个图书馆，弄裂了书架，甚至可能导致书本掉落。另一方面，如果你尝试用手工一点点凿掉它们，过程会非常缓慢、危险且混乱。工程师们一直在寻找一种既精确、安静，又足够温柔、不会惊扰上方“沉睡列车”的方法来移除这些墙体。这就是地下工程中“障碍物移除”的挑战：如何在不惊醒整个社区的情况下，拆除一个巨大的障碍物。
这篇论文讲述了一个聪明的解决方案，该方案在中国的杭州进行了测试，当时那里需要建设一条新的地铁线，且需经过一个既有车站的正下方。研究人员提出使用一种“水平全旋转钻孔设备”，这本质上是一个高科技的大型钻机，它可以水平旋转，像吃掉一小块一小块的混凝土墙一样将其一点点“吃掉”，而不是一次性将其砸碎。为了验证这种新方法是否比直接驱动盾构机穿过墙体的旧方法更好，团队建立了一个大规模的3D计算机模拟系统（现实世界的数字孪生体），以观察地面和车站会发生什么变化。
结果非常明确。当他们模拟传统的“直接盾构切割”方法时，地面发生了显著的震动和沉降，车站位移高达3.6毫米，墙体本身也移动了3.9毫米。这就像是“大锤法”：虽然奏效，但造成了许多不必要的晃动。相比之下，这种新的钻孔方法要温柔得多。在计算机模型中，车站仅移动了2.1毫米，墙体也仅移动了2.7毫米。这种扰动更加集中，就像激光束而非冲击波。模拟显示，这种新方法可以将车站的最大变形减少约42%，将墙体变形减少约31%，证明了它是保持现有结构稳定的更安全选择。
但研究人员并没有止步于此。他们意识到，钻孔的“顺序”与你使用“什么工具”同样重要。想象一下你有一排饼干要吃；你是从上往下吃，还是从下往上吃？或者你是先吃隔着的每一块？团队测试了不同的钻孔“进食顺序”。他们发现，在单排钻孔内，由下往上钻比由上往下钻略好，能引起更小的支护桩位移。当涉及到行与行之间的顺序时，他们对比了从左向右、从右向左以及“间隔”模式（跳着行进行，比如先A，再C，再E，然后是B，最后是D）。模拟显示，“间隔”模式是冠军。通过跳跃式施工，施工队让未钻孔的部分充当了临时支撑，防止应力向单一方向堆积。这种方法使地面沉降和墙体变形保持在所有测试中的最低水平。
简而言之，论文表明，对于移除繁忙车站下方的这些坚硬地下墙体，“小孔钻孔”法优于“大锤砸碎”法。它还建议，最好的做法是从下往上钻，并且采用跳跃式的行进方式，而不是直线推进。尽管这些发现来自计算机模拟以及与模型相符的现场数据，但它们为工程师们提供了一份强有力的配方，让他们能在建设新隧道的同时，不惊醒上方的城市。
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