重叠换乘大拱脚暗挖地铁车站施工方案优化研究

摘要

伴随新型城镇化战略的加速实施，城市人口密度日益增大，加之目前城市地面公共交通空间日趋饱和，这就在主观与客观上要求发展地下空间，改善现有交通现状，提高市民日常出行的便利程度，这也是发达国家治理交通拥堵问题的一种行之有效的方案。
　　地下交通纵横交错、四通八达，换乘车站处客流量大，这就对其集散功能提出了高要求，所以大断面乃至超大断面暗挖车站日益增多。目前国内采用拱盖法建成了一些大跨度暗挖地铁车站，积累了一些经验，但需进一步研究拱盖法在超大跨暗挖地铁车站中的应用，本文正是在这大背景下产生的。
　　本文以轨道环线民安大道站为工程依托，综合运用文献检索、数值模拟、现场实验等研究方法对重叠换乘大拱脚暗挖地铁车站施工方案进行优化研究。研究思路如下:
　　1)通过文献检索，本文总结了国内外超大跨隧道的设计与研究现状，以及发展趋势，提出本文的主要研究内容。
　　2)进行拱部施工方案优化时，采用大型有限元软件ANSYS建立四组平面应变模型进行二维数值模拟，借助控制变量的研究方法，确定了拱部左右导洞按照三台阶、左右交替开挖方式进行施工。然后根据核心土宽度和开挖步数的不同，建立了六组平面应变模型进行数值模拟，选定核心土宽度为5.6m，初期支护曲率半径为15.0m，分三步开挖。
　　3)进行落底施工方案优化时，根据底部施工高度，选择三台阶法开挖。然后依据不同台阶间放坡坡度的差异，建立两组平面应变模型进行对比分析，建议落底施工时，台阶间采用70度的相同放坡坡度。
　　4)进行大拱脚加固时，大拱脚2.5m范围内采用机械施工，施作6m长的中空注浆锚杆以及纵梁，同时增大该部位初支喷射厚度，根据有限元数值模拟的结果证明本加固方案切实可行。
　　5)根据选定的拱部、落底以及大拱脚加固施工方案，按照3m的施工进尺建立三维有限元模型进行弹塑性分析，结合现场实测数据进行对比分析，结果表明采用本模型能够为实际施工提供借鉴和指导。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．1．1 工程背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外大断面设计与施工概况

1．2．2 国内大断面设计与施工概况

1．3 本文的研究内容、方法与技术路线

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 本文研究技术路线

1．3．3 本文主要研究方法

1．4 本章小结

第二章 重叠换乘暗挖地铁车站地质概况及结构方案

2．1 民安大道站工程简介

2．1．1 工程概况

2．1．2 地质概况

2．2 重叠换乘暗挖地铁车站结构方案及比选

2．2．1 车站主体结构开挖工法比选

2．2．2 车站主体结构衬砌选型

2．2．3 车站主体结构断面拟定

2．3 本章小结

第三章 重叠换乘暗挖地铁车站拱盖法关键施工技术研究

3．1 隧道开挖基本力学理论

3．2 隧道开挖模拟的基本思想

3．3 隧道开挖模拟相关条件和参数的选取

3．3．1 计算范围及边界条件的选取

3．3．2 单元类型及材料参数的选取

3．3．3 本构模型的选取

3．4 重叠换乘暗挖地铁车站拱部开挖方案研究

3．4．1 车站拱部左右导坑合理开挖工序及台阶数优化研究

3．4．2 车站拱部核心土施工优化研究

3．5 重叠换乘暗挖地铁车站落底开挖方案研究

3．6 重叠换乘暗挖地铁大拱脚加固方案研究

3．7 本章小结

第四章 重叠换乘暗挖地铁车站三维施工动态数值模拟

4．1 数值模拟概况

4．1．1 计算参数的确定

4．1．2 计算模型的建立

4．1．3 施工过程的模拟

4．2 拱盖法循环进尺3m计算结果分析

4．2．1 围岩位移

4．2．2 围岩应力

4．2．3 初期支护应力

4．2．4 二次衬砌应力

4．3 本章小结

第五章 民安大道车站隧道监控量测成果分析

5．1 民安大道站监控量测实施

5．1．1 民安大道站监控量测项目

5．1．2 监控量测点布设

5．2 民安大道站监控量测数据分析

5．2．1 地表沉降分析

5．2．2 拱顶沉降分析

5．2．3 水平净空收敛分析

5．2．4 围岩压力分析

5．3 现场实测数据与数值计算结果对比分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究成果与结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果