大倾角岩层地铁暗挖车站施工力学行为研究

摘要

当前，我国很多的城市都面临着这样一个问题:道路狭窄、车辆堵塞、交通秩序非常的混乱，这已经成为制约城市发展的重大问题。伴随着我们国家城镇化的趋势不断扩大和国民经济的快速增长，人们逐渐由过去的乡村逐渐的转移到城市，城市人口在在不断的壮大。与此同时，人们对于交通的需求量在快速的增长，城市交通供应和需求得矛盾越来越紧张。地面现有的交通工具已经没有办法跟上日常的经济活动和人们的日常生活产生的需求。因此，为了解决这一重大问题，城市轨道交通事业就应运而生了，轨道交通有着地面交通无法达满足的优点，可以解决地面交通所面临的困难，轨道交通可以为广大的人们提供安全的、快速的、舒适的交通环境，可以引导城市中的人们合理的使用公共交通系统，这就是国外解决大中城市交通拥挤问题很有成效的一种方式。我国当前也存在着类似的问题，所以，借鉴国外的经验来解决我国大城市交通拥堵问题问题一种很好的途径。从国外的轨道交通发展可以看出，轨道交通事业的发展都是和发展相配套的技术经济以及各国的政策密切相关。
　　在轨道交通修建过程中，需要考虑几方面的内容:①地铁车站开挖中所面临的困难和存在的风险问题;②开挖中对临近建筑物稳定性的影响;③地表沉降及环境污染问题。
　　本论文针对大断面暗挖地铁车站在不同的岩层倾角下开挖的施工力学行为进行分析研究，结合依托轨道环线涂山车站工程，通过有限元数值模拟方法进行五种不同岩层倾角下隧道开挖的力学行为的二维分析;并通过三维的数值模型来模拟轨道环线涂山车站实际开挖的施工过程，对采用双侧壁导坑法开挖过程中车站隧道的围岩及衬砌结构应力和位移的变化规律进行研究，结合现场的实际测量的数据进行定性的比较分析，以验证数值模拟的准确性，并对车站隧道在开挖过程中的风险进行分析。最终计算和对比的结果可以为类似的工程在建设中的设计、施工以及科研提供一定的参考。
　　通过对重庆市轨道环线涂山车站开挖过程的数值模拟计算，结合现场实际监控量测数据，以及对不同倾角岩层隧道采用双侧壁导坑开挖的施工力学行为的研究，得出如下结论:
　　①车站隧道开挖后，最大的水平位移和最大的竖向位移的变化趋势是:随着隧道岩层倾角的增大而呈现出先减小后增大的变化;最大的水平应力和竖向应力随着隧道岩层倾角的增大而呈现出先增大后减小。
　　②不论何种倾角的岩层，在开挖后隧道的仰拱的竖向隆起位移都小于拱顶的竖向位移，仰拱处所产生的水平应力和竖向应力都要远小于拱顶处产生的水平应力和竖向应力;因此在隧道开挖后仰拱相对于拱顶偏于安全，通常是拱项比仰拱先发生破坏，应该引起重视。
　　③不论何种倾角的岩层，往往在开挖后的几个关键点中，隧道的拱顶、隧道的仰拱的位移量相对于隧道的拱腰和隧道的边墙处的位移量要大很多。因此，从控制围岩位移的角度出发，应该重点考虑仰拱和拱顶变形带来的不利影响，加强拱顶和仰拱的支护措施，保证围岩的稳定。
　　④利用三维有限元数值模拟涂山车站开挖过程的力学行为与开挖过程的风险分析。将数值模拟值与现场实际监控量测的数据进行对比分析，简单的分析了这两者之间产生误差的原因，同时也充分证明了隧道的有限元数值模拟值的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究手段和主要内容

第二章 工程概况及施工方法比选

2．1 概述

2．2 设计原则

2．3 地质概况

2．3．1 工程地质概况

2．3．2 水文地质条件及分析评价

2．3．3 地震与地震效应评价

2．3．4 岩土设计参数

2．3．5 本工程的特点与难点

2．4 施工方法制定原则

2．5 施工方法比选

2．6 主体结构施工方法

第三章 大倾角岩层暗挖地铁车站三维施工动态数值分析

3．1 有限元法的基本原理

3．2 有限元法在土木中的应用

3．3 有限元法分析的方法和步骤

3．4 本构模型的选择

3．4．1 岩土体本构模型的选择

3．4．2 边界条件的处理

3．5 接触问题的非线性有限元分析

3．6 双侧壁导坑法数值分析

3．7 计算模型的建立

3．7．1 数值模拟方案

3．7．2 计算参数的选取

3．7．3 计算尺寸的选取

3．7．4 施工步序模拟

3．8 计算结果分析

3．8．1 施工过程中的位移分析

3．8．2 施工过程中的应力分析

3．8．3 数值分析结果与监控量测结果对比分析

3．9 车站开挖过程的风险分析

3．10 本章小结

第四章 不同倾角岩层暗挖地铁车站施工力学行为研究

4．1 概述

4．2 有限元模型介绍

4．3 有限元计算结果分析

4．3．1 围岩变形分析

4．3．2 围岩应力分析

4．3．3 数据统计对比分析

4．4 本章小结

第五章 车站隧道施工监控量测成果分析

5．1 涂山车站监控量测的内容和目的

5．1．1 监控量测项目的内容及其分类

5．1．2 涂山车站监控量测的目的

5．2 涂山车站监控量测数据分析

5．2．1 地表沉降分析

5．2．2 周边收敛分析

5．2．3 拱顶沉降监测

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 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