近接多孔隧道及小竖井转大跨隧道施工力学行为研究

摘要

大运量快速公共交通系统地下铁道是解决城市客运交通问题的重要途径。广州市轨道交通五、六号线交叉段土建工程位于广州市越秀区环市东路与农林下路交叉口，4号施工竖井设置于六号线区庄站主体隧道南端，地处繁华地段，建筑密集，客流集中，交通繁忙，周边有平安大厦、广州市公路局等高层建筑及中低层建筑。传统的明挖法施工虽然简单易行，但对场地要求高，会给附近居民带来很多不便，也影响地面正常交通运输，本文针对具体工程实例就如何解决在施工场地狭小的城市中心地段修建近接地铁大跨度隧道及近接交叉隧道施工中出现的问题展开讨论。
　　 近接隧道等地下结构由于其空间位置及多孑孔的特殊性，在工程开挖时，影响工程建设的因素比单一洞室和独立结构施工时多，这些额外的影响因素会引起周围岩体应力重分布甚至再次重分布，导致围岩和结构一系列的力学行为变化。当然，尽管实际近接工程错综复杂、变化多端，但是其机理与普通地下工程依然存在许多相同或相似之处。在近接隧道的施工力学问题上，目前对平面内两孔问题有采用复变函数中的保角变换工具和Schwarz交替法来求解。对更复杂的问题给出解析解很困难，目前主要通过数值分析、模型试验、现场测试和统计分析，利用直接和间接（反分析）的途径进行确定。
　　 交叉隧道是近接隧道中的一种，施工时，其加载、卸载效应，横向、纵向及空间效应等会因隧道开挖的时间先后、空间位置及开挖方式的不同而不同。掌握其复杂的施工动态变化特征对隧道乃至地下结构工程的建设非常重要，现今各种近接工程受不同因素的约束导致其可用间距越来越小，而对于该方面的理论支持还不够成熟，因此，研究交叉隧道施工过程中各结构物的力学变化原理显得意义重大。
　　 小竖井转大跨度隧道施工由于在一个很小的空间内断面急剧变化，施工工序转换复杂，交叉隧道由于上下行施工的相互影响，对地层多次扰动，造成地应力处于不稳定的变动中。本文通过ABAQUS三维建模，对五号线与六号线形成的空间交叉结构的稳定性进行分析研究，通过分析施工进程中围岩的稳定性、新建和原有结构衬砌的内力、变形，确定合理的施工技术方案，以保证隧道空间交叉结构的顺利施工，使隧道结构支护受力合理，为优化设计提供可靠依据;通过数值模拟手段，研究广州市地铁六号线区庄站四号竖井施工6号线区庄站南端大跨隧道交叉部位的力学特性，竖井施工对隧道主体结构附近地层的影响范围及程度，对中小竖井施工转大跨度隧道的整体稳定、安全性进行分析评价。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道结构设计原理与方法

1．2．2 近接工程

1．3 研究目标、内容

1．4 论文特色与创新性

第二章 近接隧道开挖原理分析

2．1 近接施工隧道概述及其研究现状

2．2 地铁隧道近接工程施工的分类

2．2．1 各类近接隧道施工的力学模型及施工模拟方法

2．2．2 各类近接隧道施工的力学特征

2．3 近接隧道近接影响程度的判定

2．4 近接隧道施工力学过程描述

2．4．1 单隧道开挖后的二次应力状态

2．4．2 近接隧道施工后的多次应力状态

2．5 近接隧道施工力学问题的研究

2．5．1 解析法

2．5．2 数值模拟法

2．5．3 模型试验法

2．6 本章小结

第三章 ABAQUS中常用的岩土本构模型

3．1 概述

3．2 应力状态的描述

3．2．1 应力张量

3．2．2 应力张量的分解

3．2．3 应力张量不变量和偏应力不变量

3．2．4 应力空间

3．3 岩土的本构模型

3．3．1 ABAQUS中岩土的弹性本构模型

3．3．2 ABAQUS中岩土的塑性本构模型

3．4 本章小结

第四章 立体交叉隧道三维仿真模拟计算分析

4．1 概况

4．2 立体交叉隧道有限元模型的建立

4．3 施工阶段力学分析

4．3．1 先下后上下部6号线施工模拟

4．3．2 先下后上上部5号线施工模拟

4．4 本章小结

第五章 狭小场地小竖井进大断面隧道施工技术研究

5．1 场地情况概述

5．2 小竖井进大断面隧道方案设计

5．3 竖井横通道内利用桩梁体系转向施工关键技术

5．3．1 竖井施工顺序

5．3．2 竖井转大跨隧道施工体系转换过程

5．3．3 横通道施工技术

5．4 施工过程模拟计算分析

5．4．1 计算模型的建立

5．4．2 施工过程计算模拟分析

5．4．3 计算结果分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

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致谢