过街地下通道浅埋暗挖技术施工过程数值模拟

摘要

随着城市化建设的高速发展，诸如交通拥挤、环境恶化等问题亦逐渐显现出来。银川市城区过街交通方式的决策与建设，也必将成为城市交通网建设中的一项关键技术问题。合理利用和开发地下空间正成为解决该问题的一条重要途径。选择科学、合理的城市地下过街通道的结构型式和施工方法是地下工程高效、安全的根本保障。
　　 本文针对近几年来银川市过街地下通道的建设状况，在收集和调查国内外类似工程的设计和施工方法的基础上，探讨了以“浅埋暗挖”施工技术代替目前过街地下通道采取的“大开挖”的明挖施工技术的可行性和具体实施方案。首先对银川市区地层分布情况、土性参数和地下水位变化情况进行调查、测试和研究。然后，根据银川市已建成的过街地下通道的结构型式、尺寸，利用FLAC3D软件，建立了过街地下通道施工过程计算机数值模拟分析模型，对地下通道施工过程进行仿真计算，分析预测了不同施工方法施工过程中围岩的应力-应变性状及其对地表沉降的影响，进而确定出合理的施工顺序和优化的施工过程，提出了减小地表沉降的技术措施。最后利用数值模拟结果给出了银川城区过街地下人行通道优化设计方案和施工工艺。采刚FLAC3D对中隔墙法(CD)和十字隔墙法(CRD)法两种暗挖技术的施工方案进行了三维弹塑性数值模拟研究，得到以下结论：
　　 (1)由地表关键点沉降随工序变化规律分析得出，十字隔墙法和中隔墙法对地表关键点沉降影响的规律基本相同，均表现为通道左侧对应的地表关键点沉降大于右侧对应的地表关键点沉降，十字隔墙法的地表最终沉降值要小于中隔墙法；
　　 (2)由拱顶沉降随工序变化规律可知，十字隔墙法及中隔墙法对拱顶沉降影响的规律相同，但十字隔墙法的拱顶沉降值要小于中隔墙法；
　　 (3)由水平收敛位移随工序变化规律得剑，十字隔墙法及中隔墙法对水平收敛位移的影响规律相同，但十字隔墙法的水平收敛位移值要小于中隔墙法；
　　 (4)通过施工完毕后塑性区分布对比分析知道，十字隔墙法没有塑性区，中隔墙法存在较少的塑性区分布，且施工过程中这些塑性区曾经处于屈服面上；十字隔墙法和中隔墙法施工过程中曾经处于屈服面的区域基本相同；
　　 (5)通过对十字隔墙法与中隔墙法施工过程数值模拟的对比分析，总体上看十字隔墙法对地下通道的围岩及支护结构稳定性的影响较小。因此，从地下通道的稳定性及安全性考虑，银川市过街地下通道施工中，采用十字隔墙法明显优于中隔墙法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2城市浅埋隧道工程暗挖施工技术国内外现状及发展趋势

1.3隧道施工过程数值仿真方法的研究现状

1.3.1岩石力学数值分析方法

1.3.2基于有限差分和有限元法进行隧道施工过程数值仿真分析研究现状

1.4本文的研究内容、研究方法和技术路线

1.4.1主要研究内容

1.4.2研究方法

1.4.3技术路线

第二章 地下通道工程类比设计

2.1浅埋暗挖法设计方法、特点和程序

2.1.1浅埋暗挖法设计方法及设计特点

2.1.2浅埋暗挖设计原则及程序

2.2银川市区地下通道的支护结构类比设计

2.2.1断面形式和尺寸的拟定

2.2.2衬砌类型及参数选择

2.2.3超前支护

2.2.4防排水设计

2.2.5开挖支护方案设计

2.3本章小结

第三章 支护加固措施的数值模拟理论和FLAC3D软件简介

3.1隧道支护及预加固措施的模拟

3.1.1锚杆的力学模拟

3.1.2超前小导管的模拟

3.1.3钢格栅拱架的模拟

3.1.4长管棚的模拟

3.1.5喷射混凝土的模拟

3.1.6模筑混凝土的模拟

3.1.7临时支撑的模拟

3.2 FLAC3D软件简介

3.2.1三维快速拉格朗日法分析的基本原理

3.2.2 FLAC3D本构模型

3.2.3 FLAC3D程序的基本特点

3.2.4 FLAC3D程序的应用

3.3本章小结

第四章 银川市北京东路过街地下通道浅埋暗挖施工数值模拟研究

4.1北京路×西桥巷人行地下通道工程概况

4.1.1工程地质条件

4.1.2岩土参数的分析和选用

4.1.3水文地质条件

4.2土样强度指标室内试验

4.2.1试样的选取与制作

4.2.2土的强度指标试验

4.3数值模型的建立

4.3.1数值计算基本假定：

4.3.2计算模型和参数

4.3.3控制截面和控制关键点

4.3.4 CD法和CRD法施工的数值模拟过程

4.4中隔墙法施工过程的数值模拟分析

4.4.1围岩应力分析

4.4.2围岩变形分析

4.4.3控制点计算结果分析

4.5十字隔墙法(CRD)施工过程的数值模拟分析

4.5.1围岩应力分析

4.5.2围岩变形分析

4.5.3控制点计算结果分析

4.6中隔墙法(CD)和十字隔墙法(CRD)施工数值模拟结果对比分析

4.7本章小结

第五章 结论和展望

5.1主要结论

5.2进一步研究工作的建议

参考文献

致谢

个人简历