浅埋岩石地铁隧洞稳定性分析及评价方法研究

摘要

本文针对青岛地铁M3号线部分浅埋暗挖车站地表出现大变形的问题，以清江路暗挖车站为实例，通过对车站施工现场揭露的围岩等现场调查分析，利用ABAQUS有限元软件及强度折减方法对地铁车站位于Ⅳ、Ⅴ级围岩中进行了二维和三维数值模拟，同时与现场监测数据分析比较，进而确定了控制地表变形的标准和不同围岩等级的支护优化参数。论文主要结论如下:
　　 (1)在前期地质勘察揭露地层获取的岩体力学参数基础上，通过对清江路车站现场施工围岩状况的调研，并结合国家岩体工程分级标准及国内外暗挖车站已有的依据，对车站所处位置的围岩类别进行综合评价，并初步确定了各级围岩强度参数，再依据车站监测数据优化围岩参数，确定了各类围岩的力学参数。
　　 (2)考虑到青岛暗挖车站拱项大多位于Ⅳ级和Ⅴ级围岩当中，分别对车站拱顶处在Ⅳ级围岩（中风化花岗岩）和Ⅴ级围岩（强风化花岗岩）中的隧洞施工过程进行模拟。结果表明，处在Ⅳ级围岩中的毛洞上覆1.5m中风化层才能保证施工中隧洞的稳定性和地表变形的要求，二衬厚度可以适当减少;处在Ⅴ级围岩车站拱部进行超前小导管注浆支护后，地表沉降明显减少。当初期支护达到0.6m厚度时，地表沉降值与安全系数能达到容许标准，因此需要加强初期支护。
　　 (3)清江路车站三维数值模拟分析与施工监测数据对比表明，车站地表沉降的空间性影响规律基本吻合，在此基础上预测尚未施工开挖隧道在Ⅴ级围岩中的车站部分断面，发现地表变形与掌子面的稳定性有很大的联系，应加强施工中的抑制地表变形的辅助措施。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．1．3 研究目的

1．2 国内外研究动态

1．2．1 隧洞施工引起地表沉降研究现状

1．2．2 隧洞稳定性的影响因素和分析方法

1．3 研究内容及技术路线

第2章 清江路车站概况及围岩参数确定

2．1 工程概况

2．1．1 工程简介

2．1．2 地形地貌

2．1．3 水文地质条件

2．1．4 工程地质条件评价

2．2 设计方案及现场施工状况分析

2．2．1 初期支护结构设计

2．2．2 施工进度及现场状况

2．2．3 现场施工中出现问题

2．3 车站隧道围岩分级及参数优化确定

2．3．1 车站围岩分级

2．3．2 围岩参数优化分析

2．4 本章小结

第3章 清江路车站不同地层隧洞稳定性规律探讨

3．1 ABAQUS数值模拟简介

3．1．1 模拟本构模型

3．1．2 有限元强度折减中失稳判据探讨

3．1．3 车站模拟参数

3．2 Ⅳ级围岩隧洞稳定性规律分析

3．2．1 地表沉降分析

3．2．2 洞室收敛及塑性区分析

3．2．3 基于围岩安全系数稳定性分析

3．3 Ⅴ级围岩隧洞稳定性规律分析

3．3．1 地表沉降分析

3．3．2 洞室收敛及塑性区分析

3．3．3 基于衬砌弹性安全系数稳定性分析

3．4 本章小结

第4章 清江路车站三维数值模拟预测分析

4．1 施工监测数据及对比分析

4．1．1 纵向断面地表沉降分析

4．1．2 横向断面地表沉降分析

4．1．3 监测结果讨论

4．2 三维数值模拟简介

4．2．1 模型计算假定

4．2．2 模型尺寸、参数及边界条件

4．2．3 围岩参数及模拟开挖步

4．3 三维数值模拟结果分析

4．3．1 地面纵向沉降规律分析

4．3．2 横向断面沉降规律分析

4．3．3 掌子面稳定情况分析

4．3．4 数值结果讨论

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢