明挖公路隧道基坑支护结构分析与施工工艺改进

摘要

随着地铁、明挖公路隧道及高层建筑的大规模兴起,我国出现了越来越多的基坑工程。基坑工程涉及岩土和结构工程,大多情况下,又属于临时工程,基坑工程的安全性成为基坑设计者和施工者关注的重点。针对地铁及高层建筑的深基坑,国内已积累了较为丰富的工程设计经验和相对成熟的结构计算方法,并将之应用于明挖公路隧道基坑工程的设计。然而,明挖公路隧道基坑深度大多在13米以下,较地铁及高层建筑基坑浅得多,仅依靠以往工程设计经验是偏保守的、片面的。本文围绕明挖公路隧道基坑工程的特点,对工程中常用的单排桩、钢板桩以及连续墙等支护结构进行结构验算,分析其在不同基坑深度和不同地质工况下的支护结构的工作性能,以期丰富明挖公路隧道基坑工程设计经验、有效改进其施工工艺。
　　首先,研究了适用于公路隧道基坑工程支护结构设计与分析方法,包括支护结构的破坏模式、支护结构的基本假定和计算方法,为基坑开挖过程数值模拟提供研究基础。
　　其次,根据基坑工程支护结构的计算原理,建立支护杆系有限元模型,进行基坑开挖过程中支护结构的内力及位移计算,讨论地质条件、横向支撑间距、横向支撑道数、放坡高度等对支护结构的影响规律,结合工程实际需要,对施工工艺进行改进以便缩短施工工期。
　　最后,对明挖公路隧道开挖深度最大的泵房原支护方案即单排桩与多道水平横向支撑支护方案进行改进,提出一种新的支护方案——采用工厂预制的钢板桩与双拼工字钢作为斜向支撑的支护方案,施工速度快,机械化程度高,并还对其进行结构验算。
　　通过研究发现:单排桩支护结构的稳定性受横向支撑的布置和桩的嵌固深度影响较为明显,连续墙支护结构稳定性受嵌固深度影响较为明显,但受横向支撑的间距变化相对较小;对此提出了典型的施工改进工艺。泵房基坑支护改进方案中,结构内力值与原设计方案基本相同,开挖过程中水平位移较小,对基坑周围地表沉降及建筑物的影响小,由于取消了立柱,保证了足够的施工机械和主体结构人工钢筋绑扎作业空间,有利于缩短施工工期。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基坑工程支护结构设计与分析方法研究

2.1 明挖公路隧道基坑的破坏模式

2.2 明挖公路隧道深基坑工程方案设计

2.3 支护结构计算方法

2.4 本章小结

第三章 基坑支护结构构件结构分析

3.1 工程概况

3.2 单排桩支护结构

3.3 连续墙支护结构

3.4 钢板桩支护结构

3.5 本章小结

第四章 泵房深基坑支护结构整体分析

4.1 工程背景

4.2 原设计方案结构整体受力与变形分析

4.3 改进方案结构整体受力与变形分析

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢