上软下硬地层超浅埋大跨地铁车站拱盖法施工优化研究

摘要

贵阳地铁某地铁车站段位于市中心，地铁经过的区域街道狭窄，两侧建筑物密集，人流量、车流量较大，管线众多，线路复杂。据现场勘察资料显示，站址范围内上覆第四系人工填土、红黏土，下伏白云岩。车站埋深浅，致使车站拱部处于软土之中，爆破开挖极易引起上部软岩变形甚至坍塌，进而影响车站的整体稳定。再者，车站拱顶上方为既有城市主干道，车辆荷载可能会直接作用到车站衬砌，对隧道稳定性产生较大的影响。　　本文依托贵阳市城市轨道交通工程，以某地铁车站为研究对象，选择“初支拱盖法”对地铁车站进行施工，利用室内模型试验和数值计算两种研究方法，分析了该工法在上软下硬地层中的适用性，通过分析围岩渐进破坏演变过程、筑模拱盖受力及变形规律，边墙和仰拱稳定性，在原有工法的基础上进一步优化该工法。对比分析原工法与优化工法，保证优化工法的可行性，为其在工程中的应用提供技术参考和科学依据。 主要研究结论如下：　　（1）“初支拱盖法”对上软下硬地层大跨隧道的适用性较好。上部拱盖能有效保证拱部稳定，控制施工附加变形。　　（2）通过室内模型试验，模拟无超前支护地铁车站开挖围岩渐进破坏过程，试验表明围岩松动起于拱腰且逐渐向拱顶发展，在隧道拆撑阶段地铁车站隧道风险最大，初期支护容易发生破坏，隧道容易坍塌。故合适的拱盖施作时机，是保证隧道拱部稳定的关键。　　（3）通过室内模型试验，模拟原工法与优化工法开挖地铁车站隧道的施工过程，获得了两种不同工法施工对隧道初期支护变形、筑模拱盖应力-应变及路面沉降规律。　　（4）通过室内模型试验，对施工完成后的隧道加载破坏，得到了支护渐进破坏规律，由于拱盖的支撑作用，拱部承载能力极高，且提出大拱脚处边墙和仰拱的强度决定了隧道结构最终的承载力。　　（5）通过三维数值模拟对原工法和优化工法围岩渐进破坏过程和范围、围岩应力场变化、筑模拱盖受力特征、地铁初期支护变形特征及边墙仰拱变形特征进行了仿真模拟，分析对比了两种工法的优缺点，并与室内模型试验进行对比分析，在一定程度上验证了室内模型试验的正确性。

目录

声明

1 绪论

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地铁隧道施工国内外研究现状

1.2.2 拱盖法国内外研究现状

1.2.3 城市地铁车站围岩稳定性国内外研究现状

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 拟解决的关键问题

1.5 发展趋势

1.6 技术路线

2 工程概况

2.1 贵阳地铁概述

2.2.1 工程概况

2.2.2 水文地质概况

2.2.3 岩土物理力学性质

2.2.3 不良地质作用

2.3.1 车站风险评估

2.3.2车站周围环境风险评估

2.3.3对邻近建筑物的保护

2.3.4对地下管线的处理措施

2.4 本章小结

3.1 常见地铁车站施工工法

3.2地铁车站结构设计

3.3.1 施工工法优化基本思想

3.3.2 施工工法方案对比

3.4 本章小结

4.1 模型试验相似理论

4.1.1 试验相似理论推导

4.2.1 相似比的确定

4.2.2 围岩材料的选取

4.2.3 支护材料的选取

4.3.1 模型试验装置

4.3.2 开挖及支护方案的模拟

4.3.2 监测断面的选择及关键点监测

4.4.1 原施工工法无超前支护开挖

4.4.2 试验结果与分析

4.5.1 原施工工法有超前支护开挖

4.5.2 优化施工工法有超前支护开挖

4.5.3 试验结果与分析

4.6 本章小结

5 上软下硬地层大跨地铁车站拱盖法施工过程力学三维仿真研究

5.1.1 计算软件及本构模型

5.1.2 计算模型的建立

5.1.3 计算参数

5.1.3 计算步骤

5.2.1 围岩塑性区演变规律

5.2.2 围岩应力场演变规律

5.2.3 地铁车站隧道位移演变规律

5.2.4 筑模拱盖内力演变规律

5.2.5 隧道边墙及仰拱位移演变规律

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望及建议

致谢

参考文献

攻读学位期间参与的项目及发表论文