铁路站场上跨地铁区间隧道桩拱转换结构研究

摘要

随着近十几年的高速发展，我国多个城市的轨道交通运行网络已初具规模。在城市基础设施的建设过程中，不可避免地会遇到各种各样的工程问题，这就给学者和工程师们提供了发挥聪明才智的机会。新建工程近接既有隧道工程施工就是一类典型的工程问题，根据影响程度的不同，需要采取相应的工程措施。重庆北站三期改造工程的施工会对重庆轨道交通十号线重庆北站南广场站~北广场站区间隧道的安全运营造成一定的影响，因此需要研究相应的对策来保证新建工程与既有工程两者的安全。　　本文通过文献调研、理论分析、数值模拟、模型试验等手段对铁路站场下伏地铁区间隧道桩拱转换结构技术进行了研究，获得了以下几个方面的研究成果：　　(1)通过数值模拟，研究了转换结构的形式、荷载的位置、地层参数和缓冲层参数等因素对转换结构-地层-隧道相互作用体系的影响规律，阐明了桩拱转换结构-地层-隧道之间的相互作用机理。　　(2)通过数值模拟，研究了重庆北站桩拱转换结构近接重庆轨道交通十号线区间隧道的施工力学行为，得到了施工过程对区间隧道的影响规律和工程实施完后桩拱转换结构的力学响应规律。　　(3)通过模型试验，首先研究得到了不同配合比下微粒混凝土的材料力学性能，然后以1∶20的缩尺比对桩拱转换结构-地层-区间隧道模型的相互作用机理进行了研究，试验的结果与数值模拟的结果相吻合。　　(4)通过动力计算，对桩拱转换结构-地层-区间隧道相互作用体系进行了动力时程分析，得到了列车荷载作用下桩拱转换结构-地层-区间隧道相互作用体系的力学响应规律。　　(5)通过动力计算，研究了地震波作用下桩拱转换结构-地层-区间隧道相互作用体系的抗震性能，得到了罕遇地震作用下桩拱转换结构-地层-区间隧道相互作用体系的力学响应规律。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 近接施工研究现状

1.2.2 拱式转换结构的力学性能及在工程中的应用研究现状

1.2.3 拱式转换结构模型试验研究现状

1.2.4 列车动载作用下近接工程的动力响应研究现状

1.2.5 地震波作用下工程结构的动力响应研究现状

1.3 研究内容和技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

第2章 桩拱转换结构-地层-隧道相互作用体系的力学响应研究

2.1 依托工程

2.1.1 工程概况

2.1.2 工程地质

2.1.3 水文地质

2.1.4 地层参数

2.1.5 工程难点分析

2.2 计算本构模型及材料参数

2.2.1 本构模型

2.2.2 材料参数

2.3 安全系数检算

2.3.1 安全系数检算方法

2.3.2 二衬安全系数验算部位

2.4 转换结构形式研究

2.4.1 计算模型

2.4.2 计算结果分析

2.5 荷载位置影响研究

2.5.1 计算工况

2.5.2 计算结果分析

2.6 地层参数影响研究

2.6.1 计算工况

2.6.2 计算结果分析

2.7 缓冲层参数影响研究

2.7.1 缓冲层材料

2.7.2 缓冲层参数

2.8 本章小结

第3章 重庆北站桩拱转换结构施工力学行为研究

3.1 概述

3.2 计算模型及参数取值

3.2.1 三维计算模型

3.2.2 材料计算参数

3.2.3 施工模拟步骤

3.3 基坑开挖施工过程对重庆轨道交通十号线区间隧道的影响分析

3.3.1 基坑开挖2m对区间隧道的影响分析

3.3.2 基坑开挖4m对区间隧道的影响分析

3.3.3 基坑开挖6m对区间隧道的影响分析

3.3.4 基坑开挖8m对区间隧道的影响分析

3.3.5 开挖基坑底部对区间隧道的影响分析

3.4 新建上部结构对重庆轨道交通十号线区间隧道的影响分析

3.4.1 施作桩拱转换结构对区间隧道的影响分析

3.4.2 新建高架候车室及轨行区对区间隧道的影响分析

3.5 桩拱转换结构受到上部结构荷载的力学响应

3.5.1上部结构荷载对转换结构的影响分析

3.5.2 受到上部结构荷载时转换结构的弯矩

3.5.3 受到上部结构荷载时转换结构的轴力

3.5.4 受到上部结构荷载时转换结构的剪力

3.5.5 转换结构安全系数检算

3.5.6 承台桩的力学响应

3.6 本章小结

第4章 桩拱转换结构模型试验研究

4.1 概述

4.2 模型材料试验

4.2.1 微粒混凝土研究现状

4.2.2 配比设计

4.2.3 试验过程

4.2.4 试验结果

4.3 模型试验设计

4.3.1 模型尺寸

4.3.2 地层相似材料

4.3.3 试验荷载

4.3.4 缩尺模型与模型箱

4.3.5 模型配筋设计

4.3.6 监测点布置

4.4 模型试验结果

4.4.1 转换结构模型受力

4.4.2 隧道模型受力

4.5 本章小结

第5章 列车动载作用下桩拱转换结构动力特性研究

5.1 概述

5.2 模型的一般考虑及计算设定

5.2.1 计算模型

5.2.2 监测点布置说明

5.2.3 列车荷载说明

5.3 列车动载作用下结构动力时程分析结果

5.3.1 监测点竖向位移时程分析

5.3.2 监测点最大主应力值时程分析

5.3.3 监测点最小主应力值时程分析

5.4 本章小结

第6章 罕遇地震作用下桩拱转换结构抗震性能研究

6.1 概述

6.2 模型的一般考虑及计算设定

6.2.1 地震波的选取

6.2.2 计算模型

6.2.3 边界条件

6.2.4 阻尼的设置

6.2.5 结构抗震性能标准

6.3 罕遇地震作用下结构动力时程分析结果

6.3.1 监测点布置说明

6.3.2 监测点竖向位移时程分析

6.3.3 监测点水平向位移时程分析

6.3.4 监测点最大主应力值时程分析

6.3.5 监测点最小主应力值时程分析

6.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果