地铁重庆北站零距离立体交叉暗挖施工力学效应分析

摘要

国内外城市地铁与高铁车站组成的交叉一体城市交通枢纽工程已有不少，但其建设通常采用统一规划、一次建成的模式，施工中多采用明挖施工，本工程采用暗挖法新建两个地铁站与既有高铁站、既有三号线地铁站形成四站立体交叉换乘车站，在国内外实属罕见。周边环境对地层扰动引起的变形非常敏感，特别是新建地铁站是零距离大断面交叉隧道换乘施工，下穿既有高铁站与地下停车场，且十号线大跨扁平隧道顶部距离既有桩基仅2.6m，为Ⅰ级风险源，既有结构与新建隧道的安全难以保证。本文针对以上问题，通过理论分析、数值模拟、文献调研及现场监测相结合的方法，对交叉段施工过程进行受力及变形分析，对施工参数进行优化处理，以达到重庆北站交叉隧道安全施工的目的。其主要研究内容如下:
　　(1)浅埋大跨扁平地铁车站暗挖施工工法选择研究。通过调研分析，总结出国内外扁平大断面隧道常用施工方法;基于MIDAS-GTS有限元模型，对柱洞法、中洞法、侧洞法三种工法各个力学指标进行对比分析，并结合层次权重决策分析法进行权重决策，确定最佳施工工法。
　　(2)大跨扁平隧道施工力学行为及影响因素研究。根据已选工法，对D区大跨扁平隧道施工过程进行三维数值仿真模拟，对施工过程中二衬应力、地表沉降、既有地下停车场柱结构竖向变形、水平侧移等变化规律进行总结分析;通过调整模型，对中洞导洞开挖顺序、二衬施作长度、中洞二衬施作时机、拆撑长度等影响因素进行研究，并最终确定合理施工参数，以保护既有地下结构。
　　(3)地铁环线与十号线大断面交叉隧道受力变形分析及初支参数优化。基于理论分析，建立环线与十号线交叉隧道施工仿真模型，对整个交叉施工过程中受力及变形规律进行研究，并确定了交叉段环线超前影响范围;根据施工要求，对交叉段初期支护参数进行优化，从位移、应力、安全系数等方面对比发现，施作双层初支、加厚十号线底板以及加固边墙周边围岩为最佳支护方案。
　　(4)交叉隧道施工过程变形预测控制与反馈分析。运用数值分析与变位分配控制方法相结合的研究手段，制定出环线与十号线交叉隧道施工过程各阶段分步控制标准;通过现场监测试验，对比各阶段分步控制标准与现场实测值，实现过程控制，成功保证各点变形控制在安全范围内;基于监测数据，对建筑物沉降、拱顶沉降、水平收敛长期监测值进行分析，总结了各个部位变形规律。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 立体交叉隧道工程施工力学

1．2．2 大断面隧道施工方法

1．2．3 大断面隧道近距离穿越建筑物

1．3 依托工程概况

1．3．1 工程概况

1．3．2 工程地质情况

1．3．3 工程难点分析

1．3．4 变形控制标准

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2 浅埋大跨扁平地铁车站暗挖施工工法选择研究

2．1 不同工法的施工过程

2．2 不同施工工法下施工力学行为分析

2．2．1 MIDAS-GTS简介

2．2．2 模型建立

2．2．3 参数选取

2．2．4 计算结果分析

2．3 暗挖地铁车站施工工法的适应性评价

2．3．1 层次权重决策分析法

2．3．2 比选方案及影响因素

2．3．3 构造判断矩阵

2．3．4 一致性检验

2．3．5 合成权重决策

2．4 小结

3 大跨扁平隧道施工力学行为及影响因素研究

3．1 D区暗挖段施工步骤

3．2 有限元数值模型的建立

3．2．1 基本假定

3．2．2 模型荷载和边界条件

3．2．3 计算单元及参数

3．2．4 有限元模拟过程

3．3 受力及变形规律分析

3．3．1 隧道结构二衬应力分析

3．3．2 地表沉降变化规律分析

3．3．3 柱结构变形规律分析

3．4 影响因素研究

3．4．1 中洞导洞开挖顺序研究

3．4．2 二衬施作长度研究

3．4．3 中洞二衬施作时机研究

3．4．4 拆撑长度研究

3．5 小结

4 地铁环线与十号线大断面交叉隧道受力及变形分析

4．1 交叉段施工方案

4．1．1 D区施工方案

4．1．2 C2区施工方案

4．1．3 交叉段施工方案

4．2 模型的建立

4．2．1 计算模型

4．2．2 计算参数

4．2．3 施工过程

4．3 受力及变形规律研究

4．3．1 位移特征分析

4．3．2 应力特征分析

4．4 交叉段初期支护优化

4．4．1 位移特征对比分析

4．4．2 应力特征对比分析

4．4．3 安全系数对比分析

4．4．4 综合对比分析

4．5 小结

5 交叉隧道施工过程变形预测控制与反馈分析

5．1 监控量测概述

5．1．1 监控量测的必要性

5．1．2 监控量测的目的和任务

5．2 变位分配控制分析

5．2．1 变位控制原理

5．2．2 变位控制方法

5．2．3 变位分配控制法研究现状

5．3 分步控制标准及监测数据分析

5．3．1 建筑物沉降分析

5．3．2 拱顶沉降分析

5．3．3 净空收敛分析

5．3．4 实测数据与模拟数据对比

5．4 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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