区间盾构隧道拓展地铁车站暗挖法施工过程力学分析

摘要

随着盾构法在我国区间隧道施工中的广泛应用以及浅埋暗挖法在地铁车站建设中所占比例的逐步增大，地铁车站与区间盾构之间的工期矛盾日益凸显。为解决盾构过站问题，提高盾构设备利用率，确保按时完成工期，加快地铁建设进度，研究盾构法与浅埋暗挖法联合修建地铁车站的新型施工方法，对我国地下铁道施工技术的发展具有重大意义。 为了研究区间盾构隧道暗挖拓展地铁车站的施工方法，对施工过程进行力学机理分析，本文查阅大量文献资料，结合CRD工法，在盾构区问隧道开挖、车站主体站厅隧道的开挖以及联结行车隧道和站厅之间横通道的开挖三部分主要施工内容的基础上，针对站厅隧道二衬的施作时机的不同，提出了两种施工方案：方案一在站厅隧道开挖完成后施作站厅二衬再开挖横通道，方案二则在站厅开挖后先不施作站厅隧道的二衬，待横通道开挖完成后再整体施作二衬。 针对这两种不同的施工方案，本文采用FLAC3D有限差分分析软件从地层环境的位移变形和隧道结构的内力方面进行了三维数值模拟的对比研究。数值分析的结果表明，方案一在施工过程中的地表沉降、站厅结构初期支护的内力方面均要优于方案二。因此本文选取方案一做进一步研究。 为了验证方案一的可行性，本文通过1:10的大比例尺室内物理模型试验比较真实地再现了方案的整个施工过程。并对模型试验中地表沉降和盾构管片的收敛变形规律进行了研究，为盾构法与浅埋暗挖法联合修建地铁车站施工方案的研究提供了依据。 在盾构法与浅埋暗挖法联合修建地铁车站的施工过程中，由于横通道的施作，管片位于横通道部位处会被拆除，因而盾构管片的变形和受力大小是制约工法可行的关键点。本文在模型试验的基础上，通过数值模拟进一步对盾构管片在整个施工过程中的变形与受力情况进行了分析，明确了管片的收敛变形情况、内力的大小以及最不利位置，为管片的设计和施工提供了重要依据。

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致谢

1绪 论

1.1选题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1国外现状

1.2.2国内现状

1.3本文的研究内容

1.4本文研究的技术路线

2施工方案的数值模拟

2.1施工方案的提出

2.2方案的三维数值模拟

2.2.1计算假定

2.2.2模拟范围及边界条件

2.2.3施工参数

2.3方案的数值模拟过程

2.3.1方案一的数值模拟过程

2.3.2方案二的数值模拟过程

2.4小结

3数值模拟的结果分析

3.1地表沉降变化规律的比较

3.2站厅隧道初支的内力结果比较

3.2.1站厅隧道初支的剪力结果分析

3.2.2站厅隧道初支的弯矩结果分析

3.2.3站厅隧道初支的轴力结果分析

3.3方案二站厅隧道初支的内力校核

3.4小结

4施工方案的模型试验研究

4.1模型试验内容

4.2模型试验方法

4.2.1试验的几何比尺和相似比尺

4.2.2试验的模型尺寸

4.2.3试验的参数模拟

4.2.4试验的施工过程

4.3模型试验结果分析

4.3.1地表沉降变化分析

4.3.2盾构隧道管片收敛变形规律分析

4.4小结

5管片的变形及受力分析

5.1盾构管片的变形分析

5.1.1塔柱部位管片1的变形分析

5.1.2横通道中部管片2的变形分析

5.1.3横通道紧邻塔柱部位管片3的变形分析

5.2盾构管片上的内力分析

5.2.1管片的弯矩分析

5.2.2管片的轴力分析

5.3小结

6结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2进一步的研究工作

参考文献

作者简历