超大断面浅埋暗挖隧道下穿既有城市道路变形控制研究

发布时间：2017-10-25 13:24

  本文关键词：超大断面浅埋暗挖隧道下穿既有城市道路变形控制研究

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【摘要】：21世纪之后,随着经济发展我国城市地下空间的发展数量也在快速的增长,体系也得到一定程度的完善,在一些特大城市中,地下空间的开发利用规模以及发展速度已位前列,在城市的地下空间开发利用方面中国已经成为大国。地下空间将会成为满足人类生存发展的另一个空间,地下空间的发展已变成提高城市的容量大小并缓解城市交通堵塞和改善城市环境的重要方式。伴随城市地下空间的不断发展,出现越来越多的下穿既有道路超浅埋大跨度隧道,平顶直墙隧道,为了增加整体稳定性,控制路面沉降,需要采用超前支护措施。本文结合工程实际选用管棚作为支护手段,并对管棚设计参数进行了优化,保证安全的基础上提升了经济性。通过计算分析初支参数,运用ABAQUS软件模拟不同开挖步序下路面沉降情况,进而优化设计施工方案。本文主要研究内容如下:(1)经过实地调研,收集相关资料,分析青岛市胶州地区地层特征,针对青岛胶州市特定地质条件下的超浅埋大跨平顶直墙隧道工程,设计隧道的初期支护体系,以满足地层的强度和变形要求。(2)基于超浅埋大跨平顶直墙隧道结构的特点,确定该隧道开挖的辅助工法为大管棚支护、土层加固注浆。同时研究管棚支护中的土拱效应,设计管棚的截面、间距,并对管棚的间距和尺寸进行优化,计算管棚施工过程中引起的地表沉降。通过分析大断面超浅埋暗挖隧道的变形机理,提出合理的控制措施。(3)运用ABAQUS软件模拟不同的导洞开挖顺序,对比分析不同开挖步序引起的路面沉降,得出开挖步数与变形曲线,分析隧道分部开挖过程中围岩的应力、变形和地表沉降的变化规律,据此确定出最优施工参数。本文运用有限元法计算原理结合公式推导,得出该地区超前支护的参数,并运用ABAQUS模拟出在超前支护相同的情况下,不同的开挖步序对地表沉降的影响,对施工顺序具有指导意义。
【关键词】：超浅埋大断面 平顶直墙 开挖步序 管棚 隧道工程
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U456.3
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及研究意义12-17
• 1.1.1 选题背景12-17
• 1.1.2 研究意义17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.2.1 管棚支护17-19
• 1.2.2 小导管超前注浆19
• 1.3 目前研究存在的问题19-20
• 1.4 论文研究目的、内容及方法20
• 1.4.1 研究目的20
• 1.4.2 研究内容及方法20
• 1.5 研究技术路线20-21
• 1.6 研究创新点21-22
• 第2章 工程概况22-34
• 2.1 工程简介22-23
• 2.2 岩土工程条件23-30
• 2.2.1 地形地貌23
• 2.2.2 岩土分层及其特征23-28
• 2.2.3 水文地质概况28-29
• 2.2.4 地下水、土29-30
• 2.2.5 不良地质情况及抗震稳定性30
• 2.3 室内土工试验30-31
• 2.4 各岩土层（体）工程分析评价31-33
• 2.4.1 各岩土层（体）工程特性31-32
• 2.4.2 场地液化土判别32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 大断面超浅埋暗挖隧道变形与控制机理分析34-47
• 3.1 隧道施工力学基本原理34-35
• 3.2 排水固结引起的地面沉降35-37
• 3.3 隧道施工过程中围岩的变形机理及控制37-40
• 3.3.1 围岩变形规律37-38
• 3.3.2 围岩变形的影响因素38
• 3.3.3 围岩的变形控制原则38-40
• 3.4 隧道施工地面沉降机理分析40-42
• 3.4.1 施工扰动引起的地面沉降40-41
• 3.4.2 开挖面掘进引起地面沉降41-42
• 3.5 施工方法对地面沉降的影响42-43
• 3.5.1 不同开挖法沉降控制效果对比分析42
• 3.5.2 初期支护结构引起的地面沉降42
• 3.5.3 多跨平顶隧道施工方法的选择42-43
• 3.6 地表沉降经验法预测43-44
• 3.7 超大断面浅埋暗挖隧道变形控制方法选取44-46
• 3.7.1 注浆法44-46
• 3.7.2 管棚支护法46
• 3.8 本章小结46-47
• 第4章 超大断面浅埋暗挖隧道变形控制方案设计47-62
• 4.1 土拱效应47-52
• 4.1.1 管棚支护中的土拱效应47
• 4.1.2 基本假定47-48
• 4.1.3 微拱模型分析48
• 4.1.4 土拱破裂面48-49
• 4.1.5 管棚几何参数的确定49-52
• 4.2 管棚设计参数52-55
• 4.2.1 管棚的间距设计52-53
• 4.2.2 管棚间距优化设计53-54
• 4.2.3 管棚间距选择54-55
• 4.3 参数之间关系推导55-61
• 4.3.1 管棚截面设计59-60
• 4.3.2 管棚截面优化设计60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 不同开挖步序引起的隧道变形预测分析62-73
• 5.1 ABAQUS数值计算方法简介62
• 5.2 计算参数选取62-63
• 5.3 管棚支护下隧道模型的建立63-66
• 5.3.1 管棚分析模型63-64
• 5.3.2 隧道开挖过程管棚力学模型的建立64-65
• 5.3.3 基本假定65-66
• 5.4 不同开挖步序变形预测对比分析66-71
• 5.4.1 暗挖断面的数值模拟66-67
• 5.4.2 方案一模拟结果67-68
• 5.4.3 方案二模拟结果68-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文78-80
• 致谢80

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