城市快速路隧道斜井段开挖与支护研究

发布时间：2020-11-10 06:56

　　 随着城市地区对交通需求的不断增大以及建设环境友好型市政设施的要求,大量的地下道路在我国城市地区修建。除了具有浅埋、大跨和围岩级别低等特点,地下道路隧道常因工期要求和长度的影响需要施作斜井、竖井等构筑物以增加工作面。与常规的洞身段相比,隧道交叉段的开挖属于三维问题,围岩和支护的应力和变形均较为复杂,因而如何控制由于开挖引起的较大变形甚至破坏显得十分重要。鉴于此,本文以济南市顺河高架地下道路的康乐园斜井段为对象,在对其工程特征、地质条件等进行详细分析的基础上,通过有限差分法分析不同开挖工况下结构变形和受力特征,并结合监测数据对该隧道的开挖与支护效果进行了评价,本文开展的研究工作主要有以下几点:(1)斜井段工程特点及难点分析。通过对该工程段的场地地质条件、隧道的埋深、净距以及主洞与斜井间的位置关系等的研究,并结合对国内外相关文献和类似工程的调查,分析本工程特点及难点;(2)斜井段开挖与支护的三维数值模拟分析。考虑到一般很难利用理论计算对隧道交叉段进行分析,本文利用FLAC3D建立三维数值模型并模拟开挖与支护施工过程,以桩顶水平位移值作为基坑开挖与支护安全评价指标,以拱顶沉降和地表沉降作为中导洞及主洞段结构稳定评价指标,对不同支护条件下基坑、中导洞以及主洞段开挖后的稳定性进行了判定;(3)监控量测分析,内容包含基坑监测、中导洞变形、地表沉降等内容,分析斜井段开挖与变形的特点,并进行效果评价。研究结果表明:该隧道交叉段围岩受力十分复杂,主洞开挖还易受到相邻隧道施工的影响,若开挖、支护不当,极易导致地表出现较大沉降变形。而三位数值计算和监测数据表明,基坑采用的钢板桩、灌注桩等支护、中导洞和主洞采用的超前大管棚及初期支护等参数满足隧道开挖稳定的需求。所得结论可为类似工程提供一定参考。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455
【部分图文】：

随着我国城市化进程的加快，城市土地资源的严重短缺和交通的大幅扩容的矛盾日益加剧，合理开发和利用地下空间资源、修建地下道路、构建城市立体交通网络是解决上述问题的重要途径。而城市地下道路一般埋深较浅，且地质条件复杂、地下管线及地面建筑物众多，地下道路的施工改变了原有土层和周边建筑的受力状态，如果开挖与支护不当，不仅会使自身发生破坏，往往还会对临近构筑物、建筑物以及周边环境造成很大的影响甚至破坏，从而给人民的生命财产造成不可挽回的损失。如上海轨道交通 4 号线施工期间，因施工不当致使大量的水并携带流砂的涌入，从而导致衬砌结构严重损害（图 1.1）、地表沉陷严重，周边的3栋建筑物倾斜严重，防汛墙出现局部沉陷，预估的直接经济损失达1.5亿元；杭州市风情大道地铁 1 号线在 2008 年的施工过程中出现严重坍塌事故（图 1.2）。这起地铁施工塌方事故，导致出现 70 多米路面坍塌，并下陷 15 米，附近河流决堤，河水倒灌，一度水深达 6 米之高。该事故共造成 17 人死亡，4 人失踪，24 人受伤。可以看出，选用合理的支护与开挖方法来保证隧道的安全、顺利施工和减小对地表沉降以及临近既有构筑物、建筑物的影响显得十分重要。

随着我国城市化进程的加快，城市土地资源的严重短缺和交通的大幅扩容的矛盾日益加剧，合理开发和利用地下空间资源、修建地下道路、构建城市立体交通网络是解决上述问题的重要途径。而城市地下道路一般埋深较浅，且地质条件复杂、地下管线及地面建筑物众多，地下道路的施工改变了原有土层和周边建筑的受力状态，如果开挖与支护不当，不仅会使自身发生破坏，往往还会对临近构筑物、建筑物以及周边环境造成很大的影响甚至破坏，从而给人民的生命财产造成不可挽回的损失。如上海轨道交通 4 号线施工期间，因施工不当致使大量的水并携带流砂的涌入，从而导致衬砌结构严重损害（图 1.1）、地表沉陷严重，周边的3栋建筑物倾斜严重，防汛墙出现局部沉陷，预估的直接经济损失达1.5亿元；杭州市风情大道地铁 1 号线在 2008 年的施工过程中出现严重坍塌事故（图 1.2）。这起地铁施工塌方事故，导致出现 70 多米路面坍塌，并下陷 15 米，附近河流决堤，河水倒灌，一度水深达 6 米之高。该事故共造成 17 人死亡，4 人失踪，24 人受伤。可以看出，选用合理的支护与开挖方法来保证隧道的安全、顺利施工和减小对地表沉降以及临近既有构筑物、建筑物的影响显得十分重要。

行计算和分析。为了消除边界条件的影响，模型的前、后、左、右以及下边隧道边界的距离均设置为 5 倍的隧道洞径，如图 3.1 所示，最终建立的模型向的长度为 150 m，y 方向长度为 120 m，z 方向为 60 m。共考虑了 3 个地层表层向下依次为杂填土层、黄土层和中风化石灰岩层。整个模型有 211,428元和 53,971 个节点。斜井明挖段主洞(a) 整体图
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本文编号：2877628