不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究

发布时间：2020-06-13 03:43

【摘要】：随着城市地铁的快速发展,在黄土地区修建地铁将会面临一系列尚待解决的黄土湿陷等问题,例如黄土地层浸水均匀湿陷或不均匀湿陷、地表积水入渗与地下水位抬升两种浸水方式浸水后围岩工程的性质劣化等等,以上问题不仅关系到在地铁工程施工期的顺利贯通,而且也危及到地铁工程运营期的安全运营。因此,针对以上湿陷性黄土工程的问题,依据工程实体,寻求切实可行的处治办法非常必要。本文开展的主要研究工作如下:本文以兰州轨道交通4号线大厚度黄土地铁隧道为工程背景,利用MIDAS-GTSNX软件,采用密模修正法,考虑地表积水入渗、地下水位抬升两种浸水方式建立有限元数值模拟,研究不同浸水方式对黄土地铁隧道围岩变形与结构受力特征的影响。结果表明:不同工况在两种浸水方式下地表沉降均发生突变,不均匀湿陷有时还会造成二次湿陷,无论均匀湿陷还是不均匀湿陷,隧道围岩内部位移受地下水位抬升影响较大。由于自下而上浸水方式对湿陷性黄土地铁隧道影响较大,以黄土地铁隧道为研究对象,通过室内模型试验等效模拟黄土浸水后的湿陷量,研究黄土地层在均匀湿陷与不均匀湿陷情况下,地表沉降、隧周土压力、隧周应力应变对黄土地铁工程的影响。试验结果表明:均匀湿陷时,通过等效换算,得出当处于湿陷轻微阶段时,各表累计沉降量大小变化基本一致;当处于湿陷中等阶段时,各表累计沉降量大小变化不一致;当处于湿陷强烈阶段时,各表累计沉降量急剧变化,差异性逐渐变大。不均匀湿陷时,随着左边出水速率逐渐增大,逐渐接近右边出水速率,不均匀湿陷累计沉降量则由“斜线性”向“抛物线”逐渐过渡,累计沉降量大小也逐渐增大。各工况不同监测点不均匀湿陷最终累计沉降量均大于均匀湿陷最终累计沉降量,不均匀湿陷对地铁结构物的危害较大。从地铁工程浸水风险进行评估,针对地铁工程各分部分项工程进行浸水风险可能性探究,结合地铁工程黄土地区常用地基处理方法,提出地铁工程穿越湿陷性黄土地区地基处理原则及处理方法。本文通过数值模拟、室内模型试验,分析了均匀与不均匀湿陷对黄土地铁隧道变形影响,研究成果可以为黄土地区地铁隧道的修建提供参考依据。
【图文】：

示意图,路线,示意图

黄土湿陷性研究大部分通过现场浸水试验或者室内试验，室内试验[33-34]主要研究黄土的湿陷机理，现场试验[38-43]可以直接得出黄土的湿陷变形量和湿陷变形的空间分布。本章利用 MIDAS-GTS-NX 有限元软件，采用密模修正法，针对自上而下浸水（地表积水入渗）型、自下而上浸水（地下水位抬升）型两种模型分层建立有限元数值模型，分别对黄土地铁隧道均匀湿陷以及不均匀湿陷进行数值模拟，通过数值模拟找出两种浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究。2.1 工程概况兰州轨道交通 4 号线工程西起城关区万达广场，东至夏官营大学城，依次串联了城关区、和平组团、定连组团、榆中县城、三角城至夏官营大学城，全长 52km。本文以兰州轨道交通 4 号线（如图 2.1）大厚度湿陷性黄土为背景，，参照兰州轨道交通 1 号线一期某暗挖隧道工程参数。隧道施工方法采用台阶法施工，暗挖区间隧道标准断面结构设计图如图2.2所示。结构采用复合式衬砌，初期支护采用C25早强喷射混凝土，厚250mm；二衬为 C55 防水钢筋混凝土，厚 350mm；每侧拱脚(墙脚)均设 2 根锁脚锚管，锁脚锚管采用 Φ42mm 钢管，L=3.5m[44]。

二维模型,网格划分

不同浸水方式对黄土地铁隧道变形影响研究一种工况为二维数值模拟，忽略地铁长度造成的不均匀沉降的影响，将结构物，利用弹性力学知识，将其转换成平面应变问题研究。计算模型 74×竖向），隧道左、右边施加水平约束，底部边界采用竖向约束，顶部为岩土体为平面应变单元，初支、二衬为梁单元，锚杆、锁脚锚杆为植入值模型网格划分如下图 2.5 所示。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U456.3

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