兰州地铁大断面黄土隧道浅埋暗挖法施工力学特性研究

发布时间：2017-07-27 00:07

  本文关键词：兰州地铁大断面黄土隧道浅埋暗挖法施工力学特性研究

  更多相关文章： 黄土地铁隧道 双侧壁导坑法 数值模拟

【摘要】：由于黄土地层性状复杂,不同地区隧道所处黄土地层,黄土成因及类型,含水量,湿陷性等各异,相关工程力学指标和工程特性差异较大。黄土地铁隧道浅埋暗挖法不论从设计还是施工方面均缺乏经验与理论指导,因此选定兰州地铁大断面黄土隧道浅埋暗挖法施工力学特性研究这一课题,深入分析了不同施工方案的初期支护、围岩受力规律以及在隧道开挖过程中隧道洞室周边的位移情况,以期为复杂条件下黄土地区城市地铁隧道工程的设计和施工提供理论依据和指导作用。本文以兰州城市轨道交通1号线一期工程为背景,针对上述问题进行了深入研究,结合近年来国内外浅埋隧道领域取得的研究成果,借助FLAC3D软件建立三维模型,模拟兰州地铁的开挖支护过程,对双侧壁导坑法的三种不同施工方案,即四步开挖上导超前5m,四步开挖上导超前10m,六步开挖上导超前5m,从不同超前导坑长度以及不同施工步数方面,分别进行了数值模拟。通过三种施工方案的对比分析,得出如下结论:(1)从四步开挖上导超前10m方案可以看出上导超前长度影响初期支护受力状态。在施工过程中,上导超前长度增大会使初期支护局部在水平方向出现较大的拉应力,最大拉应力为2.41MPa,超过《地铁设计规范》中喷射混凝土抗拉强度1.3MPa,影响结构安全。因此,在大断面黄土隧道开挖支护过程中,建议控制导坑的超前距离。(2)比较三种方案,六步开挖上导超前5m引起的地表和拱顶沉降最小,并且施工步造成的最大沉降量及沉降比例最小。因此,在大断面黄土隧道开挖支护过程中,增加施工步和减小超前导坑超前距离能够有效地控制地表沉降和拱顶沉降。(3)监测断面初期支护封闭成环后,三种方案的每步地表沉降和拱顶沉降比例都迅速减小,随后逐渐趋于稳定。建议及时对开挖断面的初期支护进行封闭能够有效地控制沉降。(4)六步开挖上导超前5m方案在两个净空收敛监测断面监测值均为最小。因此,在大断面黄土隧道开挖支护过程中,增加施工步和减小超前导坑超前距离能够有效地控制净空收敛。(5)六步开挖上导超前5m方案引起的拱底最大隆起量为三种方案中最小。因此,增加施工步和减小超前导坑超前距离可以减小拱底最大隆起量。
【关键词】：黄土地铁隧道 双侧壁导坑法 数值模拟
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 概述9
• 1.2 国内、外研究现状9-12
• 1.2.1 黄土力学理论及机理研究现状10-11
• 1.2.2 大断面黄土隧道施工工法及支护参数的研究现状11-12
• 1.3 研究内容与研究方法12-13
• 1.4 本文研究的目的和意义13-14
• 2 黄土隧道特点14-21
• 2.1 黄土的定义14
• 2.2 黄土的分布14-15
• 2.3 黄土的特性15-16
• 2.3.1 黄土的成分组成15
• 2.3.2 黄土的特性15-16
• 2.4 黄土的分类16-17
• 2.4.1 按成因分类16
• 2.4.2 按科学范畴分16-17
• 2.5 地层特征17
• 2.6 黄土隧道围岩变化规律17-18
• 2.7 施工引起的黄土地铁隧道沉降规律研究18-20
• 2.7.1 施工引起的黄土地铁隧道地表横向沉降规律18-19
• 2.7.2 施工引起黄土地铁隧道纵向地表沉降19-20
• 2.8 小结20-21
• 3 浅埋大断面地铁隧道施工技术21-28
• 3.1 大断面隧道划分21
• 3.2 浅埋大断面黄土地铁隧道施工方法概述21-22
• 3.3 浅埋暗挖法的基本原理、施工原则及特点22
• 3.4 浅埋暗挖各施工方法比较22-23
• 3.5 浅埋暗挖施工方法的介绍23-28
• 3.5.1 全断面开挖法23
• 3.5.2 台阶开挖法23-25
• 3.5.3 单侧壁导坑超前导坑法开挖25
• 3.5.4 中隔墙法（CD工法）和交叉中隔墙法（CRD工法）开挖25-26
• 3.5.5 双侧壁导坑法开挖26-27
• 3.5.6 浅埋暗挖施工方法的发展方向27-28
• 4 工程背景及计算模型的建立28-32
• 4.1 依托工程背景简介28-29
• 4.2 模型的建立29-32
• 5 兰州地铁大断面黄土隧道施工数值模拟32-84
• 5.1 初始应力场33-34
• 5.2 四步开挖上导超前 5m方案34-48
• 5.2.1 四步开挖上导超前 5m方案分析34-35
• 5.2.2 计算结果与分析35-48
• 5.3 四步开挖上导超前 10m方案48-62
• 5.3.1 四步开挖上导超前 10m方案施工分析48-49
• 5.3.2 计算结果与分析49-62
• 5.4 六步开挖上导超前 5m方案62-78
• 5.4.1 六步开挖上导超前 5m方案分析62-63
• 5.4.2 计算结果与分析63-78
• 5.5 方案比选78-83
• 5.5.1 初期支护受力规律比选78
• 5.5.2 位移场规律比选78-83
• 5.6 小结83-84
• 6 结论与展望84-86
• 6.1 结论84-85
• 6.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-89
• 攻读学位期间的研究成果89

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本文编号：578954