土岩组合地层大跨度浅埋暗挖车站施工环境效应研究

发布时间：2020-05-16 02:24

【摘要】：随着国民经济发展和城市建设规模不断扩大,城市地铁工程蓬勃发展。城市地铁工程的显著特点是埋深浅、地质条件差、地表建筑物及地下管线密集,这些特点决定了地铁施工会对周围环境产生较大的影响。其中,地表沉降对周围环境的影响最为突出。在城市地铁工程开挖工法中,浅埋暗挖法具有避免大量拆迁改建,对城市交通干扰小的特点,使其得以迅速发展。与此相关也涌现出大量的岩土工程技术问题,例如浅埋暗挖车站所处地层的性质、覆土厚度、施工方法、支护方式、结构断面形式与大小都会对地表沉降产生影响,甚至造成严重的后果。因此,如何在地铁施工过程中防止坍塌,可靠地预计和有效地控制城市地铁施工所引起的地面沉陷,以保护工程沿线建筑物和地下管线的安全,己成为城市地铁工程建设中亟待解决的重要课题。青岛处于花岗岩地区,地铁工程常遇到上部土层、下部岩层的典型地质条件,即所谓土岩组合地层,其设计施工难度大,暗挖车站的埋深、工序、结构与地层变形特性等施工力学行为,尤其是土岩组合地质条件下大跨度暗挖车站的合理埋深及岩跨比研究在国内外较少见,开展这方面的研究很有必要。本文以正在建设中的青岛地铁工程为依托,选取典型暗挖车站为研究对象,重点研究了土岩组合地区暗挖车站施工对地表沉降的影响。研究的具体内容和取得的主要成果有： (1)归纳总结了国内外有关地铁施工引起地表沉降方面的研究成果,对土岩组合地层车站施工引起的地表沉降原因、机理、主要因素等进行了理论研究,认为地表沉降主要由施工扰动、超挖、围岩收敛和衬砌变形以及土体固结等引起,这些诱因导致岩土体应力释放和土体固结,若岩石上方覆盖层为欠固结土,较易产生较大沉降。 (2)采用数值模拟方法,计算了地铁暗挖车站开挖施工引起的因地层损失、开挖扰动、固结沉降等因素造成的地表沉降,并对模拟结果进行系统分析；提出并验证不同施工方法在土岩组合地层中施工对沉降的影响特征。研究表明：青岛地层中不同风化程度的花岗岩自稳能力远优于一般土层,通过合理的岩跨比设计可有效利用入岩深度,从而更好地控制城市地铁施工变形。 (3)通过研究地铁暗挖车站施工中引起地表沉降的各种主要影响因素(如埋深、洞径、地层参数、衬砌刚度等)的权值分配,研究并修正土岩组合地区地铁车站施工引起地表沉降的影响函数及经验公式,并与现场监测结果进行验证。 (4)通过对数值计算与实测结合的方法,研究了土岩组合地层条件下地铁车站爆破震动引起地震波的传播规律及其对地表沉降的的影响。研究表明在爆破后的短暂时间段,地表的竖向变形存在一定的反复衰减式的振荡。爆破能造成隧道上方岩体的震动密实,但对上覆土层也有一定不良影响,造成地表沉降增大。研究表明,爆破最大可导致地表沉降增加5~10mm,施工中应注意爆破震动的控制。上述研究可为实际工程施工提供理论依据和指导作用,对“土岩组合”地层大跨度暗挖车站施工引起地表沉降的研究提供借鉴,对后续工程的施工具有重要参考价值。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U231.3;X82

【参考文献】