大跨度车站进入区间隧道多洞地段隧道施工力学行为研究

摘要

论文以重庆交通轨道一号线7标工程为依托，结合该工程隧道信息化施工科研项目，针对大跨度地铁车站进入区间隧道多洞地段所遇到的大跨度地铁车站施工、区间小间距隧道施工、多洞条件下的隧道施工等问题，运用理论分析、数值模拟分析、现场观测试验等研究方法，进行了相关隧道施工力学行为研究，主要研究成果如下:
　　(1)进行了大跨度地铁车站与区间小间距隧道施工开挖弹塑性二维有限元数值模拟，得到了围岩和支护结构应力与变形分布规律。
　　(2)针对大跨度地铁车站进入区间隧道多洞地段隧道施工，建立了三维数值分析模型，进行了区间隧道开挖条件下的弹塑性数值分析，得到了区间隧道施工过程中地铁车站、出入口横通道隧道结构的应力与变形分布规律，同时分析了相应位置点的力学特性。
　　(3)通过现场观测试验，开展了依托工程施工监控量测与施工工艺跟踪调查。基于施工监控量测结果与隧道施工数值计算结果对比分析，完善了依托工程围岩和结构应力与变形分布规律，同时针对相应的围岩与结构力学特性，进一步调整和完善了相关施工工艺，指导了现场施工。
　　(4)研究指出，采用双侧壁导坑法施工，大跨度地铁车站开挖过程中最大应力和变形主要集中在导坑拱脚和导坑间交接处。顶部核心岩柱开挖后，拱顶下沉量很大，占总下沉量的60％以上。
　　(5)研究指出，区间小间距隧道交错施工过程中的相互影响，主要体现在后续开挖隧道上导坑施工对已施工隧道围岩的竖向变形方面。同时，应力和变形显著区域主要分布在上下台阶交接处和开挖隧道拱脚位置。
　　(6)研究指出，在大跨度地铁车站多洞地段进行区间隧道施工时，施工对车站和横洞的交接位置影响尤为突出，并且会导致车站初期支护的拱部一定范围内的应力和位移有缓慢增长的趋势。
　　(7)数值计算结果和现场监控量测结果比对分析表明，虽然存在数值上的差异，但两者反映的应力与变形规律基本吻合。数值分析和监控量测的有机结合，能科学合理反映围岩与支护的变形和应力特征。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 大跨度地下洞室施工控制

1．2．2 地铁车站多洞位置段施工控制

1．2．3 小间距等复杂条件隧道旌工控制

1．2．4 地下洞室数值分析及其施工力学行为研究

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究方法与技术路线

第二章 开挖洞室力学行为及其数值分析理论基础

2．1 概述

2．2 开挖洞室二次应力状态

2．2．1 开挖洞室弹性二次应力状态

2．2．2 开挖洞室塑性区二次应力状态

2．3 支护洞室围岩应力状态

2．3．1 围岩压力与围岩应力

2．3．2 弹性应力状态下支护洞室围岩应力状态

2．3．3 塑性应力状态下支护洞室围岩压力状态

2．3．4 支护阻力对洞室周边位移的影响

2．4 地下洞室施工数值分析理论基础

2．4．1 反转应力释放法与空单元法

2．4．2 弹塑性有限元与D—P本构模型

第三章 大跨度地铁车站及其区间隧道开挖数值模拟

3．1 依托工程概况

3．1．1 工程概述

3．1．2 水文地质概况

3．1．3 设计概况

3．1．4 总体施工方案

3．2 数值模拟基本假定和模型的建立

3．2．1 数值模拟基本假定

3．2．2 有限元模型的建立

3．2．3 工程材料参数

3．3 大跨度地铁车站数值模拟

3．3．1 计算模型

3．3．2 施工模拟方案

3．3．3 围岩应力分析

3．3．4 围岩位移场分析

3．3．5 支护内力分析

3．4 区间小间距隧道数值模拟

3．4．1 计算模型

3．4．2 数值模拟方案

3．4．3 围岩应力分析

3．4．4 位移场分析

3．4．5 支护结构内力分析

3．5 结论与建议

第四章 大跨度地铁车站进入区间隧道多洞地段隧道施工数值分析

4．1 概述

4．2 计算模型的建立和参数选取

4．2．1 计算模型的建立

4．2．2 材料参数的选取

4．3 数值分析方案

4．3．1 锚杆加固区应力场分析

4．3．2 初期支护应力场分析

4．3．3 初期支护位移场分析

4．4 结论与建议

第五章 大跨度地铁车站多洞施工监控量测

5．1 工程概况

5．2 监控量测及其实施

5．2．1 监控量测内容与测点布置

5．3 监控量测结果与分析

5．3．1 水平位移和拱顶下沉量测结果分析

5．3．2 钢支撑应力量测结果分析

5．4 数值计算与监控量测结果对比分析

5．4．1 关于数值分析与实测结果存在差异的原因分析

5．4．2 关于数值分析与实测结果变化规律的分析

5．5 结论与建议

第六章 结论

参考文献

致谢

研究生期间参加的科研项目

研究生期间发表的论文