粉质粘土地层隧道“格栅拱架+喷射混凝土”支护作用研究

摘要

随着国家经济的快速发展，我国交通隧道建设数量迅猛增长，伴随着城市化的进程，城市地铁隧道数量剧增。“新奥法”由于其能充分发挥围岩的自承能力而在地铁隧道施工过程中得到了越来越广泛地应用，在建筑设施密布的城市中进行地铁隧道施工将不可避免地对隧道周边围岩产生扰动，同时引起隧道围岩变形及地表沉降。当隧道围岩变形及地表沉降超过一定限度时，隧道施工必然会危及周围建筑物、城市道路以及地下管线的安全。因此，选择合理的初期支护类型对于隧道的设计及施工非常重要，初期支护方式选择不当或者支护构件的强度不足，都会对隧道的安全施工造成很大影响，因此合理地使用初期支护类型以控制围岩及地表变形值得我们深入研究。
　　以哈尔滨地铁1号线同江路站～哈南站地下隧道为工程背景，利用弹性薄壳理论建立“格栅拱架+喷射混凝土”组合结构的支护力学模型，分析其支护机理同时求解一定条件下初支结构承担荷载大小;采用现场监测手段对该线路隧道围岩变形及地表沉降进行监测分析，同时开展现场试验，对试验段“格栅拱架+喷射混凝土”的初期支护构件内力及围岩压力进行试验监测，研究组合支护结构对地表沉降及隧道围岩变形的控制效果以及“格栅拱架+喷射混凝土”这种初期支护组合构件的稳定性。
　　借助有限元软件ABAQUS开展数值试验，对哈尔滨地铁1号线同江路站～哈南站地下隧道采用上下台阶法开挖及“格栅拱架+喷射混凝土”的初期支护过程进行数值模拟，研究试验段隧道开挖支护后地表沉降、隧道围岩的拱顶沉降以及周边收敛的的变化规律，同时研究新型组合初期支护结构“格栅拱架+喷射混凝土”受力特性。
　　利用弹性理论方法并结合试验段现场案例对“格栅拱架+喷射混凝土”结构所承担荷载进行计算，同时改变组合初支结构的支护参数，研究参数变化对支护效果的影响，以此提出相应的建议措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及研究背景和意义

1．2 依托工程概况

1．3 国内外隧道初期支护结构研究现状

1．3．1 隧道初期支护结构研究现状

1．3．2 “格栅拱架+喷射混凝土”初支作用研究

1．4 研究内容

1．5 技术路线

2．1 引言

2．2 “格栅拱架+喷射混凝土”支护作用研究

2．2．1 简化力学模型及围岩压力确定

2．2．2 “格栅拱架+喷射混凝土”组合初支结构弹性力学分析

2．3 本章小结

第三章 粉质粘土隧道“格栅拱架+喷射混凝土”支护作用试验

3．1 引言

3．2 现场监测方案

3．2．1 隧道设计方案

3．2．2 隧道地质资料

3．3 现场试验方案

3．4 现场监测控制标准

3．5 监测结果及分析

3．5．1 地表沉降分析

3．5．2 隧道拱顶沉降分析

3．5．3 隧道水平收敛分析

3．5．4 围岩压力分析

3．5．5 格栅拱架轴应力分析

3．6 本章小结

第四章 粉质粘土地层隧道初支作用数值模拟研究

4．1 引言

4．2 粉质粘土地层隧道开挖支护模型

4．3 粉质粘土地层隧道开挖支护过程模拟

4．3．1 开挖模拟方法

4．3．2 “格栅拱架+喷射混凝土”组合支护模拟方法

4．4 数值试验计算参数

4．5 地铁施工引起隧道围岩及地表变形的模拟分析

4．5．1 围岩变形分析

4．5．2 围岩应力分析

4．5．3 “格栅+喷射混凝土”支护受力特性分析

4．6 本章小结

第五章 “格栅拱架+喷射混凝土”支护效果优化

5．1 引言

5．2 哈尔滨地铁隧道初支结构受力计算

5．3 初支特性研究方法对比

5．4 “格栅拱架+喷射混凝土”支护作用优化

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 本文的主要创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与课题及发表学术论文目录