地下快速路互通立交分岔隧道设计施工关键技术研究

论文摘要

城市地下互通立交分岔隧道由主隧道段、大拱段、连拱段、小间距段和分离隧道段组成,同时具备大跨隧道、连拱隧道和小间距隧道的特点,结构形式和力学转换比较复杂,目前国内外对分岔隧道的理论研究和实践应用还处在摸索阶段,缺乏相应的技术规范和施工经验,因此,开展施工过程中的分岔隧道的变形研究具有十分重要的意义,在此基础上给处相应的施工对策,为分岔隧道的设计、施工提供必要的依据。本论文结合国家863计划“地下互通立交隧道修建技术研究”,以《北京地下空间规划》提出的“四纵两横”地下快速路系统方案为背景,结合北京地铁M10奥运支线地层勘察资料建立数值计算模型,并类比地铁岔道监测数据分析研究,提出切实可行的技术措施为分岔隧道设计和施工服务。首先,对前瞻性介绍国内外地下快速路的发展现状,重点结合国内外现状对城市地下快速路主要横断面、路缘带宽度、横坡、紧急停车带等要素进行比较,并本着安全实用、经济可靠等原则,提出适合北京城市地下快速路交叉口模型。其次,采用有限元对50米埋深的城市软土隧道进行建立三维模型,使用岩土和隧道通用分析软件MIDAS/GTS为计算工具,主要分析分岔渐变隧道采用CD、CRD和岔道先后开挖、小导管超前注浆等结合五种不同工况下所产生的沉降、二衬内/外表面最大/最小主应力等,重点研究了不同开挖顺序在工序转变时应力释放程度,以及采取不同支护方式产生的实际效果;在关键断面处不同工况下施工步序的沉降影响度,得出最佳施工顺序,并提出相应施工技术措施。最后,比较计算方法和结果,结合相似项目类比,提出适应于未来北京市地下快速路立交分岔隧道尺寸要素设计和施工掘进支护方式,并对拟采用的地层预加固影响度进行分析评价。本研究工作具有一定的前瞻性探索,对今后相关城市地下快速路分岔隧道设计和施工有一定的指导意义和参考价值。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外地下道路研究现状
• 1.2.2 分岔隧道研究现状
• 1.3 本文主要的研究内容
• 1.3.1 城市地下快速路隧道分岔隧道横断面设计
• 1.3.2 城市地下快速路分岔隧道施工过程研究
• 1.4 采用的研究方法和技术路线
• 1.4.1 主要的研究方法
• 1.4.2 主要的技术路线
• 第二章 城市地下快速路互通立交分岔隧道横断面研究
• 2.1 国外城市地下道路横断面设计研究
• 2.1.1 机动车车道宽度
• 2.1.2 路缘带宽度
• 2.1.3 路缘石高度
• 2.1.4 路侧带宽度
• 2.1.5 横坡
• 2.1.6 紧急停车带
• 2.2 国内地下道路横断面规划设计研究
• 2.2.1 国内地下道路功能定位及分类
• 2.2.2 典型横断面布置
• 2.2.3 机动车道宽度
• 2.2.4 横坡
• 2.2.5 紧急停车带设置
• 2.3 城市地下快速路互通立交分岔隧道线性研究
• 2.3.1 互通式立体交叉的典型型式
• 2.3.2 分岔隧道横断面尺寸设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 隧道理论研究及有限元原理
• 3.1 隧道理论的研究与发展
• 3.1.1 隧道计算基本理论
• 3.1.2 隧道施工支护理论
• 3.2 有限元分析基本原理与方法
• 3.2.1 隧道围岩力学模型
• 3.2.2 弹塑性本构关系
• 3.2.3 岩体塑性屈服破坏准则
• 3.3 MIDAS/GTS简介
• 3.3.1 MIDAS/GTS概要
• 3.3.2 MIDAS/GTS提供的单元类型及分析功能
• 3.3.3 MIDAS/GTS边界条件
• 3.4 本章小结
• 第四章 城市地下快速路分岔隧道开挖过程数值模拟
• 4.1 程概况
• 4.1.1 地理与环境
• 4.1.2 隧道围岩分级
• 4.1.3 隧道土层可挖性分级
• 4.2 数值模型的建立及计算工况
• 4.2.1 模型尺寸和边界条件
• 4.2.2 施工步序与计算工况
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 不同工况横向土层竖向沉降结果分析
• 4.3.2 CRD、CRD-H和CRD-H-2施工步横向土层沉降分析
• 4.3.3 分岔隧道二衬竖向位移结果分析
• 4.3.4 分岔隧道二衬外表面最大主应力结果分析
• 4.3.5 分岔隧道二衬外表面最小主应力结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究成果与结论
• 5.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 学位论文数据集