地铁大断面连拱隧道施工期围岩监测及数值模拟研究

论文摘要

随着城市规模的扩大,城市交通拥堵成为各大城市面临的重大问题之一。地下铁道工程作为城市轨道交通的重要组成部分,具有运量大,污染小,不影响地面交通等优点,受到了城市决策者的青睐。哈尔滨地铁哈南站站～农科院站区间四连拱段属于大断面浅埋土质隧道,采用双侧壁+中导坑法进行施工,论文以此工程为背景,对不同施工阶段围岩变形情况进行监测及数值模拟分析。论文首先利用ANSYS11.0软件对该工程的施工过程进行二维有限元分析,采用Durcker-Prager屈服准则,研究双侧壁+中导坑法施工的不同阶段围岩的变形规律,得出在施工过程中围岩和支护结构的稳定性和受力状态。研究发现在四连拱隧道的左侧和右侧隧洞以及中导洞施工过程中产生了大约80%的位移;在隧道的拱顶及拱脚部位是围岩应力集中区域,最有可能在此发生破坏;四连拱上下行线及中导洞拱顶部分区域的σ1出现拉应力的现象,但随着计算的进行,拉应力逐渐消失,受力状态改善。其次,对XK1+450断面实施监控量测,并对监测结果进行整理分析。通过对地表沉降、拱顶沉降和净空收敛监测数据的分析与判断,发现围岩变形主要出现在距掌子面一倍洞径范围内,一到三倍洞径变化速率减小,三倍洞径以后趋于稳定。最后,通过对有限元分析结果和监测数据结果的对比,对四联拱隧道围岩变形规律进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 城市地铁的发展状况
• 1.2 大断面连拱隧道发展现状及存在的问题
• 1.3 本文研究的主要内容及意义
• 1.3.1 本文研究的目的和意义
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 第2章 围岩基本理论及施工过程
• 2.1 围岩压力的基本理论
• 2.1.1 原岩应力
• 2.1.2 围岩应力的弹塑性状态
• 2.2 新奥法及双侧+壁中导坑施工法简介
• 2.3 工程概况
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 工程地质和水文地质条件
• 2.4 隧道施工过程
• 第3章 大断面连拱隧道有限元模型建立及其分析
• 3.1 有限元分析软件ANSYS简介
• 3.2 数值模拟过程
• 3.2.1 基本假定
• 3.2.2 计算范围
• 3.2.3 材料参数
• 3.2.4 隧道施工过程模拟
• 3.3 模拟结果分析
• 3.3.1 位移分析
• 3.3.2 应力分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 施工监测方法及其成果分析
• 4.1 监测的目的与意义
• 4.2 监测项目
• 4.2.1 地表沉降监测
• 4.2.2 隧道收敛监测
• 4.2.3 拱顶沉降监测
• 4.3 监测资料的整理分析
• 4.3.1 监测资料的整理方法
• 4.3.2 监测资料的分析思路
• 4.4 监测结果的信息反馈机制
• 4.5 监测成果分析
• 4.5.1 地表沉降监测
• 4.5.2 隧道收敛监测
• 4.5.3 拱顶沉降监测
• 4.6 监测成果与数值分析结果的对比
• 4.6.1 地表沉降数据的对比分析
• 4.6.2 拱顶沉降数据的对比分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录