风化类岩石中地铁暗挖车站施工稳定性分析

论文摘要

地铁车站的设计方案直接关系到地铁施工的稳定性,论文针对处于岩石地层的大连地铁一号线黑石礁车站的设计方案进行了研究。采用了MIDAS-GTS三维数值模拟方法,建立了台阶法施工贯通风道与中洞法施工车站主体结构的模型,研究了车站上方与其斜交的片石砌筑的排污箱涵与风道上方的高架桥的施工效应,最后通过总结得到了在风化岩中开挖地铁车站时应该注意的问题。根据模拟数据得到了与风道和车站主体结构斜交的排污箱涵在施工中将发生最大沉降差值为23.4mm的不均匀沉降,沉降不均导致的箱涵弯拉应力超过其抗拉承载力,可导致箱涵出现开裂破坏。对高架桥,研究得到高架桥桥墩竖向发生了差值为8mm不均匀沉降,顺桥方向发生约6mm的侧移,满足规范要求。通过应力分析可知,风道与车站主体结构交接处,应力集中效应明显,结构出现塑性区,建议局部采用高强度混凝土。同时,黑石礁车站的模拟结果显示在风化岩层中暗挖法修建地铁车站,拆撑过程中能合理控制沉降变化速度的拆撑间距为6-12m。拆除车站主体结构中隔壁过程中,复杂的受力转换使初期支护的压应力增加11%左右。另外,论文还研究了风化类岩石的计算参数影响因素,同时得到计算参数的选取方法。对中风化岩石,宜将开挖区域以及开挖面上方岩层计算参数较规范建议值降低一个数量级,开挖面以下的岩层,可以按规范建议值选取参数；对于强风化岩石,数值计算参数按土的数量级来取偏于安全。数值结果也显示,为更准确的模拟时间效应,数值计算时宜将初衬的弹性模量折减。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风化岩层工程特性研究
• 1.2.2 数值方法在地铁车站施工中的应用
• 1.3 研究的意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 风化类岩石的计算参数取值方法
• 2.1 风化程度对地层稳定性的影响
• 2.2 风化类岩石力学参数影响因素
• 2.2.1 岩石强度
• 2.2.2 岩体的完整程度
• 2.2.3 结构面状态及与洞轴关系
• 2.2.4 初始应力状态
• 2.3 风化类岩石力学参数取值方法
• 2.3.1 风化类岩石计算参数的选择程序
• 2.3.2 反分析法的应用
• 2.4 车站风化岩计算参数的取值
• 2.5 本章小结
• 第3章 工程背景
• 3.1 工程水文地质及周边环境
• 3.1.1 场地地层概述
• 3.1.2 场地水文
• 3.1.3 地形地貌及既有建筑物和管线
• 3.1.4 工程地质条件评价
• 3.2 工程设计方案
• 3.2.1 车站开挖及围护结构设计
• 3.2.2 车站设计方案
• 第4章 数值计算模型的建立
• 4.1 MIDAS简介
• 4.2 风化类岩石本构关系
• 4.2.1 模型采用本构关系及假定
• 4.2.2 岩土材料的屈服准则
• 4.3 车站模型的建立
• 4.3.1 边界条件的设定
• 4.3.2 支护材料的模拟
• 4.3.3 模型中材料的力学参数
• 4.3.4 施工阶段的划分
• 4.3.5 外部荷载的简化
• 4.4 本章小结
• 第5章 车站施工过程稳定性分析
• 5.1 箱涵安全性分析
• 5.2 支护结构安全性分析
• 5.2.1 初衬内力分析
• 5.2.2 二衬内力分析
• 5.2.3 车站主体隧道中隔壁内力分析
• 5.2.4 支护结构内力分析总结
• 5.3 工后沉降分析
• 5.3.1 工后模型拱顶沉降分析
• 5.3.2 工后模型地表沉降分析
• 5.3.3 沉降分析总结
• 5.4 桥墩安全性分析
• 5.5 中柱安全性分析
• 5.6 围岩塑性区分布
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介