地铁车站中洞法施工力学行为的研究

论文摘要

中洞法施工暗挖地铁车站简单易行,灵活方便,适应不同地层、不同跨度多种断面形式。近年来,中洞法在修建暗挖地铁车站中占到了很大的比例。本文以北京地铁10号线学院路站暗挖段为研究背景,结合有限差分数值分析方法与现场实测技术对中洞法施工地铁车站的力学行为进行了全面系统的研究,主要研究成果有:(1)导洞施作过程期间结构变形与地层沉降的规律。得出导洞开挖对地层沉降影响与导洞的形状、导洞开挖的速度、导洞封闭成环的时间有关;另外还得出了各导洞在开挖过程中对地层沉陷的贡献大小,提出了导洞开挖各阶段地层沉降的控制措施。(2)导洞施作过程中初期支护结构内力与围岩压力变化的规律。得出地层应力在导洞开挖期间有显著的调整,说明浅埋暗挖施工对地层的扰动较大,影响直接。另外还得出初期支护结构内力在导洞施作期间调整明显,说明后继导洞开挖对已封闭洞室初期支护结构内力有明显影响。(3)临时支护拆除方案比选研究。提出几个合理可实施的拆撑方案,通过有限元计算比较出在拆除过程中的地层沉降小、围岩压力调整幅度小、结构内力变化小的拆撑方案;另外根据施工难易程度、便捷性以及防排水处理的难易度,综合比选各方案,得出临时支护拆除相对最优方案。(4)临时支护拆除对结构变形与地层沉降影响的规律。运用有限元计算和现场实测得出在临时支护拆除早期,地层沉降值约占总体沉降的一半左右,并提出控制地层沉降的一些措施。(5)临时支护拆除对初期支护结构内力、围岩压力影响的规律。运用有限元计算和现场实测得出仰拱处临时支护拆除时初期支护结构各部位内力调整大说明临时支护在整个初期支护结构的承载作用不可忽视;同时也发现理论计算和现场实测在数值上有一定差异,进一步证实地下结构受力的复杂性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题工程背景与研究意义
• 1.2 国内外设计施工现况
• 1.2.1 中洞法施工的基本形式
• 1.2.2 中洞法施工的特点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 理论与数值研究
• 1.3.2 现场实测
• 1.4 研究背景、内容和方法
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 第2章 数值分析基本原理的研究与建模
• 2.1 研究地下工程的基本理论
• 2.1.1 地下工程施工力学的基本理念
• 2.1.2 数值分析方法的比选
• 2.1.3 拉格朗日有限差分法的基本理论
• 2.2 数值模拟分析常用实现方式
• 2.2.1 大管棚与小导管超前支护的模拟
• 2.2.2 初期支护的模拟
• 2.2.3 临时钢支撑的模拟
• 2.2.4 土体开挖模拟
• 2.3 工程概况
• 2.4 有限差分模型的建立
• 2.4.1 模型的几个假定和本构关系
• 2.4.2 有限单元的选定
• 2.4.3 计算边界及约束条件
• 2.4.4 计算参数的取定
• 2.4.5 数值分析模型网格划分
• 第3章 导洞施作过程中的力学行为研究
• 3.1 导洞施作过程中结构变形与地表沉降规律
• 3.1.1 施工工况数值模拟
• 3.1.2 数值计算
• 3.1.3 现场实测与数据分析
• 3.1.4 数值模拟与现场实测比较分析
• 3.2 导洞施作过程中结构内力与围岩压力变换规律
• 3.2.1 数值计算
• 3.2.2 现场实测
• 3.3 本章小结
• 第4章 临时支护拆除过程中的力学行为研究
• 4.1 临时支护拆除方案比选研究
• 4.1.1 方案提出
• 4.1.2 方案分析
• 4.1.3 方案确定
• 4.2 临时支护拆除对结构变形和地层沉降的影响
• 4.2.1 数值计算
• 4.2.2 现场实测分析
• 4.2.3 两种研究方法的对比
• 4.3 临时支护拆除过程中结构内力、围岩压力变化规律
• 4.3.1 数值计算
• 4.3.2 现场实测分析
• 4.3.3 两种研究方法的对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 结语
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望与论文存在的不足
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集