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变截面与软流塑地层地铁渡线隧道施工技术研究

作　者: 李红岩
导　师: 彭立敏；李志勇
学　校: 中南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 地铁隧道大跨度变截面软流塑数值模拟监控量测信息反馈
分类号: U455.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

当地铁隧道处在软弱富水的地层条件、大跨度变截面的工程施工条件、地表建筑物林立，地下管网密布等的工程边界条件时，其施工过程将非常复杂。国内外针对这方面问题的理论研究才刚刚开始，滞后的理论研究和蓬勃发展的此类工程实践很不相称。本文以南京地铁一期工程的鼓楼站-玄武门站区间隧道工程实例为基础，对大断面、变截面软流塑地铁区间隧道施工技术进行了较为系统的研究和探讨，主要完成了以下工作：1．对大跨度变截面洞室群施工，进行了施工方案设计与比选。研究结果表明：应根据断面大小来确定大断面、变截面隧道的施工方法；断面由小到大开挖方案对施工更为有利。2．对软流塑地层区段施工，进行了施工方案设计与比选。研究结果表明：对软流塑地层区段隧道采用台阶分步开挖法施工，并按大管棚以及小导管超前预注浆加固地层，可成功通过软流塑地层，有效控制地面沉降。3．通过对地铁隧道施工过程的弹塑性有限元模拟分析，研究了大断面、变截面软流塑地铁区间隧道在开挖、支护过程位移场等的变化情况，获取了最优施工方法及一些力学性状参数，为设计和施工提供了依据和指导。4．通过施工监测分析，得出该工程施工过程中引起的地表沉降和拱顶下沉量均在控制范围内，围岩压力和支护受力变形遵循“急剧变化--缓慢变化--基本稳定”的变形规律，说明本工程采用的支护结构的强度和刚度是合理有效的，施工方案和施工措施是安全可行的。本文的研究成果已应用于实际工程，并取得了显著的经济效益和社会效益，对其他类似工程有重要参考价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 大跨度地铁隧道施工方法简介  8-9
  1.3 地铁隧道施工国内外研究现状  9-12
  1.4 本文研究思路与研究内容  12-14
    1.4.1 研究思路  12-13
    1.4.2 主要研究内容  13-14
第二章大断面、软流塑围岩地铁区间隧道施工方法比选  14-48
  2.1 工程概况、工程特点与难点  14-24
    2.1.1 工程规模及周围环境  14-18
    2.1.2 工程地质与水文地质概况  18-20
    2.1.3 大跨度变截面洞室群施工难点  20-23
    2.1.4 软流塑地层区段施工难点  23-24
  2.2 大跨度变截面洞室群施工方案比选  24-41
    2.2.1 洞室群施工方案介绍  24-25
    2.2.2 不同断面的施工方法  25-30
    2.2.3 停车线段过渡段处理  30-35
    2.2.4 初期支护稳定技术措施  35-36
    2.2.5 二次衬砌施工  36-40
    2.2.6 模板组合及型钢拱架安装  40-41
  2.3 软流塑围岩段隧道施工方案比选  41-46
    2.3.1 施工方案比选  41-42
    2.3.2 大管棚施工  42-45
    2.3.3 地层超前预注浆  45-46
    2.3.4 初期支护及二次衬砌混凝土施工  46
  2.4 本章小结  46-48
第三章地铁区间隧道施工过程的有限元动态模拟  48-69
  3.1 隧道施工过程弹塑性有限元模拟方法  48-52
    3.1.1 有限元模拟的基本原理  48-50
    3.1.2 有限元模拟方法与过程  50-52
  3.2 大跨度变截面洞室群施工过程的动态模拟  52-63
    3.2.1 计算模型  52-57
    3.2.2 断面由小到大开挖方案计算结果  57-60
    3.2.3 断面由大到小开挖方案计算结果  60-62
    3.2.4 两种方案计算结果对比分析  62-63
  3.3 软流塑围岩段隧道施工过程的动态模拟  63-68
    3.3.1 计算模型  63-65
    3.3.2 计算结果与分析  65-68
  3.4 本章小结  68-69
第四章地铁区间隧道施工监控量测及成果分析  69-87
  4.1 施工监测设计  69-71
    4.1.1 监控设计原理  69
    4.1.2 施工监测目的  69-70
    4.1.3 监控量测流程以及预警值  70-71
  4.2 现场量测的内容与项目  71-73
    4.2.1 地表沉降观测  71
    4.2.2 洞内变形、收敛观测  71-73
    4.2.3 地面建筑物及地下管线的变形量测  73
  4.3 监测资料分析与处理  73-85
    4.3.1 地表沉降  73-75
    4.3.2 洞内变形  75-78
    4.3.3 软流塑地段断面围岩压力  78-79
    4.3.4 初期支护及二次衬砌间压力量测  79-83
    4.3.5 邻近建筑物沉降  83
    4.3.6 地下管线沉降  83-85
  4.4 理论计算值与实测值比较  85-86
  4.5 本章小结  86-87
第五章理论分析与监控量测对施工过程的指导  87-92
  5.1 对施工的指导作用  87-91
    5.1.1 超前支护手段  87-89
    5.1.2 确定开挖断面尺寸的外放量  89
    5.1.3 确定二次衬砌合理施作的时机  89-90
    5.1.4 预报险情  90
    5.1.5 评价围岩稳定性  90-91
  5.2 本章小结  91-92
第六章结论与展望  92-94
  6.1 本文主要结论  92
  6.2 工作展望  92-94
参考文献  94-98
致谢  98-99
攻读硕士学位期间所发表的论文及科研情况  99

变截面与软流塑地层地铁渡线隧道施工技术研究

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