【摘 要】
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上软下硬地层条件下的大跨、浅埋暗挖地铁车站施工难度大、风险高,特别是在上覆软土地层较厚的情况下,隧道拱顶围岩的自稳能力差,难以形成有效的支撑体系。车站隧道在开挖过程中容易导致上覆地层产生较大变形,进而诱发地表过大沉降,影响地面交通和周边建筑物的安全。因此,开展上软下硬地层条件下的地铁车站暗挖施工方案比选及施工稳定性的研究意义重大。论文以贵阳地铁3号线北京路站工程为依托,基于理论分析、数值模拟和现场
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上软下硬地层条件下的大跨、浅埋暗挖地铁车站施工难度大、风险高,特别是在上覆软土地层较厚的情况下,隧道拱顶围岩的自稳能力差,难以形成有效的支撑体系。车站隧道在开挖过程中容易导致上覆地层产生较大变形,进而诱发地表过大沉降,影响地面交通和周边建筑物的安全。因此,开展上软下硬地层条件下的地铁车站暗挖施工方案比选及施工稳定性的研究意义重大。论文以贵阳地铁3号线北京路站工程为依托,基于理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,对比分析了拱柱法和初支拱盖法施工时车站结构的内力及变形情况,研究了拱柱法施工过程中围岩及初支结构的变形规律。在此基础上针对其关键施工阶段进行了施工参数的模拟优化,提出了合理的施工建议和改善措施。最后,结合施工现场监测验证了数值模拟建议方案的安全性和可行性。主要的研究工作和取得的成果如下:(1)基于城市地铁车站施工中明挖法、盖挖法和暗挖法的适用性和优缺点,结合贵阳地铁3号线上软下硬地层的特点,初步确定了北京路站拱柱法和初支拱盖法的暗挖施工方案。基于数值模拟方法,对比分析了两种施工方案下车站结构的内力及变形特性,研究结果表明,拱柱法施工稳定性及变形控制明显优于初支拱盖法,鉴于北京路站对地层变形的严格要求,建议本车站采用拱柱法施工。(2)基于数值模拟的方法,分析了北京路站拱柱法施工时,导洞施工阶段各导洞开挖引起的初支结构的变形规律,结果表明,中导洞的开挖对导洞初支结构的净空收敛和拱顶沉降影响最大,因此中导洞的开挖为导洞施工阶段的关键步序。通过数值模拟分析了车站各施工阶段引起的初支拱顶沉降及地表的变形规律,对各阶段施工扰动下的围岩变形和地表沉降大小进行了对比,结果表明拱柱法开挖地铁车站过程中,拆除临时支撑并施作拱盖阶段施工所引起的围岩变形最大,故该阶段为最关键施工阶段。(3)基于数值模拟的方法,针对拱柱法关键施工阶段进行了施工参数的模拟优化分析,主要从进尺长度、支护刚度两方面对比了优化方案与原方案施工时初期支护及地表沉降的变化规律,结果表明适当减小关键施工阶段的进尺长度,增加关键部位的支护刚度,可以保证车站施工的安全、高效。(4)基于地铁车站现场施工监测工作,对隧道三个不同断面的净空收敛和拱顶沉降实测数据进行分析,结果表明中导洞的开挖是导洞施工的关键步序。进一步对两个不同断面的地表沉降监测数据进行分析,结果表明拆除临时支撑并施作拱盖为车站施工过程中最关键的施工阶段,将现场监测数据与数值模拟结果进行对比分析,验证了数值模拟所确定的拱柱法施工方案的合理性和安全性。
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