城市深部超大跨度地下空间施工力学特性与变形控制技术研究

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随着城市化进程加快,城市地下空间建设规模朝大埋深、大跨度的方向发展。但城市深部超大跨度地下空间施工难度较大,施工安全性要求较高,围岩变形控制严格,需要采取更加合理的开挖工法及支护结构保障围岩在施工过程的稳定性。本文以重庆轨道交通18号线歇台子地铁车站为工程依托,采取资料调研、理论分析及数值模拟相结合的研究手段,对城市深部超大跨度地下空间施工力学特性及变形控制技术展开一系列研究,论文主要研究工作如下:(1)基于单圆弧夹层围岩破坏机制,采用极限分析上限法推导城市深部超大跨度地下空间围岩压力计算公式,分析围岩物理力学参数、地下空间断面尺寸等因素对计算结果的影响,并以依托工程为例,与其他计算方法结果进行对比研究,证明采用极限分析法计算围岩压力适用于城市深部超大跨度地下空间;(2)根据地下空间平衡稳定支护理论及围岩自承载拱原理,优化以锚杆、喷射混凝土及二次衬砌组成的城市深部超大跨度地下空间支护结构参数,验证了优化后城市深部超大跨度地下空间设计支护结构具有良好的受力特性,改良围岩塑性区分布状况、大幅降低围岩塑性区体积值与发展速率,利于维持围岩稳定性的重要作用;(3)研究了地下空间断面尺寸效应对围岩变形的影响,探讨了不同开挖方法下地下空间围岩塑性区体积、围岩变形随开挖变化规律、围岩竖向及水平位移场分布特征等,提出以变形控制为指标的城市深部超大跨度地下空间推荐开挖工法——双侧壁导坑三层开挖法;(4)建立了城市深部超大跨度地下空间变形控制方法,针对超前支护设置、临时支护拆除时机及二次衬砌施作时机三方面,进行城市深部超大跨度地下空间支护方案优化,构建了城市深部超大跨度地下空间变形控制技术。
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