盾構(gòu)法與明挖法結(jié)合修建地鐵車站施工方案研究_圖文

1、西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文盾構(gòu)法與明挖法結(jié)合修建地鐵車站施工方案研究 姓名:蔣利明申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):橋梁與隧道工程指導(dǎo)教師:周曉軍20100501西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第1頁(yè) 摘 要盾構(gòu)施工法以其施工對(duì)環(huán)境影響小、安全快速及適用范圍廣等特點(diǎn),已經(jīng)成為我 國(guó)城市地下鐵道修建中非常重要的施工方法。然而在實(shí)際的地鐵建設(shè)中,由于地鐵車 站之間的間距較小,盾構(gòu)法修建區(qū)間隧道的長(zhǎng)度較短,施工工期較短,就不可避免地 出現(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間分散、盾構(gòu)設(shè)備利用率偏低的現(xiàn)象,從而增大工程成本。結(jié)合盾構(gòu)法擴(kuò) 挖修建地鐵車站能做到通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)距離應(yīng)用而產(chǎn)生規(guī)模效益解決上述問(wèn)題,從總 體上較大幅度地降低工程造價(jià)。

2、為此,本文提出了在已建成的盾構(gòu)隧道基礎(chǔ)上,結(jié)合 明挖法修建地鐵車站的施工方案。本文在綜合分析國(guó)外采用盾構(gòu)法修建地鐵車站的各種施工方法的基礎(chǔ)上,以成都 地鐵l號(hào)線孵化園車站地質(zhì)情況作為數(shù)值分析背景,進(jìn)行了盾構(gòu)法結(jié)合明挖法修建地 鐵車站的施工方案研究。研究?jī)?nèi)容如下:(1通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例,擬定地鐵車站結(jié)構(gòu)方案及尺寸,在此基礎(chǔ)上對(duì)盾 構(gòu)隧道管片進(jìn)行了管片分塊設(shè)計(jì);(2采用數(shù)值模擬的方法對(duì)擴(kuò)挖施工過(guò)程中地下連續(xù)墻的入土深度以及各輔助施 工措施進(jìn)行了研究,得出了地下連續(xù)墻的合理入土深度以及各輔助施工措施對(duì)擴(kuò)挖施 工的影響規(guī)律;(3對(duì)擬定的各施工方案進(jìn)行二維數(shù)值模擬分析,得出了合理的施工方案。并在 此

3、施工方案的基礎(chǔ)上采用三維數(shù)值模擬的方法對(duì)施工過(guò)程中的力學(xué)行為進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)法;明挖法;地鐵車站;數(shù)值模擬西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第|頁(yè)AbstractThe distinguishing features of shield drvien method such as its small impact on the environment;safe and fast;and applicable to a wide range of situations,make it become the very important method of urban underground

4、railway construction.However,in the actual subway construction,due to the short distance between the subway station,the tunnel constructed by the shield method is shorter in the length with the shorter construction period.Inevitably,the phenomenon like shield interval dispersion and low utilization

5、rate of shield equipment would increase the cost of the project.Combined shield method to expand excavation with the construction of subway station could generate economies of scale to solve above problems by the longdistance applications of the shield machine.Then the proj ect cost Can be substanti

6、ally reduced in general.To this end,this thesis proposes a construction program based on the developed shield tunnel with combination of cut and COVer method of construction of subway station.Based on the comprehensive analysis of the foreign adoption of shield method on the subway station construct

7、ion,the thesis discusses the application of shield method combining cut and COVer method on the subway station construction,using the Chengdu Metro Line 1Fuhuayuan station as a numerical analysis background.The mainlystudy content are as follows:Through the analysis of domestic and international eng

8、ineering practice,the thesis develops a plan for subway station structure and size,and then designs the block segment for shield tunnel segment;Discusses the embedded depth of diaphragm wall and other supporting construction methods during expanding excavation,using numerical simulaiton.The author o

9、btains the law of impact of reasonable embedded depth of the diaphragm wall and the auxiliary construction measures on the expanding excavation construction;The thesis analyzes the proposedprograms applied twodimensional numerical simulation,and men shows the reasonable construction scheme.The autho

10、r also studies the mechanical behavior during the construction process using threedimensional numerical simulation.Keywords:shield method,cut and COVer method,subway station,numerical simulation西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保留并 向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授 權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全

11、部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用 影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1.保密口,在 年解密后適用本授權(quán)書;2.不保密0使用本授權(quán)書。(請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“v”日期:劭.正乞/西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文主要工作(貢獻(xiàn)聲明本人在學(xué)位論文中所做的主要工作或貢獻(xiàn)如下:(1對(duì)盾構(gòu)法結(jié)合明挖法修建地鐵車站的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析,擬定本文研究的車 站主體結(jié)構(gòu)方案和尺寸并對(duì)盾構(gòu)管片提出分塊方式。(2對(duì)擴(kuò)挖施工中地下連續(xù)墻入土深度進(jìn)行研究,得出其合理入土深度。對(duì)輔助 施工措施進(jìn)行分析,得出其各自單獨(dú)作用時(shí)對(duì)擴(kuò)挖施工的影響。(3擬定具體擴(kuò)挖施工方案,通過(guò)二維數(shù)值模擬的方法進(jìn)行分析研

12、究,確定了合 理擴(kuò)挖方案與施工中的危險(xiǎn)工況。針對(duì)合理擴(kuò)案方案進(jìn)行三維數(shù)值分析比較,并提出 安全性評(píng)價(jià)。本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成 果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰 寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均己在文中作了明確說(shuō)明。 本人完全了解違反上述聲明所引起的一切法律責(zé)任將由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:藕易1講 日期:2,o/O.1;.工第1章緒 論1.1盾構(gòu)法隧道施工的歷史盾構(gòu)施工技術(shù)自1823年由布魯諾爾首創(chuàng)于英國(guó)倫敦的泰晤土河的水底隧道 工程以來(lái),已有170余年的歷史。在這170余年的風(fēng)風(fēng)雨

13、雨中,經(jīng)過(guò)幾代人的 努力,盾構(gòu)法已從一種只能在極少數(shù)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中才見應(yīng)用的特殊技術(shù),發(fā) 展成為在發(fā)達(dá)圜家中極為普通,在發(fā)展中國(guó)家中亦逐漸得到應(yīng)用的隧道施工技 術(shù)。據(jù)說(shuō)最早發(fā)明盾構(gòu)法的思路是來(lái)自發(fā)明者的一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn),英國(guó)的布魯 諾爾發(fā)現(xiàn)船的木板中,有一種蛀蟲鉆出孔道,并用它自己分泌的液體覆涂在孔 壁上。1818年布魯諾爾在蛀蟲鉆孔的啟示下,最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的 設(shè)想,并且在英國(guó)取得了該施工法的專利。1825年,布魯諾爾用他自己的想法 制成盾構(gòu),并第一次在泰晤士河施工了水底隧道。這條道路隧道的斷面(11.4m 6.8m相當(dāng)大,施工中遇到了坍方和水淹,加上隧道的損壞,當(dāng)時(shí)處于難于進(jìn) 展的

14、狀態(tài),由于初始未能掌握控制泥水涌入隧道的方法,隧道施工中兩次被淹, 后來(lái)在東倫敦地下鐵道公司的合作下,經(jīng)過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工的改進(jìn),用氣壓輔助施 工,花了18年的時(shí)間才于1843年完成了全長(zhǎng)458m的第一條盾構(gòu)法隧道。 1865年巴爾勞首次采用圓形盾構(gòu),并用鑄鐵管片作為地下隧道襯砌。1869年,他用圓形盾構(gòu)在泰晤土河底下建成了外徑為2.21m的隧道。在盾構(gòu)穿越飽 和含水地層時(shí),施加壓縮空氣以防止涌水的氣壓法最先是在1830年由口切蘭斯 爵士(Lord Coehrance發(fā)明的。1874年,在英國(guó)倫敦地下鐵道南線的粘土和含水 砂礫地層中建造內(nèi)徑為3.12m的隧道時(shí),格雷塞德(Henry Greathea

15、d(18441896 綜合了以往所有盾構(gòu)施工和氣壓法的技術(shù)特點(diǎn),較完整地提出了氣壓盾構(gòu)法的 施工工藝,并且首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法,為 盾構(gòu)法發(fā)展起了重大的推動(dòng)作用。1880-1890年間,在美國(guó)和加拿大間的圣克 萊河下用盾構(gòu)法建成一條直徑6.4111,長(zhǎng)1800余m的水底鐵路隧道。二十世紀(jì) 初,盾構(gòu)施工法己在美、英、德、蘇、法等國(guó)開始推廣。3040年代在這些國(guó) 家已成功地使用盾構(gòu)建成內(nèi)徑自3.O9.5m的多條地下鐵道及過(guò)河公路隧道。僅 在美國(guó)紐約就采用氣壓法建成了19條重要的水底隧道,盾構(gòu)施工的范圍很廣泛, 有公路隧道、地下鐵道、上下水道以及其他市政公用設(shè)施管道等。

16、蘇聯(lián)40年代初開始使用直徑為6.0-9.5m的盾構(gòu)先后在莫斯科、列寧格勒等市修建地下鐵道 的區(qū)間隧道及車站【231。1.1。1國(guó)外盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展概述從20世紀(jì)60年代起,盾構(gòu)法在日本得到迅速發(fā)展,除了大量在東京、大 阪、名古屋等城市的地下鐵道建設(shè)中外,更多地是用在下水道等市政公用設(shè)施 管道建設(shè)中。70年代,日本及聯(lián)邦德國(guó)等國(guó)針對(duì)在城市建設(shè)區(qū)的松軟含水地層 中由于盾構(gòu)施工所引起的地表沉陷、預(yù)制高精度鋼筋混凝土襯砌和接縫防水等 技術(shù)問(wèn)題,研制了各種新型的襯砌和防水技術(shù)及局部氣壓式、泥水加壓式和土 壓平衡式等新型盾構(gòu)及相應(yīng)的工藝和配套設(shè)備。1993年建成的、連接英法兩國(guó)的英吉利海峽隧道,全長(zhǎng)48.5k

17、m,海底段長(zhǎng)37.5km,隧道最深處在海平面下100m。 國(guó)一側(cè)共用6臺(tái)盾構(gòu),3臺(tái)施工岸邊段, 這條隧道全部采用盾構(gòu)法技術(shù)施工,英 3臺(tái)施工海底段,施工海底段的盾構(gòu)要向海峽中單向推進(jìn)21.2km,與從法國(guó)側(cè)向英國(guó)方向推來(lái)的盾構(gòu)對(duì)接。法國(guó)側(cè)共 用6臺(tái)盾構(gòu),2臺(tái)施工岸邊段,3臺(tái)施工海底段。海峽隧道由2條外徑8.6m的 單線鐵路隧道及1條外徑為5.6m米的輔助隧道組成。由于海底段最大深度達(dá) lOOm,因此無(wú)論盾構(gòu)機(jī)械還是預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)均要承受10個(gè)大氣西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第3頁(yè)壓的水壓力,又由于單向推進(jìn)21.2km,盾構(gòu)推進(jìn)速度必須達(dá)到月進(jìn)1000rn的 速度才能在3年左右的

18、時(shí)間內(nèi)完成,因此盾構(gòu)的構(gòu)造及其后續(xù)設(shè)備均須采用高 質(zhì)量的耐磨耗及腐蝕的材料。所以該隧道的修建標(biāo)志著盾構(gòu)施工技術(shù)的最新水 平。近年來(lái),日本把機(jī)械式盾構(gòu)作了改進(jìn),研制出了用加壓泥漿穩(wěn)定開挖面的 泥水加壓盾構(gòu)和利用開挖出的土體作平衡開挖面的土壓平衡盾構(gòu)。(1我國(guó)早期的隧道掘進(jìn)機(jī)(220世紀(jì)60、70年代掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用(380年代我國(guó)隧道掘進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展1980年,上海市進(jìn)行了地鐵1號(hào)線試驗(yàn)段施工,研制了一臺(tái)直徑6.41m的 刀盤式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),后改為網(wǎng)格擠壓型盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),在淤泥質(zhì)粘土地層中掘進(jìn) 隧道1230m。1985年,上海延安東路越江隧道工程1476m圓形主隧道采用上海 隧道股份設(shè)計(jì)、江

19、南造船廠制造的直徑11.3m網(wǎng)格型水力機(jī)械出土盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)。 1985年,上海芙蓉江路排水隧道工程引進(jìn)一臺(tái)日本川崎重工制造的直徑4.33m 小刀盤土壓盾構(gòu),掘進(jìn)1500m,該盾構(gòu)具有機(jī)械化切削和螺旋機(jī)出土功能,施 工效率高,對(duì)地面影響小的特點(diǎn)。1987年上海隧道股份研制成功了我國(guó)第一臺(tái) 巾4.35m加泥式土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī),用于市南站過(guò)江電纜隧道工程,穿越黃浦西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第4頁(yè) 曼曼曼曼曼曼曼!曼曼曼曼曼曼曼曼!皇曼|I曼曼曼曼曼曼曼寰蔓曼曼曼曼量曼曼皇!曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼!蔓!曼!曼皇江底粉砂層、掘進(jìn)長(zhǎng)度583m,技術(shù)成果達(dá)到80年代國(guó)際選進(jìn)水平,并獲得1990年國(guó)家

20、科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。(490年代后我國(guó)隧道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀1.2面臨的問(wèn)題及及解決思路雖然盾構(gòu)工法有著非常大的優(yōu)勢(shì),但在地鐵建設(shè)中由于盾構(gòu)設(shè)備利用率偏 低、盾構(gòu)區(qū)間分散、盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)、調(diào)頭和轉(zhuǎn)場(chǎng)等次數(shù)過(guò)多以及大量的非正常 掘進(jìn)工期過(guò)多和額外成本較多等問(wèn)題的出現(xiàn),成為了許多專家對(duì)盾構(gòu)法的施工西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第5頁(yè) 速度快、工程成本低的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生質(zhì)疑的最為直接的原因8】。可以看到,由于地鐵 車站間的間距(以北京地鐵為例,約2km左右較小【l 21,導(dǎo)致盾構(gòu)法修建區(qū)間隧 道的長(zhǎng)度較短,施工工期較短;而地鐵車站施工工期較長(zhǎng)(一般為22.5年,兩 者工期的不相匹配要求盾構(gòu)區(qū)間相鄰車站的站端

21、要為盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)和到達(dá)或過(guò) 站提供相應(yīng)的條件。這要求在盾構(gòu)施工組織編制和整條線路工程籌劃時(shí)必須協(xié) 調(diào)好兩者的關(guān)系,這種協(xié)調(diào)也就極大地影響著整個(gè)工程的進(jìn)度。因此,為解決目前國(guó)內(nèi)區(qū)間盾構(gòu)施工和車站施工工期矛盾的問(wèn)題,尋求盾 構(gòu)法在我國(guó)地鐵工程中大規(guī)模應(yīng)用的突破口。在此一些學(xué)者研究提出了如下的 設(shè)想方案【16J:(1整條線路先修車站,再推區(qū)間的方案:即待整條線路上的車站全部通過(guò) 底板加寬和加深的方式修建完工后,能夠提供盾構(gòu)拖拉過(guò)站的條件下,利用盾 構(gòu)機(jī)拖拉過(guò)站的方式完成盾構(gòu)區(qū)間的施工。(2整條線路先推區(qū)間,再在條件成熟的位置建造車站的方案:即首先利用 盾構(gòu)法將整條線路上的區(qū)間修建完畢,而后再逐個(gè)落實(shí)

22、預(yù)留車站周圍的條件, 采用多種方式修建預(yù)留的地鐵車站。以上兩種方案均可以最大限度地解決車站與盾構(gòu)區(qū)間施工的相互干擾,使 得區(qū)間工法的選擇不再成為其他專業(yè)的邊界條件;避免了周圍建筑物和物業(yè)管 理以及地下管線對(duì)盾構(gòu)區(qū)間施工的影響;可以實(shí)現(xiàn)在有條件的區(qū)間首選盾構(gòu)法 的設(shè)計(jì)思路,確保了盾構(gòu)區(qū)間最大程度的連續(xù)性,充分發(fā)揮盾構(gòu)法施工速度快 和長(zhǎng)距離掘進(jìn)的優(yōu)勢(shì);減少了盾構(gòu)機(jī)投入的數(shù)量、盾構(gòu)井的建設(shè)數(shù)量以及盾構(gòu) 機(jī)拆裝次數(shù),從而提高盾構(gòu)設(shè)備的利用率,增加其使用壽命,降低建設(shè)成本, 提高盾構(gòu)法施工的綜合經(jīng)濟(jì)效益。然而第一種解決方案過(guò)于理想化,因?yàn)檐囌臼┕な艿街T多因素的影響,往 往因?yàn)榈孛娼ㄖ锏牟疬w和交通疏解及

23、地下管線處理的難以協(xié)調(diào),使得車站工 期得不到保證,這樣就會(huì)導(dǎo)致全線的施工工期得不到保證,而且全線所有車站 的底板加寬和加深增加了過(guò)多的額外工程造價(jià),因此從工程實(shí)際的角度來(lái)看, 該方案可行性不高;第二種方案使得整條線路的施工效率可能達(dá)到最高。原因 在于區(qū)間施工有條件以最快的速度完成,即待盾構(gòu)區(qū)間貫通后,可以采用保留 大部分管片、僅在管片上開洞提供乘客上下車的條件下,再暗挖或明挖拓展地 鐵車站的方式。西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第6頁(yè) 1.3國(guó)內(nèi)外結(jié)合盾構(gòu)法修建地鐵車站技術(shù)現(xiàn)狀國(guó)外結(jié)合盾構(gòu)法修建地鐵車站【62324】的時(shí)間比較早,主要集中為結(jié)合暗擴(kuò)法 施工,大致可分為以下幾種方法:(1盾構(gòu)法與

24、橫向通道結(jié)合建造地鐵車站該類型車站主要是由兩個(gè)或三個(gè)并列的圓形隧道通過(guò)橫通道組成地鐵車 站,其中對(duì)于客流量較小的車站,可采用由兩個(gè)并列的圓形隧道組成側(cè)式站臺(tái) 車站,這是最簡(jiǎn)單的一種盾構(gòu)車站。如圖1.1。圖1.1倫敦某地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)橫斷面對(duì)于中等客流量的車站,可以采用由三個(gè)并列的圓形隧道組成三拱塔柱式 車站,這種形式的車站在前蘇聯(lián)的深埋地鐵中采用較多。與上述由兩個(gè)并列的 圓形隧道組成的車站一樣,它們的施工難點(diǎn)都在于橫通道的設(shè)計(jì)與施工。如圖 1.2。圖1.2基輔某地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)橫斷面西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第7頁(yè)lL 1_la =I曼蔓舅曼皇曼曼 (2盾構(gòu)與半盾構(gòu)法結(jié)合建造地鐵車站此種方法即是先

25、用兩臺(tái)盾構(gòu)平行開挖兩旁側(cè)隧道,然后在一臺(tái)半盾構(gòu)的掩 護(hù)之下掘進(jìn)車站中間站廳部分。這種形式的車站也被稱之為眼鏡型車站,是一 種典型的島式站臺(tái)車站,乘客從車站兩端的斜隧道或豎井進(jìn)入站臺(tái),站臺(tái)寬度 應(yīng)滿足客流集散的要求,一般不小于lOm。這種類型的車站在前蘇聯(lián)地下鐵道 中應(yīng)用的較多。如圖1.3。圖I-3莫斯科某地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(3盾構(gòu)法與礦山法結(jié)合建造地鐵車站該方法即采用盾構(gòu)先行貫通車站行車隧道,然后采用礦山法擴(kuò)挖兩行車隧 道之間的部分。圖1.4為圣彼得堡某地鐵車站標(biāo)準(zhǔn)橫斷面。L纊 :? 擴(kuò)忒1警 庭 一桫。 祭 馘 。、矽 . 蕊 f莩 Q 匙 A 。1650.卜、 /i I罟 u、 :. 7/

26、86186 鋸 f . 孔?。 勃Q 夕 3 十, 渺 。 如D口%.是 鄉(xiāng)必 心 ,j 、少 、一一i方向 歸一化的速度。在考慮阻尼和不平衡力情況下可得新的節(jié)點(diǎn)速度:釅O+址=dO一了At+萬(wàn)A石t(,+彳7 (311從而可獲得節(jié)點(diǎn)的位移:“j7+f:酊b(f+聽7O+iAt(3-12對(duì)大變形模式,節(jié)點(diǎn)的位置將發(fā)生改變,因而導(dǎo)致網(wǎng)格形狀的變化,對(duì)于 整體節(jié)點(diǎn)l,其新的位置由下式?jīng)Q定:70+f:7,0+nf7+_A-t(3-133.2模型的建立車站隧道為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物,在不考慮縱向施工效應(yīng)條件下發(fā)球平面應(yīng)變模式, 故本章只考慮平面分析過(guò)程。(1模型邊界:計(jì)算模型中,左右兩側(cè)邊界選為2D左右,車站結(jié)

27、構(gòu)下邊界選為2H左右, 其中D為車站結(jié)構(gòu)的總跨度,H為車站結(jié)構(gòu)的總高度。兩盾構(gòu)隧道線間距為23m, 隧項(xiàng)埋深8.5m,車站頂板埋深2.5m,總高為12.5m,總寬為14m。因此,模型 邊界選取為120m40m。地表附加荷載取為20kPa。(2本構(gòu)模型及結(jié)構(gòu)單元情況:因?yàn)榈貙又饕獮橥馏w,故采用摩爾.庫(kù)侖本構(gòu)模型來(lái)模擬地層。地下連續(xù)墻 采用彈性本構(gòu)模型模擬。土體加固通過(guò)改變相應(yīng)單元的材料參數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬。 內(nèi)支撐、車站結(jié)構(gòu)以及基坑開擴(kuò)后的橫撐均采用梁結(jié)構(gòu)單元來(lái)模擬。隧道管片 采用殼結(jié)構(gòu)單元來(lái)模擬,不考慮壁后注漿與應(yīng)力釋放。管片實(shí)際上,盾構(gòu)法施 工中,由于開挖后盾構(gòu)管片施作得很迅速,因此壁后注漿對(duì)管片

28、內(nèi)力的影響不 明顯,而且不考慮此項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果也偏安全。(3材料參數(shù):盾構(gòu)管片采用C50混凝土,考慮接頭對(duì)管片結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度的影響,按西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第25頁(yè)照日本修正慣用法原理,采用等效剛度的方法來(lái)模擬。依據(jù)本文第3章的分析 結(jié)果,管片分塊方案見圖2-8,通縫拼裝,取剛度折減系數(shù)H=0.4,彎矩增大系 數(shù)呲01軸力、薊力和變形增大系數(shù)均為0。車站結(jié)構(gòu)除中柱采用C45混凝土外,其余部分均采用C30混凝土。地下連續(xù)墻用C25混凝土。盾構(gòu)管片內(nèi)支撐與基坑橫撐采用Q34S空心圓形鋼管模擬,其中內(nèi)支撐尺寸 為外徑D=200mm,厚度t=14ram:基坑橫撐為D=600mm,t;16ra

29、m e所有材料物理力學(xué)參數(shù)見表31。(4模型情況:在有限差分程序中采用縱向?yàn)閘m的三維模型來(lái)模擬二維問(wèn)題。模型的下邊 界施加豎向約束.左右兩側(cè)邊界施加水平方向約束,前后施加縱向約束。車站 模型網(wǎng)格見圖3一l。整個(gè)車站平面共劃分成5361個(gè)單元,10972個(gè)節(jié)點(diǎn)。車站施 工的模擬過(guò)程見表3-2。表3-1地層和支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)a車站整體網(wǎng)格要壹鑾鎏查謄翌圭彗耋圭蘭譬篁蘭 謄:!至黼目; 一jf強(qiáng) -l lil 長(zhǎng)=_l_-I 墨i l o*2:i 匿 鼉豐 P I=l 匿ir三至 ; 一 I 三壬 l :l 。l 一3_ L._三三一 l _二. E:j-:。 葺 劃件 (b模型中各區(qū)域位置說(shuō)

30、明(左右對(duì)稱削3-1車站模型網(wǎng)格表3-2車站施T模擬過(guò)程S1:計(jì)算初始應(yīng)力場(chǎng) s2:右隧道開挖井支護(hù)s3:左隧道開挖并直護(hù) s4:施作地下連續(xù)墻、內(nèi)支掉、加固土體要要鑾耋鑾:堡圭暨圣蘭嚳竺簍耋 蓍:圣 s5:開挖第一層土體4m,加第一道橫撐 s6:開挖第二層土體3m,加第二道橫撐西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第28頁(yè) 詈曼曼曼!曼曼!曼曼曼曼曼曼罡皇曼曼曼曼曼曼曼!曼曼皇曼曼曼曼曼曼量曼!曼 I|_.II舅曼皇曼皇曼量曼!毫3.3地下連續(xù)墻入土深度的影響研究地下連續(xù)墻是基坑開挖中非常重要的一項(xiàng)工程,因?yàn)樗粌H關(guān)系著基坑開 挖過(guò)程的安全因素,在車站施工完成后,也會(huì)作為車站永久結(jié)構(gòu)的一部分與車

31、站共同受力、協(xié)同工作。連續(xù)墻過(guò)小的入土深度會(huì)導(dǎo)致?lián)跬两Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、變 形過(guò)大及穩(wěn)定不足。輕則導(dǎo)致變形過(guò)大,影響正常施工,重則導(dǎo)致“踢腳擋 土結(jié)構(gòu)破壞、基坑失穩(wěn)危及周圍環(huán)境【471。過(guò)大的入土深度使得工程造價(jià)提高, 所以合理的入土深度應(yīng)是連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所必須要關(guān)注的問(wèn)題。許多具體工程與文獻(xiàn)資料都指出,當(dāng)連續(xù)墻的入土深度大于0.91.OH44】 的時(shí)候,繼續(xù)增加墻體入土深度對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和變形的影響均不大。然而,在 本文中,除基坑工程外,兩側(cè)還有盾構(gòu)隧道的存在,因此將地下連續(xù)墻的入土 方案定為18m,2lm和24m三種情況(基坑深度為15m。圖3-2(a為右側(cè)連續(xù)墻 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖,從地表連續(xù)墻頂每隔

32、2m一個(gè)點(diǎn),共11個(gè)點(diǎn)。圖3-2(b每個(gè)監(jiān) 測(cè)點(diǎn)在施工過(guò)程中的最大水平位移值。車站施工過(guò)程為:在表3.2施工過(guò)程的S4中,僅作地下連續(xù)墻。其余施工 步驟同表3.2。(a連續(xù)墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖40383634E、32嵯割3028;曼S蚶26托、24222018圖3-2各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大水平位移從圖3.2中可以發(fā)現(xiàn),最大水平位移發(fā)生在距墻項(xiàng)14m處,具體數(shù)值為:西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第29頁(yè) 1III為便于對(duì)后續(xù)施工輔助措施的比較,本文做了一個(gè)“參照組”,其車站施工 過(guò)程為:在表3,2施工過(guò)程的S4中,根據(jù)本節(jié)分析結(jié)果,僅作入土深度為21m 的地下連續(xù)墻,其余步驟同表3.2。3。4輔助施工措施研究

33、本節(jié)的目的是通過(guò)模擬輔助施工措施單獨(dú)作用時(shí)的車站擴(kuò)挖施工過(guò)程,定 性判斷各輔助施工措施對(duì)擴(kuò)挖施工的影響規(guī)律。因此主要從管片內(nèi)力、管片及 土體位移等方向入手進(jìn)行分析,對(duì)于對(duì)于其他未分析到的項(xiàng)目,并不是說(shuō)基居 于次要地位或不重要。在結(jié)合明挖法擴(kuò)挖建造地鐵車站的施工方法,內(nèi)支撐不但是區(qū)間盾構(gòu)隧道 擴(kuò)挖修建地鐵車站的必要構(gòu)件,起著傳遞內(nèi)力,保持結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的作用,而 且還可以在施工過(guò)程中用來(lái)確保盾構(gòu)管片不產(chǎn)生過(guò)大的變形,從而減小盾構(gòu)管 片因?yàn)椴鸪a(chǎn)生的環(huán)向和縱向的松弛,避免漏水的危險(xiǎn),這是采取盾構(gòu)擴(kuò)挖 法修建車站所要解決的重要技術(shù)問(wèn)題。盾構(gòu)擴(kuò)挖過(guò)程中體現(xiàn)的很重要的兩個(gè)方面是會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡力和剩余 部分管片的穩(wěn)定問(wèn)題,而這兩個(gè)方面的保證都主要需要內(nèi)支撐的作用,如果解 決好施工過(guò)程中力的傳遞和轉(zhuǎn)化,保持管片在拆除后的穩(wěn)定,則就可以保證施 工過(guò)程的安全進(jìn)行,保證結(jié)構(gòu)的防水功能?；谖覈?guó)目