黃土地區(qū)淺埋暗挖地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)體系受力特征研究.pdf

1、隨著西安地鐵二號線的運營，黃土地區(qū)進入了地下空間廣泛利用的時期。黃土地區(qū)首次進行城市地鐵建設(shè)運營面臨著一系列亟待解決的問題：黃土地鐵隧道中初期支護和二次襯砌承擔荷載的比例；系統(tǒng)錨桿在黃土地鐵隧道中的作用效果；淺埋暗挖施工方法在小間距隧道施工中對支護系統(tǒng)的受力影響；運營中圍巖條件惡化對結(jié)構(gòu)的影響等，這些問題關(guān)系到地鐵工程的順利貫通和安全運營。因此論文以西安地鐵二號線區(qū)間隧道為研究對象，通過原位測試、理論分析、模型試驗以及數(shù)值仿真等手段，對

2、以上問題開展了相關(guān)研究。
　　 選取不同區(qū)段的典型測試斷面，通過支護體系及圍巖中布設(shè)的測試元件對支護結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進行監(jiān)測，根據(jù)測試結(jié)果分析黃土淺埋地鐵隧道初期支護和二次襯砌的力學(xué)特性，確定了支護體系各部分承擔荷載的比例，黃土強度較高時，初期支護和二次襯砌的荷載比例約為1∶0.9，強度較低時，初期支護和二次襯砌的荷載比例達到1∶1.23，二次襯砌不但承擔了通過初期支護傳遞的圍巖壓力，還要承受初期支護的自重。因此，黃土地鐵隧道中，初

3、期支護僅作為施工過程中的安全支持，二次襯砌是主要的承載結(jié)構(gòu)。設(shè)計施工時應(yīng)該更加重視二次襯砌的作用，保證其質(zhì)量安全；而初期支護可考慮一些在保證施工安全前提下的新型支護結(jié)構(gòu)形式，并優(yōu)化其截面尺寸。
　　 利用三維力學(xué)試驗平臺，開展黃土淺埋地鐵隧道模型試驗。針對黃土圍巖的特性，成功地配置出能滿足黃土地鐵隧道試驗的圍巖、襯砌結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)錨桿等要求的模型材料，制定了圍巖不同含水率，系統(tǒng)錨桿不同位置及錨桿不同長度的11組模型試驗方案；針對模型

4、試驗中錨桿軸力受縮尺影響無法直接量測的難題，利用光纖光柵傳感器直接量測得出錨桿軸力；結(jié)合現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬的計算結(jié)果，揭示出拱肩到墻腳間的系統(tǒng)錨桿的作用特性；成果表明：在襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫到完全破壞的過程中，拱肩到墻腳間的系統(tǒng)錨桿能夠提供有效的安全儲備，延緩支護系統(tǒng)的破壞時間，提高黃土地區(qū)淺埋地鐵隧道施工中的安全性。
　　 通過數(shù)值仿真技術(shù)，建立三維數(shù)值模型，研究黃土淺埋地鐵隧道中小間距條件下雙洞臺階法對地表、地層及相鄰洞室襯砌結(jié)

5、構(gòu)的影響規(guī)律。研究表明：淺埋暗挖法施工中地表地層沉降基本經(jīng)歷緩慢變化、急劇變化及逐漸平穩(wěn)三個階段；開挖的縱向影響范圍在2倍洞徑大約12m范圍內(nèi)，橫向的地表沉降曲線呈寬底漏斗狀，底寬約12m，到10m地層沉降曲線變?yōu)闃藴蔠型，地表及10m地層內(nèi)受到的變形影響較大；這些成果為西安地鐵修建中地上地下重點文物和古今建筑的保護提供技術(shù)支持。
　　 運用數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測和室內(nèi)模型試驗對黃土地鐵圍巖浸水后圍巖變化特點、支護結(jié)構(gòu)的安全性進行綜