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(hào)線的運(yùn)營(yíng)，黃土地區(qū)進(jìn)入了地下空間廣泛利用的時(shí)期。黃土地區(qū)首次進(jìn)行城市地鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)面臨著一系列亟待解決的問題：黃土地鐵隧道中初期支護(hù)和二次襯砌承擔(dān)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(duì)支護(hù)系統(tǒng)的受力影響；運(yùn)營(yíng)中圍巖條件惡化對(duì)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(yùn)營(yíng)。因此論文以西安地鐵二號(hào)線區(qū)間隧道為研究對(duì)象，通過原位測(cè)試、理論分析、模型試驗(yàn)以及數(shù)值仿真等手段，對(duì)

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

3、期支護(hù)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(jì)施工時(shí)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(hù)可考慮一些在保證施工安全前提下的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，并優(yōu)化其截面尺寸。
　　 利用三維力學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)，開展黃土淺埋地鐵隧道模型試驗(yàn)。針對(duì)黃土圍巖的特性，成功地配置出能滿足黃土地鐵隧道試驗(yàn)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(zhǎng)度的11組模型試驗(yàn)方案；針對(duì)模型

4、試驗(yàn)中錨桿軸力受縮尺影響無法直接量測(cè)的難題，利用光纖光柵傳感器直接量測(cè)得出錨桿軸力；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬的計(jì)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(chǔ)備，延緩支護(hù)系統(tǒng)的破壞時(shí)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(tái)階法對(duì)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(gè)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?biāo)準(zhǔn)W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(diǎn)文物和古今建筑的保護(hù)提供技術(shù)支持。
　　 運(yùn)用數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)黃土地鐵圍巖浸水后圍巖變化特點(diǎn)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行綜