城市地鐵洞樁法施工力學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)和城市人口的逐漸集聚，城市地面交通日益擁擠。為有效改善城市交通體系，城市地鐵伴隨著21世紀(jì)中國地下工程的大發(fā)展，以其方便、快捷、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，高效、安全、準(zhǔn)點(diǎn)的運(yùn)行模式，也必將迎來發(fā)展建設(shè)的新高潮。在地下工程開挖中，施工方法不斷創(chuàng)新，淺埋隧道暗挖施工的洞樁工法是近年來發(fā)展起來的一種新工法，它結(jié)合了淺埋暗挖法和蓋挖法的技術(shù)成果，通過對(duì)小導(dǎo)洞、扣拱、樁等成熟技術(shù)的有機(jī)組合，形成的一種新的淺埋隧道開挖與支護(hù)方法，能有

2、效地控制地層松軟地區(qū)地下工程開挖所引起的地表沉降，減少對(duì)人口稠密、交通擁擠、地下管線復(fù)雜的城市中心區(qū)的干擾。目前，洞樁工法雖然在北京地鐵建設(shè)中得到成功應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但關(guān)于洞樁法的研究卻較多集中在施工工藝，而設(shè)計(jì)、施工的力學(xué)效應(yīng)等理論方面研究涉及較少。
　　 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“隧道與地下空間工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性”，以北京地鐵十號(hào)線工體北路車站實(shí)際工程為依托，在充分借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，通過

3、理論分析、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測(cè)成果，對(duì)采用洞樁法地鐵隧道的施工力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了較為全面的研究。
　　 本文的主要研究工作如下：
　　 (1)考慮樁頂拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)壓力、樁后地層壓力和臨時(shí)橫撐的共同作用，將開挖面以下的樁簡化為彈性地基梁，得到隧道邊樁內(nèi)力計(jì)算模型，并推導(dǎo)邊樁在多個(gè)臨時(shí)支撐作用工況、最不利工況和考慮P-△效應(yīng)時(shí)的內(nèi)力計(jì)算公式。
　　 (2)考慮樁頂初支拱壓力以及樁側(cè)土體的影響，對(duì)邊樁穩(wěn)定

4、分析計(jì)算模型進(jìn)行概化，并在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)邊樁支護(hù)體系的勢(shì)函數(shù)，利用尖點(diǎn)突變模型，得到了邊樁支護(hù)體系的突變失穩(wěn)必要條件。研究表明，邊樁抗彎剛度越大、地層力學(xué)性質(zhì)越好，樁頂荷載越小，對(duì)邊樁穩(wěn)定越有利。
　　 (3)采用硬質(zhì)塑料管為模型樁，通過改變其直徑、間距、埋置深度以及樁底支承條件等影響因素，研究洞樁法邊樁在初支拱荷載和地層壓力共同作用下的受力變形規(guī)律以及樁側(cè)土壓力的變化規(guī)律；并將理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析；得到了邊樁參數(shù)

5、對(duì)其受力變形的控制效果。
　　 (4)運(yùn)用有限元法對(duì)模型試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)值模擬，并與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較研究；以工體北路站為依托工程，研究洞樁法逆筑施工分部開挖的施工力學(xué)效應(yīng)；針對(duì)施工的主要過程進(jìn)行三維模擬，重點(diǎn)分析導(dǎo)洞掌子面間距和主體開挖臺(tái)階長度這兩個(gè)重要因素對(duì)地層變形和地表沉降變化規(guī)律的影響，為掌子面間距和臺(tái)階長度的合理取值提供依據(jù)。
　　 (5)以北京地鐵十號(hào)線工體北路站為原型，通過運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究地鐵站交

6、叉口初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)效應(yīng)，得出交叉口初期支護(hù)結(jié)構(gòu)雙向扣拱施工過程中的相互影響和交叉口初支結(jié)構(gòu)拱項(xiàng)沉降規(guī)律，以及交叉口區(qū)輔助受力構(gòu)件的應(yīng)力特征。
　　 (6)采用數(shù)值模擬方法對(duì)洞樁法與CRD工法，洞樁法順筑與逆筑不同施工方案支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及地層位移和地表沉降規(guī)律進(jìn)行對(duì)比分析，并與現(xiàn)場監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行比較研究。
　　 (7)基于模糊理論建立了施工方案多目標(biāo)優(yōu)化模型，以北京地鐵十號(hào)線工體北路站為例，對(duì)施工方案進(jìn)行模糊優(yōu)選探討