城市地鐵洞樁法施工力學效應研究.pdf

1、隨著城市化進程的快速推進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世紀中國地下工程的大發(fā)展，以其方便、快捷、環(huán)保的設計理念，高效、安全、準點的運行模式，也必將迎來發(fā)展建設的新高潮。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，它結合了淺埋暗挖法和蓋挖法的技術成果，通過對小導洞、扣拱、樁等成熟技術的有機組合，形成的一種新的淺埋隧道開挖與支護方法，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，減少對人口稠密、交通擁擠、地下管線復雜的城市中心區(qū)的干擾。目前，洞樁工法雖然在北京地鐵建設中得到成功應用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。但關于洞樁法的研究卻較多集中在施工工藝，而設計、施工的力學效應等理論方面研究涉及較少。
　　 本文結合國家自然科學基金項目“隧道與地下空間工程結構的穩(wěn)定性與可靠性”，以北京地鐵十號線工體北路車站實際工程為依托，在充分借鑒前人研究的基礎上，通過

3、理論分析、模型試驗、數(shù)值模擬等手段，結合現(xiàn)場監(jiān)測成果，對采用洞樁法地鐵隧道的施工力學效應進行了較為全面的研究。
　　 本文的主要研究工作如下：
　　 (1)考慮樁頂拱部支護結構壓力、樁后地層壓力和臨時橫撐的共同作用，將開挖面以下的樁簡化為彈性地基梁，得到隧道邊樁內(nèi)力計算模型，并推導邊樁在多個臨時支撐作用工況、最不利工況和考慮P-△效應時的內(nèi)力計算公式。
　　 (2)考慮樁頂初支拱壓力以及樁側(cè)土體的影響，對邊樁穩(wěn)定

4、分析計算模型進行概化，并在此基礎上推導邊樁支護體系的勢函數(shù)，利用尖點突變模型，得到了邊樁支護體系的突變失穩(wěn)必要條件。研究表明，邊樁抗彎剛度越大、地層力學性質(zhì)越好，樁頂荷載越小，對邊樁穩(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；并將理論計算結果與試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析；得到了邊樁參數(shù)

5、對其受力變形的控制效果。
　　 (4)運用有限元法對模型試驗內(nèi)容進行相應的數(shù)值模擬，并與模型試驗結果進行比較研究；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效應；針對施工的主要過程進行三維模擬，重點分析導洞掌子面間距和主體開挖臺階長度這兩個重要因素對地層變形和地表沉降變化規(guī)律的影響，為掌子面間距和臺階長度的合理取值提供依據(jù)。
　　 (5)以北京地鐵十號線工體北路站為原型，通過運用數(shù)值模擬方法研究地鐵站交

6、叉口初期支護結構的施工力學效應，得出交叉口初期支護結構雙向扣拱施工過程中的相互影響和交叉口初支結構拱項沉降規(guī)律，以及交叉口區(qū)輔助受力構件的應力特征。
　　 (6)采用數(shù)值模擬方法對洞樁法與CRD工法，洞樁法順筑與逆筑不同施工方案支護結構內(nèi)力以及地層位移和地表沉降規(guī)律進行對比分析，并與現(xiàn)場監(jiān)測成果進行比較研究。
　　 (7)基于模糊理論建立了施工方案多目標優(yōu)化模型，以北京地鐵十號線工體北路站為例，對施工方案進行模糊優(yōu)選探討