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浅埋暗挖特大断面地铁车站具有埋深浅、开挖断面大、施工技术复杂等特点,本文以重庆轨道交通九号线五里店地铁车站为研究背景,结合现场施工实际情况,运用有限差分软件Flac3d对不同工况下的模型进行对比分析,得到了双侧壁导坑优化工法,主要内容包括如下:
(1)根据五里店的工程地质特点,分析了分别采用双侧壁导坑法和CRD法两种工法条件下围岩的位移、支护结构受力情况,对比分析可以看出,双侧壁导坑法能明显减小边墙位移、拱顶沉降、喷射混凝土最大主应力和喷射混凝土拱顶沉降。
(2)对双侧壁导坑法核心土形状进行优化,通过分析核心土分别为弧形和竖直形式两种工况,核心土采用竖直形式更有利于减少围岩位移,提高隧道开挖过程中的稳定性。
(3)对依托工程上覆岩层厚度进行分析,对比分析不同上覆岩层厚度下拱顶竖向位移的变化特征,得出隧道拱顶竖向位移随上覆岩层厚度的变化规律。拱顶沉降值在上覆岩层厚度为10~14m拱顶竖向位移较小,围岩稳定性最佳,因此依托工程地铁隧道的最佳覆岩厚度建议值为10~14m。
(4)横撑布置方式分析,分析了仅采用上排临时横撑和采用两排临时横撑两种横撑布置方式,采用两道横向支撑时,能提高分步开挖过程中围岩整体稳定性。在初期支护封闭成环后,布置一道横撑右侧边墙处围岩水平位移值为-6.77mm,布置两道横撑时右侧围岩水平位移值为-5.99mm,相对减小0.78mm。
(5)竖向临时加强支撑分析,临时竖向加强支撑,在导坑分步开挖过程中,对于拱顶沉降值有较大影响。在初期支护封闭成环后,不设置临时竖向加强支撑时拱顶沉降值为-9.34mm,设置临时竖向加强支撑为-9.17mm,相对减小了0.17mm。
(6)循环开挖进尺研究,随着循环开挖进尺的增大,边墙位移值、拱顶沉降值和喷射混凝土竖向沉降逐渐增大。采用循环开挖进尺2m,更有利于提高开挖过程的稳定性。
(7)隧道二次衬砌与掌子面距离研究,隧道拱顶沉降、边墙水平位移值随二衬与掌子面距离增大而增大,隧道二次衬砌拱顶所受最大主应力随二衬距掌子面距离增大而减小,综合分析认为五里店地铁车站二次衬砌与下部核心土开挖掌子面的距离为16m时,是二次衬砌支护的合理时机。
(1)根据五里店的工程地质特点,分析了分别采用双侧壁导坑法和CRD法两种工法条件下围岩的位移、支护结构受力情况,对比分析可以看出,双侧壁导坑法能明显减小边墙位移、拱顶沉降、喷射混凝土最大主应力和喷射混凝土拱顶沉降。
(2)对双侧壁导坑法核心土形状进行优化,通过分析核心土分别为弧形和竖直形式两种工况,核心土采用竖直形式更有利于减少围岩位移,提高隧道开挖过程中的稳定性。
(3)对依托工程上覆岩层厚度进行分析,对比分析不同上覆岩层厚度下拱顶竖向位移的变化特征,得出隧道拱顶竖向位移随上覆岩层厚度的变化规律。拱顶沉降值在上覆岩层厚度为10~14m拱顶竖向位移较小,围岩稳定性最佳,因此依托工程地铁隧道的最佳覆岩厚度建议值为10~14m。
(4)横撑布置方式分析,分析了仅采用上排临时横撑和采用两排临时横撑两种横撑布置方式,采用两道横向支撑时,能提高分步开挖过程中围岩整体稳定性。在初期支护封闭成环后,布置一道横撑右侧边墙处围岩水平位移值为-6.77mm,布置两道横撑时右侧围岩水平位移值为-5.99mm,相对减小0.78mm。
(5)竖向临时加强支撑分析,临时竖向加强支撑,在导坑分步开挖过程中,对于拱顶沉降值有较大影响。在初期支护封闭成环后,不设置临时竖向加强支撑时拱顶沉降值为-9.34mm,设置临时竖向加强支撑为-9.17mm,相对减小了0.17mm。
(6)循环开挖进尺研究,随着循环开挖进尺的增大,边墙位移值、拱顶沉降值和喷射混凝土竖向沉降逐渐增大。采用循环开挖进尺2m,更有利于提高开挖过程的稳定性。
(7)隧道二次衬砌与掌子面距离研究,隧道拱顶沉降、边墙水平位移值随二衬与掌子面距离增大而增大,隧道二次衬砌拱顶所受最大主应力随二衬距掌子面距离增大而减小,综合分析认为五里店地铁车站二次衬砌与下部核心土开挖掌子面的距离为16m时,是二次衬砌支护的合理时机。