北京地铁7号线双井站PBA工法施工过程有限元模拟

论文摘要

我国大城市交通紧张状况在改革开放初期就已呈现出来。目前各大城市道路交通条件严重恶化,车均道路面积每年以10%-15%的速度下跌。因此,发展城市快速轨道交通,在市中心区建地下铁道,以代替地面汽车交通,不仅可以缓解地面道路阻塞和居民乘车难的问题,还可以节约能源和土地资源,有利于城市环境保护。但是,随着经济的发展,市中心区地下空间也越来越紧张,各种地下管线,地下构筑物,特别是高楼大厦的地下室和基础正在不断地占领地下空间,导致地下铁道建设空间不足,为了解决这一问题,设计人员不断更新地铁车站和区间结构形式,相应的施工技术不断进步,新的施工方法随之出现并以较快的速度发展,浅埋暗挖洞桩法就是其中很有代表性的一种工法。这种工法在传统浅埋暗挖分部法的基础上综合了盖挖法的特点,并且灵活多变,适应性很强。目前这种施工方法在北京、沈阳等地的地铁建设中广泛应用,并且得到了迅速的发展,这些工程实例充分证明,在软岩或土质地层条件的情况下进行浅埋大断面开挖,采用PBA工法是有效可行的,并且值得深入研究和广泛推广。但是,目前针对这一工法的理论研究还不够深入,对于它的工作机理以及适用条件的理论分析还不够详细。这对于该工法的进一步发展和推广是非常不利的。本文主要是依据目前地下结构设计及计算理论中的地层结构法,以有限差分法为计算手段,借助MIDAS/GTS数值计算模拟软件,针对浅埋暗挖洞桩法的自身工法特点进行了施工过程模拟。通过对计算结果的处理和分析得出了各主要施工阶段,地层的位移变化规律,地层应力变化规律,并且与实际的监测数据进行对比,得出各施工阶段地层位移对地下管线的影响。本研究的结论可对今后浅埋暗挖洞桩法设计与施工具有一定的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地铁地下结构设计理论与方法
• 1.2.2 地铁地下结构施工方法
• 1.2.3 洞桩法的发展
• 1.2.4 地铁车站有限元模拟发展
• 1.3 研究目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 第二章 PBA工法工艺概况及工作流程
• 2.1 PBA法工艺原理及技术特点
• 2.1.1 PBA工法技术特色
• 2.1.2 工艺流程
• 2.1.3 操作要点
• 2.2 PBA工法施工步序
• 第三章 双井站工程概况及施工设计
• 3.1 工程概况
• 3.2 场地工程地质条件
• 3.3 双井站PBA工法施工设计
• 3.3.1 主体结构施工方案选择
• 3.3.2 车站主体结构设计
• 3.3.3 车站主体结构施工步骤设计
• 第四章 PBA工法施工过程模拟
• 4.1 MIDAS/GTS计算程序简介
• 4.2 浅埋暗挖PBA工法各工序模拟
• 4.2.1 土方开挖和模筑混凝土模拟
• 4.2.2 格栅钢架模拟
• 4.2.3 网喷混凝土模拟
• 4.2.4 临时钢支撑模拟
• 4.3 PBA工法施工过程模拟
• 4.3.1 模型与参数
• 4.3.2 网格单元划分及施工过程模拟
• 第五章 PBA工法模拟结果分析及评价
• 5.1 车站主体工程典型施工阶段模拟结果分析
• 5.1.1 小导洞完成阶段计算结果分析
• 5.1.2 边桩、中柱及纵梁施工阶段计算结果分析
• 5.1.3 扣拱完成阶段计算结果分析
• 5.1.4 主体完成阶段计算结果分析
• 5.2 典型施工阶段地层位移及管线位移对比分析
• 5.3 车站主体工程施工小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢