重庆朝天门两江隧道地下立交方案及其优化研究

论文摘要

随着我国经济快速发展和城市化进程的不断加速,城市地下空间开发利用越来越受到人们的广泛关注。其中,城市地下立交是近年来出现的地下空间开发利用形式之一,而在城市修建大型地下立交,其难点在于地表建筑群密集、选址地域限制大、地形地质条件复杂、主洞断面净空大、各群洞分层交错、净距复杂多变等,这是一个复杂的三维空间问题。本文以规划中的重庆朝天门两江隧道地下立交工程为依托,探讨合理的地下立交形式和施工方法;采用有限元数值模拟方法分析不同围岩条件和开挖方法对地下立交隧道稳定性的影响,并对地下立交开挖后地表变形规律及地下立交喇叭口隧道的施工力学效应进行了探讨。得到以下主要结论:①以朝天门地下立交址处已有路网为基础,通过对安全性、施工难易程度和工程量等因素的分析,得出半定向Y形立交形式为较适合拟定的朝天门两江隧道地下立交的可行方案。②全断面法、台阶法和单侧壁导坑法三种开挖方法下施工力学效应的对比分析结果表明,采用单侧壁导坑法开挖引起的洞周位移、衬砌内力、塑性区分布都较其它两种开挖方法小。因此,单侧壁导坑法应为朝天门地下立交工程较合理的开挖方法。③对在不同围岩条件下,两条隧道随其净距变化的相互影响程度进行了研究,并提出用拱顶位移的相对影响度来分析两条隧道的相互影响程度,结果表明,当隧道净距超过4.13倍隧道跨度时,两条隧道的相互影响程度趋于稳定。④对地下立交开挖后地表变形随围岩级别、支护条件、地表荷载、隧道埋深的变化规律进行了数值模拟。结果表明,随着围岩条件变差,在洞室无支护条件下,地表的沉降量和倾斜值有明显的加速变大趋势,而在有支护时,基本上成等比率增大趋势;地表倾斜值随隧道埋深增加总体呈减小的趋势。⑤通过对洞周位移、初期支护内力、围岩应力和塑性区开展四个方面的分析研究了喇叭口隧道施工力学效应,结果表明,喇叭口交叉部位和洞室角部初期支护内力较大,初期支护极有可能发生破坏,在匝道间净距较小情况下,中隔岩受力状态较差,往往存在拉、压应力同时集中和偏压扰动剧烈等不利情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外地下交通发展现状
• 1.2.2 地下立交开挖方案研究现状
• 1.2.3 地下工程对地表影响研究现状
• 1.2.4 近接隧道研究现状
• 1.3 主要内容及研究方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 拟定研究方法
• 2 朝天门地下立交方案比选
• 2.1 朝天门过江隧道工程介绍
• 2.1.1 工程背景
• 2.1.2 工程岩体特征
• 2.2 地下立交线形设计要求
• 2.2.1 立交横断面线形
• 2.2.2 立交纵断面线形
• 2.3 平面交叉形式
• 2.4 立体交叉形式
• 2.4.1 立体交叉组成
• 2.4.2 立体交叉分类
• 2.5 地下立交选型
• 2.5.1 立交基本形式选择
• 2.5.2 朝天门地下立交选型
• 2.6 本章小结
• 3 城市地下立交施工技术研究
• 3.1 概述
• 3.1.1 地下立交基础技术
• 3.1.2 地下立交开挖方法
• 3.2 地下立交施工技术主要影响因素
• 3.2.1 围岩等级
• 3.2.2 近接隧道
• 3.3 本章小结
• 4 开挖方案对地下立交施工力学效应的影响
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型建立
• 4.2.1 模型建立
• 4.2.2 计算参数选取
• 4.2.3 施工工法选择
• 4.2.4 本构关系
• 4.2.5 边界条件
• 4.3 全断面法开挖模拟
• 4.3.1 位移分析
• 4.3.2 应力分析
• 4.4 上下台阶法开挖模拟
• 4.4.1 位移分析
• 4.4.2 应力分析
• 4.5 单侧壁导坑法开挖模拟
• 4.5.1 位移分析
• 4.5.2 应力分析
• 4.6 三种施工方法对比分析
• 4.6.1 洞周位移对比分析
• 4.6.2 初期支护应力对比分析
• 4.6.3 塑性区对比分析
• 4.6.4 三种施工方法分析结果
• 4.7 本章小结
• 5 围岩级别对地下立交施工力学效应的影响
• 5.1 概述
• 5.2 有限元模型建立
• 5.2.1 模型建立
• 5.2.2 计算参数选取
• 5.2.3 施工工法选择
• 5.2.4 本构关系
• 5.2.5 边界条件
• 5.3 围岩级别对洞周位移影响
• 5.4 围岩级别对塑性区影响
• 5.5 围岩级别对隧道近接程度影响
• 5.5.1 模型建立和方案选择
• 5.5.2 洞周位移分析
• 5.5.3 初期支护内力分析
• 5.6 本章小结
• 6 地下立交施工对地表变形的影响
• 6.1 概述
• 6.2 地表变形对建筑物影响分析
• 6.2.1 地表均匀沉降损害
• 6.2.2 地表倾斜损害
• 6.2.3 地表曲率损害
• 6.2.4 地表水平变形损害
• 6.2.5 复合变形破坏
• 6.3 计算模型及计算方案
• 6.3.1 计算模型
• 6.3.2 计算方案
• 6.4 计算结果分析
• 6.4.1 不同围岩条件地表变形对比分析
• 6.4.2 不同加载条件地表变形对比分析
• 6.4.3 不同埋深条件地表变形对比分析
• 6.5 朝天门地下立交地表变形分析
• 6.5.1 施工场地周围邻近建筑物状态
• 6.5.2 建筑物位移与变形分析
• 6.6 本章小结
• 7 地下立交喇叭口施工力学效应研究
• 7.1 概述
• 7.2 有限元模型建立
• 7.2.1 计算模型
• 7.2.2 计算参数选取
• 7.3 计算结果分析
• 7.3.1 不同围岩条件喇叭口变形分析
• 7.3.2 喇叭口初期支护力学行为分析
• 7.3.3 喇叭口围岩应力分析
• 7.3.4 喇叭口隧道塑性区分析
• 7.4 本章小结
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录