天津地铁一号线土建工程关键技术问题研究

论文摘要

地铁一号线是天津快速轨道规划线路中最重要的一条,它的建设将不仅大大完善天津市的城市基础设施,而且在促进城市合理布局、改善交通结构、保持生态环境等方面具有重要的经济和政治意义。本文围绕天津地铁一号线土建工程中的几个关键技术问题,分别对盾构掘进对地面隆起及沉降的影响、SMW工法在基坑工程中的应用、地铁双层车站地下隧道交叉相互影响的抗震研究等几个问题进行了分析研究,并用部分实测数据对分析结果进行了验证,得出了一些有价值的结论,为天津地铁一号线的设计和施工积累了经验,同时也为其它的地铁建设提供参考。本文的主要工作如下:（1）通过对小白楼至下瓦房区间盾构施工段进行现场实测,给出了地面及地层隆起与沉降曲线、不同深度地层侧移曲线,分析总结了泥土加压式盾构施工过程中周围土体的变形规律;本文还利用有限元软件建立三维有限元模型,对盾构隧道开挖过程进行了动态模拟。通过与现场实测数据对比分析表明,有限元计算结果与实测结果吻合良好,模型能较好地反映工程实际,为天津今后的地铁工程建设提供理论依据。（2）通过对洪湖里站3号出入口基坑支护工程进行的钢轨一水泥土组合墙施工试验、组合墙抗弯试验、组合墙水平侧移和地面沉陷监测试验以及钢轨的拔出试验,研究了在天津特有的地质条件下,用废旧的钢轨代替大规格H型钢的SMW工法施工中的水灰比确定问题、钢轨在水泥土挡墙中的效用发挥问题、基坑开挖对钢轨-水泥土组合墙水平位移以及地面沉陷的影响问题、钢轨的回收问题等,为今后工程的设计和施工提供参考。本文还对该基坑支护工程进行了有限元模拟,通过和试验数据的对比分析,验明了计算程序和所选取参数的正确性。（3）由于地下结构的抗震分析远不如地面结构成熟,很有必要对地铁结构,尤其是地铁隧道交叉处进行抗震分析。本文采用有限元法,分析了天津地质条件下交叉隧道的地震反应,研究其上层车站和下层车站地震作用下的位移和层间位移、层间剪力的变化规律;本文还对成层地质条件下、不同埋深、不同软弱层深度条件下的地铁隧道进行抗震分析,揭示了不同地质条件下交叉隧道的地震反应规律,为地铁车站的设计提供指导性意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 天津地铁发展现状
• 1.2 地铁一号线土建工程中关键技术问题的提出及国内外研究现状
• 1.2.1 盾构掘进对地面隆起及沉降的影响研究
• 1.2.2 SMW 工法在地铁基坑中的应用研究
• 1.2.3 双层车站地下隧道交叉相互影响的研究
• 1.3 本文主要工作内容
• 第二章 有限元方法
• 2.1 有限元法简介
• 2.1.1 有限元法的基本思路
• 2.1.2 有限单元法的分析过程
• 2.2 非线性材料的本构方程及求解
• 2.2.1 Drucker-Prager 模型
• 2.2.2 非线性方程组的求解
• 2.3 ABAQUS 中的接触相关理论
• 2.3.1 固-固面摩擦接触
• 2.3.2 流固接触与流体流动
• 第三章 盾构隧道开挖试验研究与有限元模拟
• 3.1 盾构法隧道试验研究
• 3.1.1 工程概况
• 3.1.2 实验简介
• 3.1.3 实测成果
• 3.2 隧道开挖有限元分析
• 3.2.1 隧道开挖概论
• 3.2.2 隧道开挖模拟的有限元方法
• 3.2.3 有限元模型的建立
• 3.2.4 隧道开挖过程的有限元模拟及结果分析
• 3.3 小结
• 第四章 SMW 工法在车站基坑工程中的应用
• 4.1 现场试验
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 型钢沉入试验
• 4.1.3 钢轨水泥土组合墙工作性状试验
• 4.1.4 钢轨起拔试验
• 4.2 车站基坑支护有限元分析与计算
• 4.2.1 工程简介
• 4.2.2 地质条件
• 4.2.3 开挖支护方案
• 4.2.4 模型网格划分
• 4.2.5 参数选取
• 4.2.6 分析步骤
• 4.2.7 有限元计算结果分析
• 4.3 小结
• 第五章 双层车站地下隧道交叉相互影响研究
• 5.1 地下隧道交叉处（交叉车站）地震反应分析的意义
• 5.2 交叉换乘车站的抗震分析
• 5.2.1 地下隧道地震分析采用的方法及各参数的确定
• 5.2.2 计算模型的确定
• 5.2.3 线弹性分析
• 5.2.4 弹塑性分析
• 5.2.5 整个箱体结构的变形
• 5.2.6 箱体内力分析
• 5.2.7 成层地质条件下的地震反应
• 5.2.8 车站与隧道断开计算
• 5.3 埋深对地下铁路线路抗震的影响
• 5.3.1 埋深对地下铁路线路抗震的影响概述
• 5.3.2 埋深对地下铁路线路抗震的影响分析
• 5.4 软弱层的存在对地铁线路抗震的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议及展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 附录
• 致谢