重庆市轻轨六号线红旗河沟车站大断面隧道施工稳定性研究

论文摘要

本文以重庆市轻轨六号线红旗河沟车站隧道工程为依托,简要介绍了该车站隧道的工程概况,综合分析了轻轨隧道动态施工过程数值模拟以及二次衬砌安全性分析的研究现状及实现方法。分析归纳了围岩及其支护结构受力变形规律,探讨了施工过程中的围岩变形趋势、初期支护的受力特性以及对二次衬砌的长期稳定性,并详细介绍了在开挖爆破过程中所采取的减震爆破方案以及爆破参数,以及围岩支护与监控量测的重点,为隧道施工提出了警示信息,便于合理选择开挖和支护方式,指导工程施工。主要结论如下:①轻轨六号线红旗河沟车站隧道工程采用了一系列施工技术工艺,包括超前小导管支护、喷锚支护、钢拱架制安、临时支撑的施作、二衬施工以及衬砌背后注浆等。较为重视围岩、保护围岩、发挥围岩的自承作用。②利用ANSYS10.0大型有限元分析软件分别对双侧壁导坑法和CD法进行了数值模拟计算,在详细分析了两种工法的施工工艺流程、支护结构的应力分布特点,地表和拱顶沉降差异,围岩塑形应变区的分布范围后,得出了六号线红旗河沟车站开挖最合适的方法,即运用中隔壁法是可行的,但是必须紧密结合施工过程中的各项监测。在二维有限元模拟分析中,这种工法在安全稳定性上满足施工要求。③利用有限元分析软件对车站大断面隧道二次衬砌进行了数值模拟计算,得出了二次衬砌结构的弯矩图、轴力图。认为边墙和仰拱的交界处出现了最大正弯矩,有应力集中现象。仰拱处承受了最大负弯矩,这两处是容易发生破坏的部位。④编制了合理的爆破方案,在减震措施方面提出了:洞身周边增设减震孔,呈梅花形布置;周边眼采用不耦合装药;合理选择分段和段间隔时间。⑤隧道施工过程当中,拱顶下沉、水平收敛、地表下沉三者变化趋势具体表现在:左右导洞的开挖相互影响,即洞—洞效应的产生;核心土的开挖对整个隧道结构稳定性产生了不利的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 国内外大断面隧道施工研究状况
• 1.2.1 施工工法研究现状
• 1.2.2 城市地下大断面隧道施工稳定性研究现状
• 1.2.3 稳定性判据研究现状
• 1.3 本论文研究的内容、方法和拟解决的问题
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 车站隧道施工技术研究
• 2.1 工程概况
• 2.2 水文地质概况
• 2.2.1 地形地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 水文情况
• 2.3 车站隧道开挖
• 2.3.1 车站隧道开挖方法的确定
• 2.3.2 车站隧道开挖步序
• 2.4 车站隧道初期支护施工工艺及技术措施
• 2.4.1 新奥法施工原则
• 2.4.2 超前小导管施工
• 2.4.3 格栅拱架制安
• 2.4.4 锚杆施工
• 2.4.5 喷射混凝土施工
• 2.4.6 衬砌背后注浆
• 2.5 本章小结
• 第三章 车站隧道动态施工数值模拟研究
• 3.1 弹塑性有限元的分析理论基础和分析过程
• 3.1.1 弹塑性基本理论
• 3.1.2 有限元分析过程
• 3.2 大型通用有限元软件 ANSYS 简介
• 3.3 六号线红旗河沟车站隧道有限元模型
• 3.3.1 隧道断面及施工程序表
• 3.3.2 计算范围及其计算参数的确定
• 3.3.3 红旗河沟车站隧道有限元模型
• 3.3.4 计算假定
• 3.4 车站隧道施工全过程动态数值模拟
• 3.4.1 双侧壁导坑法计算步骤
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 CD 法在车站隧道施工数值模拟
• 3.5.1 CD 法有限元计算模型
• 3.5.2 CD 法计算步骤
• 3.5.3 结果分析
• 3.6 双侧壁导坑法与 CD 法施工数值模拟比较
• 3.7 本章小结
• 第四章 车站隧道二次衬砌安全稳定性分析
• 4.1 概述
• 4.2 隧道衬砌荷载确定
• 4.2.1 主动荷载
• 4.2.2 被动荷载
• 4.3 隧道围岩压力的确定
• 4.3.1 深埋隧道围岩压力的确定方法
• 4.3.2 浅埋隧道围岩压力的确定方法
• 4.4 有限元计算模型与计算参数
• 4.4.1 计算模型
• 4.4.2 计算参数
• 4.5 计算结果分析
• 4.6 二次衬砌结构强度验算
• 4.6.1 素混凝土及砌体结构
• 4.6.2 钢筋混凝土结构
• 4.6.3 二次衬砌安全性分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 爆破震动效应研究
• 5.1 概述
• 5.2 影响爆破震动因素
• 5.3 车站隧道爆破施工技术
• 5.3.1 控制爆破施工
• 5.3.2 光面爆破施工方法
• 5.3.3 爆破振动监测
• 5.4 本章小结
• 第六章 隧道施工监控量测技术
• 6.1 新奥法监控量测概述
• 6.2 红旗河沟车站隧道围岩监控量测方案
• 6.2.1 监测的任务和目的
• 6.2.2 监测的项目和方法
• 6.3 测量结果分析
• 6.3.1 拱部下沉量测数据分析
• 6.3.2 水平收敛量测数据分析
• 6.3.3 地表沉降量测数据分析
• 6.3.4 钢筋轴力量测数据分析
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间参加的科研项目及发表的论文