土岩组合地层地铁车站合理开挖方法及结构参数优化研究

论文摘要

以青岛地铁五四广场站施工为工程背景,结合青岛地铁3号线总体设计及相关地质勘查资料,初步探讨五四广场站盖挖逆作法、浅埋暗挖法施工的设计可行性,比较二者的优缺点。利用有限元分析软件ABAQUS,对不同设计方案的围岩及其支护结构进行了稳定性分析,并对相关参数进行了优化,进一步探讨了五四广场站不同开挖方案的可行性。本文的主要研究工作如下:⑴利用有限元软件ABAQUS对盖挖逆作法及浅埋暗挖法设计进行了稳定性分析,并利用强度折减法给出两种施工条件下围岩的安全系数:盖挖逆作法设计的安全系数为1.49236,浅埋暗挖法设计的安全系数为2.765。从模拟结果来看,两种设计方案均可满足稳定性要求。⑵对盖挖逆作法设计中的桩基参数进行优化模拟,从地表沉降、围护结构和主体结构稳定性等方面进行对比分析,确定减小桩基深度2m,依然可以保证现有围岩及结构的稳定性,围岩安全系数为1.45。⑶结合正交设计,模拟浅埋暗挖法施工,并对试验结果进行极差分析后,确定影响围岩稳定性的因素顺序分别是埋深、衬砌强度、应力释放率。并结合具体分析结果,认为方案8(应力释放率20%、衬砌强度C35(2%)、埋深23.73m)为正交设计的最佳方案,此时安全系数为1.69。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 破坏机理的研究现状
• 1.2.2 土体变形、沉降范围以及其对周围环境影响的研究现状
• 1.2.3 不同地质条件下的浅埋暗挖研究现状
• 1.3 主要的研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 五四广场站施工方法初步探讨
• 2.1 工程地质条件
• 2.1.1 车站平面
• 2.1.2 车站地质特性
• 2.1.3 车站水文地质
• 2.2 盖挖逆作法施工方案
• 2.2.1 盖挖逆作法车站施工工法
• 2.2.2 盖挖逆作法车站围护结构
• 2.2.3 盖挖逆作法车站结构设计
• 2.2.4 盖挖逆作法车站设计计算结果
• 2.3 浅埋暗挖法施工方案
• 2.3.1 三号线结构施工工法
• 2.3.2 二号线结构施工工法
• 2.3.3 浅埋暗挖法车站结构设计
• 2.3.4 浅埋暗挖法车站设计计算结果
• 2.4 施工工法初步定性比选
• 第3章 盖挖逆作法车站数值模拟及分析
• 3.1 盖挖逆作法数值模拟方法
• 3.1.1 ABAQUS 模拟基本原理
• 3.1.2 ABAQUS 模拟本构模型
• 3.1.3 ABAQUS 模拟失稳标准
• 3.1.4 盖挖逆作法模拟参数
• 3.1.5 盖挖逆作法模拟过程
• 3.2 盖挖逆作法设计参数稳定性分析
• 3.2.1 地表沉降分析
• 3.2.2 围护结构分析
• 3.2.3 主体结构稳定性分析
• 3.3 盖挖逆作法桩长参数优化分析
• 3.3.1 地表沉降分析
• 3.3.2 塑性区分析
• 3.3.3 结构变形分析
• 3.3.4 结构应力分析
• 3.4 盖挖逆作法稳定性分析小结
• 第4章 浅埋暗挖法车站数值模拟及分析
• 4.1 浅埋暗挖法数值模拟方法
• 4.1.1 浅埋暗挖法模拟参数
• 4.1.2 浅埋暗挖法模拟过程
• 4.1.3 浅埋暗挖法衬砌模拟
• 4.2 浅埋暗挖法设计参数稳定性分析
• 4.2.1 地表沉降分析
• 4.2.2 应力分析
• 4.2.3 衬砌分析
• 4.3 浅埋暗挖法参数优化稳定性分析
• 4.3.1 地表沉降分析
• 4.3.2 塑性区分析
• 4.3.3 应力分析
• 4.3.4 衬砌应力分析
• 4.3.5 衬砌变形分析
• 4.4 浅埋暗挖法稳定性分析小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研工作
• 致谢