北京西站Ⅱ号标段地铁开挖工序对邻近建筑影响

论文摘要

随着城市化进程的加快,地铁成为解决城市交通拥挤的良方。地铁隧道一般修建在城市繁华地段,由于周边建筑物以及构筑物众多,往往对隧道施工开挖产生的地面沉降有着严格的限制要求。浅埋暗挖法作为修建地铁隧道的一种重要手段,较其它施工方法有许多优点,但仍不可避免地会对周围土体及邻近建筑物产生一定影响。本文论证了浅埋暗挖施工工序对周围土体应力应变扰动、引起地面沉降的因素、地铁开挖对邻近建筑影响的机理,进而提出合理可靠的加固措施。本文主要围绕北京站至北京西站地下铁路Ⅱ号标工程段软弱围岩浅埋暗挖大跨度地铁隧道工程中的施工工序变化引起邻近建筑物沉降影响进行分析和数值模拟研究,主要完成了以下工作:(1)综述了有限元软件模拟隧道施工理论,包括释放荷载计算,地应力逐步释放模拟,隧道开挖及施工模拟,以及ANSYS模拟隧道施工的实现方法。(2)针对北京站至北京西站地下铁路Ⅱ号标工程段软弱围岩地层区段施工复杂特点,应用经验公式Peck沉陷槽理论及现场土质情况,反推计算出模拟地铁开挖范围模型尺寸。然后建立有限元数值仿真分析;应用此方法建立模型所得结果更加接近实际工程,对隧道围岩稳定性及结构安全性起到一定的预测作用,同时此方法可以推广到三维有限元建模过程中。(3)本文以北京站至北京西站Ⅱ号标工程段为背景,以五交化批发商场框架楼为研究对象,进行了不同的浅埋暗挖施工工序开挖方案设计与比选。运用通用有限元软件ANSYS,综合考虑了土体非线性、土体与衬砌作用、土体与建筑作用等主要因素建立模型,对施工开挖过程进行非线性有限元仿真模拟。(4)通过隧道开挖过程有限元数值模拟,分析说明了浅埋暗挖法隧道穿越邻近建筑物时对建筑物自身沉降和内力的影响,将数值模拟结果与现场监控量测得到的数据进行对比分析,有力地验证了本文采用的施工顺序的合理性,以及数值模拟方法的正确性及适用性。本文针对穿越邻近大型建筑物以及构筑物浅埋暗挖地铁,提出了合理的施工顺序和步骤,并对类似工程有较好的指导意义。(5)为防止施工过程中,由于土层分布不均匀在开挖过程地表以及洞内沉降量突然加大,造成地铁塌陷和建筑物开裂倒塌,设计两种合理安全可行的加固方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 城市隧道的主要施工方法
• 1.2.1 明挖法
• 1.2.2 浅埋暗挖法
• 1.2.3 盖挖法
• 1.2.4 盾构法
• 1.2.5 沉管（箱）法
• 1.3 国内外地表沉降的研究现状
• 1.3.1 地表沉降曲线预测模型
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第二章 北京站至北京西站Ⅱ号标工程段工程概况
• 2.1 工程概况
• 2.2 自然地理特征
• 2.2.1 隧道地形和地貌
• 2.2.2 地层岩性
• 2.2.3 地质构造
• 2.2.4 水文地质
• 2.3 暗挖段工程
• 2.3.1 大断面开挖难题
• 2.4 监测方法与监测项目
• 2.4.1 检测的必要性
• 2.4.2 监测量测项目的选择及确定
• 2.4.3 暗挖段监测
• 2.5 控制标准
• 本章小结
• 第三章 有限元软件模拟隧道施工理论
• 3.1 地下工程有限元法简介
• 3.1.1 地下工程有限元法的特点
• 3.1.2 计算结果的可信度及判别围岩稳定性的方法
• 3.2 隧道开挖和支护过程的有限元模拟原理
• 3.2.1 释放荷载的计算
• 3.2.2 地应力逐步释放模拟
• 3.2.3 隧道开挖及施工模拟
• 3.2.4 支护过程模拟
• 3.3 ANSYS 模拟隧道施工的实现方法
• 3.3.1 初始地应力模拟
• 3.3.2 锚喷支护的等效模拟
• 3.3.3 开挖与支护过程的模拟
• 3.3.4 连续施工的模拟
• 本章小结
• 第四章 地铁动态开挖施工对邻近建筑影响数值模拟
• 4.1 地铁开挖模拟的有限元方法
• 4.2 模型尺寸选取设计
• 4.2.1 地铁开挖范围模型选取
• 4.2.2 地铁下穿建筑物概况
• 4.2.3 模型中建筑物开挖前原始荷载选取
• 4.2.4 荷载等效划分
• 4.2.5 地铁隧道抗浮计算
• 4.3 有限元建模分析
• 4.3.1 Drucker—Prager 屈服准则和有限元模型建立
• 4.3.2 开挖顺序1 模拟
• 4.3.3 开挖顺序2 模拟
• 4.3.4 开挖顺序3 模拟
• 4.3.5 开挖顺序4 模拟
• 4.3.6 有限元开挖结果分析
• 4.3.7 施工工序流程设计
• 4.4 有限元分析数据与实地监测数据比较
• 4.4.1 地表沉降控制标准
• 4.4.2 五交化批发零售商场测点监测沉降比较标准
• 4.4.3 挖段地表测点监测沉降比较标准
• 4.5 加固方案设计
• 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢