论文中文题名: | 西安地铁车站PBA法暗挖施工围岩及支护结构变形规律研究 |
姓名: | |
学号: | 18204054012 |
保密级别: | 保密(2年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 081401 |
学科名称: | 工学 - 土木工程 - 岩土工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2021 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 城市地下工程支护技术 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2021-06-18 |
论文答辩日期: | 2021-05-29 |
论文外文题名: | Study on deformation law of surrounding rock and supporting structure in underground excavation of Xi 'an subway station with PBA method |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | The PBA method ; Dig station ; Formation deformation ; Support structure ; FLAC simulation ; Construction process ; monitoring |
论文中文摘要: |
PBA法暗挖施工是复杂地面环境下地铁车站施工的重要方法之一,西安地区某地铁车站首次采用PBA法施工,开展黄土地区PBA法暗挖地铁车站施工过程中围岩变形、支护结构变形、受力特性研究具有重要意义。本文以西安地铁六号线二期工程某车站为背景,采用室内试验、理论分析、数值模拟及现场监测的手段进行研究,主要工作及结论为: (1)采用室内宏观试验和核磁共振细观试验研究了不同围压、含水率下地铁车站黄土的力学特性规律,给出了地铁车站黄土的宏细观破坏规律。含水率增加会对地层强度有一定的削弱作用,围压升高可以增强围岩的强度;土样T2谱曲线峰值随含水率的增加而增加。 (2)分析诱发地表沉降、支护结构变形的主要影响因素,基于随机介质理论研究了PBA法暗挖车站施工主要阶段地表沉降规律,建立了导洞开挖和扣拱施工阶段地表沉降理论计算公式。 (3)建立了地铁暗挖车站三维FLAC数值模拟分析模型,采用室内试验所得的土层物理力学参数,分析各施工阶段地表沉降、地层变形以及支护结构变形规律,车站围岩应力、主要结构应力变化规律。地表沉降主要影响区域在距车站20m范围内;地层沉降量随着地层埋深的增加而增加;导洞开挖拱顶下沉,拱底隆起,两帮向洞内收敛;边桩水平位移曲线呈现鼓胀形式;车站施工完成后,车站中部扣拱具有较大的拉应力。 (4)完成了围岩及支护结构变形、受力监测方案设计并进行现场监测,分析了各施工阶段围岩及支护结构变形、受力变化规律。现场监测结果表明:扣拱施工阶段是引起地层沉降的主要原因之一;施工过程中,要注意先行导洞拱顶和净空收敛随施工的变化情况,还要注意相邻两导洞之间的净空收敛变形的互相影响;迎土侧和中性面轴向钢筋均处于受压状态,背土侧呈现受拉状态;开挖断面越大,上部荷载越大,扰动越大,围岩、支护结构受力就越复杂。 |
论文外文摘要: |
PBA method is one of the most important construction methods for subway station under complex ground environment. A subway station in Xi 'an was constructed with PBA method for the first time. It is of great significance to study the deformation and the stress characteristics of surrounding rock and supporting structure during the construction of subway station with PBA method in loess area. Taking a station of Xi 'an Metro Line 6 Phase II Project as the background, this paper adopts the means of laboratory test, theoretical analysis, numerical simulation and on-site monitoring to conduct research. The main work and conclusions are as follows: (1) The mechanical properties of loess in subway stations under different confining pressures and water content were studied by indoor macro test and nuclear magnetic resonance (NMR) micro test. The macro and micro failure rules of loess in subway stations were given. The increase of water content will weaken the formation strength to a certain extent, and the increase of confining pressure can enhance the strength of surrounding rock. The peak value of T2 spectrum curve of soil samples increases with the increase of water content. (2) The main influencing factors of surface settlement and deformation of supporting structure are analyzed. Based on the random medium theory, the law of surface settlement in the main stages of construction of underground excavation station with PBA method is studied, and the theoretical calculation formula of surface settlement in the construction stage of guide tunnel excavation and buckle arch is established. (3) The three-dimensional FLAC numerical simulation analysis model of underground excavation station is established. The soil physical and mechanical parameters obtained from laboratory tests are used to analyze the rules of surface settlement, stratum deformation and supporting structure deformation, as well as the change rules of station surrounding rock stress and main structure stress at each construction stage. The main affected area of ground subsidence is within 20m from the station. The subsidence of stratum increases with the increase of the depth of stratum. When the guide tunnel is excavated, the vault sinks, the arch bottom uplifts, and the two sides converge to the cave. The horizontal displacement curve of side pile presents bulging form. After the construction of the station, the buckle arch in the middle of the station has a large tensile stress. (4) The design of deformation and stress monitoring scheme of surrounding rock and supporting structure is completed and field monitoring is carried out. The deformation and stress change rule of surrounding rock and supporting structure in each construction stage was analyzed. Field monitoring results show that the buckle arch stage is one of the main reasons for ground settlement. In the process of construction, attention should be paid to the variation of the convergence of the vault and headroom of the pilot tunnel with the construction, and the mutual influence of the convergence deformation of the headroom between the adjacent two pilot tunnels. The axial reinforcement stress of the soil-facing side and the neutral side is in the state of compression, while the soil-back side is in the state of tension. The larger the excavation section is, the greater the upper load and disturbance are, and the more complex the force of surrounding rock and supporting structure is. |
参考文献: |
[1] 任杰. 我国城市地铁建设现状与发展战略分析[J]. 企业科技与发展, 2019(01): 278-279. [2] 钱七虎. 迎接我国城市地下空间开发高潮[J]. 岩土工程学报, 1998(01): 112-113. [3] 夏勇. PBA洞桩法在地铁车站施工中的应用探述[J]. 智能城市, 2018,4(19): 84-85. [4] 杨军. PBA洞桩法工艺技术在地铁车站中的应用研究[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2019(35): 34. [5] 杨雄. PBA洞桩法在地铁车站施工中的应用[J]. 世界有色金属, 2017(01): 46-47. [6] 王军龙. 城市地铁施工中采用PBA法新思路[J]. 科技情报开发与经济, 2006(05): 292-294. [7] 朱泽民. 地铁暗挖车站洞桩法(PBA)施工技术[J]. 隧道建设, 2006(05): 63-65. [8] 李晓氽. 洞桩法(PBA)地铁车站施工关键技术[J]. 施工技术, 2017,46(S1): 789-791. [9] 李伟伟, 汪崎峰. 新型“PBA”法单层导洞洞桩一体化施工技术: 中国铁道学会工程分会第七届线路专委会第二次会议[C], 中国天津, 2017. [10] 谢定义. 黄土力学特性与应用研究的过去、现在与未来[J]. 地下空间, 1999(04): 273-284. [11] 谢定义. 试论我国黄土力学研究中的若干新趋向[J]. 岩土工程学报, 2001(01): 3-13. [12] 冯志焱, 邱本胜, 谢定义. 黄土的三轴试验研究[J]. 西安建筑科技大学学报(自然科学版), 2010,42(06): 803-808. [13] 张飞. 含水率和低温对黄土热物理参数影响性研究[J]. 铁道工程学报, 2019,36(11): 57-61. [14] 扈胜霞, 张栋, 杨瑞, 等. 非饱和重塑黄土固结特性试验研究[J]. 水利与建筑工程学报, 2016,14(04): 55-58. [15] 童国庆, 张吾渝, 文少杰, 等. 非饱和原状黄土强度特性试验研究[J]. 水利水电技术(中英文), 2021,52(01): 191-200. [16] 王国强. 西安地铁二号线会展中心~三爻区间隧道围岩的物理力学特性试验研究[D]. 西安科技大学, 2012. [17] 曾召田, 赵艳林, 吕海波, 等. 广西红黏土热物理特性及影响因素试验研究[J]. 岩土工程学报, 2018,40(S1): 252-258. [18] 郭安邦, 张吾渝, 刘凌霄, 等. 含水率对青海地区原状黄土力学性能的影响[J]. 水利水电技术, 2019,50(01): 10-17. [19] 潘明, 仝飞. 基于不同含水率下重塑黄土强度特性试验研究[J]. 中外公路, 2019,39(03): 208-211. [20] 孙昱, 张创军, 何明文, 等. 非饱和原状黄土结构强度的试验研究[J]. 工程与建设, 2019,33(01): 76-78. [21] 汪依文. 城市地铁车站施工技术和方法分析[J]. 工程技术研究, 2020,5(13): 83-84. [22] 申家国. 浅埋暗挖地铁车站洞桩支承法施工技术[J]. 铁道建筑技术, 2001(02): 10-12. [23] 董贤顺,孙秀荣,闵向红,陈佑新. “洞桩法”暗挖修建大跨浅埋地铁车站[J]. 建筑技术开发, 1996(02): 10-13. [24] 罗富荣,国斌. 北京地铁天安门西站“暗挖逆筑法”施工技术[J]. 岩土工程学报, 2001(01): 75-78. [25] 张德华, 沈阿杏. 桩底后压浆技术在城市地铁车站洞桩法施工中的应用[J]. 现代隧道技术, 2007(06): 70-73. [26] 杨慧林, 宋月光. 洞桩法地下基坑设计施工关键技术[J]. 铁道标准设计, 2006(11): 60-65. [27] 雷俊. 浅埋暗挖洞桩法施工技术分析[J]. 江西建材, 2017(24): 98-102. [28] 王明胜. 复杂环境下洞桩法地铁车站设计关键技术研究[J]. 铁道工程学报, 2017,34(03): 87-91. [29] 林守业. 地铁暗挖车站洞桩法施工技术探讨与分析[J]. 价值工程, 2019,38(28): 200-202. [30] 秦建明. 暗挖车站关键施工技术研究及应用[J]. 山西建筑, 2021,47(06): 94-96. [31] 刘波, 付春青, 李东阳, 等. PBA法施工群洞开挖时空效应的理论计算模型[J]. 矿业科学学报, 2021,6(01): 9-20. [32] 李静, 唐雄, 张飞, 等. 超大断面隧道洞桩法施工技术研究[J]. 江西建材, 2021(01): 192-193. [33] 孙斌, 王立华, 解炳烈, 等. 石家庄长安公园地铁站洞桩法施工工艺应用[J]. 四川建筑, 2020,40(04): 248-249. [39] 侯学渊,廖少明. 盾构隧道沉降预估[J]. 地下工程与隧道, 1993(04): 24-32. [40] 刘砥时,方建勤. 弹塑性解析法确定隧道二衬合理支护时机的应用研究[J]. 公路, 2009(12): 186-188. [46] 高成雷,罗书学,朱永全. 浅埋暗挖洞桩法的三维有限元模拟分析[J]. 石家庄铁道学院学报, 2002(03): 44-47. [47] 刘波, 付春青, 聂亚抄, 等. 洞桩法施工对地表沉降影响的数值模拟及实测研究[J]. 施工技术, 2018,47(04): 115-119. [48] 李世久, 乔向进. 地铁车站洞桩法施工对地面沉降影响分析[J]. 兰州工业学院学报, 2020,27(01): 38-43. [49] 罗富荣, 汪玉华. 北京地区PBA法施工暗挖地铁车站地表变形分析[J]. 隧道建设, 2016,36(01): 20-26. [50] 刘加柱, 孙礼超, 张壮, 等. 地铁车站PBA洞桩法施工力学效应研究[J]. 地下空间与工程学报, 2018,14(S1): 240-247. [51] 贾世涛. PBA地铁车站施工过程引起的地层沉降分析[J]. 铁道建筑技术, 2018(11): 72-76. [52] 张磊. 新型洞桩法暗挖地铁车站施工阶段地表变形研究[J]. 工程技术研究, 2020,5(24): 32-33. [53] 李金奎, 陈朋, 裴强. 复杂环境PBA法导洞施工顺序对地表沉降影响分析[J]. 广西大学学报(自然科学版), 2020,45(06): 1276-1283. [54] 李贺, 卢常亘, 张仲宇, 等. 复杂环境条件下富水卵石地层暗挖地铁车站建造方案研究[J]. 铁道标准设计, 2020,64(03): 130-135. [58] 晏启祥, 徐亚军, 刘罡, 等. 洞桩法地铁车站施工力学行为及其修正荷载-结构模型研究[J]. 现代隧道技术, 2016,53(06): 165-173. [59] 瞿万波, 刘新荣. 洞桩法施工地铁车站的边桩内力计算[J]. 地下空间与工程学报, 2013,9(01): 102-105. [60] 王金明, 张子真, 孙玉辉, 等. 洞桩法车站施工边桩及中柱应力应变监测及受力分析[J]. 城市勘测, 2018(04): 158-163. [61] 刘军, 荀桂富, 章良兵, 等. PBA工法中边桩参数对结构稳定性的影响研究[J]. 铁道标准设计, 2016,60(09): 118-122. [64] 陈强华,陈国铨,谢汝彬,宰金璋. 进入持力层不同深度对单桩承载力的影响[J]. 岩土工程学报, 1981(01): 16-27. [65] 王卫东, 吴江斌, 王向军, 等. 上海地区桩基侧摩阻力与端阻力取值的研究[J]. 岩土工程学报, 2011,33(S2): 24-31. [66] 陈武. 黄土地层洞桩法暗挖地铁车站设计施工关键技术研究[D]. 长安大学, 2018. [67] 冯晓波. 广济街地铁车站PBA法施工地表沉降规律与控制技术[D]. 西安科技大学, 2019. [68] 何宏伟, 吴飞亚, 张晋东. 地铁车站PBA法围护桩受力机制研究[J]. 现代交通技术, 2020,17(05): 87-92. [69] 任建喜, 刘田田, 云梦晨, 等. 边桩对PBA法黄土车站地表变形的影响分析[J]. 铁道工程学报, 2020,37(01): 109-114. [70] 张东, 李春茂, 孙青龙, 等. 北京地铁暗挖车站边桩止水方法比选研究[J]. 建筑技术, 2020,51(07): 782-785. [72] 阳军生,刘宝琛. 挤压式盾构隧道施工引起的地表移动及变形[J]. 岩土力学, 1998(03): 10-13. |
中图分类号: | U456.3 |
开放日期: | 2023-06-18 |