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地下互通立交隧道设计参数优化及施工技术研究

李少刚  
【摘要】:随着经济的发展和城市的不断扩容,城市交通日益恶化,城市交通建设用地日趋紧缺。当前一种可有效缓解城市交通拥堵、不占城市用地且兼具国防作用的交通基础设施—城市地下高速公路正在世界范围内兴起;然而多条地下高速公路的修建,首先面临的就是交叉与互通的问题。基于此,论文结合国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题—地下互通立交隧道建造技术研究,以北京市“四纵二横”地下高速公路为研究对象,对地下立交主线隧道施工方案、立交区域主线隧道合理间距、地下互通立交的总体布局形式及尺度规模、匝道隧道及分岔部位设计参数优化、匝道隧道进出口合理位置及分岔部位施工方法进行了分析研究,并提出了地下立交隧道上下层重叠处零间距施工方法。论文完成的主要工作如下: 1.提出了多种地下立交隧道主线隧道施工方案,并进行了数值模拟研究。经过多重指标的综合对比分析,得出了先施工上部隧道再施工下部隧道为立交区域主线隧道最优施工顺序。 2.建立了地下立交区域内不同间距(水平及垂直)条件下的隧道模型,对不同间距主线隧道施工时的土体沉降、洞周位移及支护内力等进行了研究,分析总结了它们各自的规律,经过综合对比分析给出了适合北京一般地质条件的合理间距。 3.以“十”字形交叉为例,在重点考虑地下立交结构与周围土体的稳定性及建造可行性的基础上,提出了仅设右转匝道和左右转匝道隧道皆设两种情况下地下互通立交隧道的最佳布局形式和尺度规模。 4.对匝道隧道轮廓及线形进行了研究,提出了匝道隧道进出口合理位置的确定方法;提出了分岔部位变速段隧道结构平面的三种布置方式并对比了它们的优缺点;提出了两种分岔部位总体施工技术方案,综合对比分析它们的优缺点,得出了从小间距到连拱再到台阶变断面为最优施工方案,并在此基础上提出了分岔部位小间距段、连拱段、台阶变断面段的施工方法。 5.采用C#语言编写了地下互通立交结构分析系统,该系统用于地下结构设计的优化分析计算;采用Java语言编写了施工监测数据分析反馈系统,该系统用于施工期间及时掌握围岩与结构变形动态。两个系统合在一起实现了“动态设计、动态施工”理念。 6.提出了“地下立交隧道上下层交叉重叠处零间距施工方法”(国家发明专利申请号:2010101050866),并给出了该工法的四大工序及详细施工方法。经过与“普通工法”对比分析,得出“零间距工法”控制地表沉降效果明显、支护结构变形小、弯矩也小,优势明显,很适宜于北京及类似地质条件的城市推广使用。


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