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洞桩法及CRD工法地铁施工对地表沉降影响研究

王绍君  
【摘要】: 随着城市化进程的加快,为解决城市交通问题,地铁工程在我国蓬勃发展,预计21世纪初至中叶将是我国大规模建设地铁的年代,与此同时也涌现出大量的岩土工程和施工技术问题需要解决。在繁华城市修建地铁隧道工程,施工引起的地面沉陷可能危及周围建筑和地下管线设施等的安全,造成严重的经济损失甚至人员伤亡,引起不良的社会影响。因此,如何防止隧道施工过程中地面坍塌,可靠地预计并有效地控制施工所引起的地面沉陷从而保护结构沿线建筑物和地下管线的安全,已成为城市地铁工程建设中必须解决的重要课题。 在城市中利用浅埋暗挖法进行地铁车站隧道施工,尤其在地下管线密集的环境中进行暗挖施工,结构进入承压水层,结构断面大,且车站与洞室相距较近、施工工序多、节点多等复杂条件下,如果施工期间采取的沉降控制,防沉,防塌等措施不当,极容易塌方,引起地面沉降,危及邻近建筑物及地下管线的安全。因此本文总结分析了城市地铁车站及区间隧道的各种施工方法,详细研究了采用CRD工法与洞桩法施工区间隧道与车站所引起的地表沉降的预计中,隧道的开挖支护施工过程以及各种支护措施的力学效果。针对地下工程施工引起土体变形过程的非线性特点,以地表沉降作为施工控制目标,结合相关有限差分理论,对于地铁车站及区间隧道开挖、支护和衬砌的施作提出了相应的模拟方法,利用非流—固耦合原理实现了在浅埋暗挖施工地下结构中地下降水的模拟并建立了施工动态数值分析模型。 通过与实际工程监测数据的对比分析验证了模型的有效性,探讨了洞桩法施工车站中洞与CRD工法施工区间隧道时,不同施工工序对地表沉降以及水平位移的影响规律。对洞桩法与CRD法交叉施工过程中导洞内护壁桩的力学效应进行了详细的分析,论证了洞桩法与CRD工法暗挖施工有效地控制了地表沉降保证地下结构稳定性的作用。总结了地下结构拱顶及周边建筑物的沉降规律,给出了各工序下拱顶沉降的控制标准建议值。由于土体材料本身具有应变软化特性,失稳破坏首先开始于土体内最薄弱的区域,逐渐扩展,在滑裂面的形成直至达到整体破坏之前,常伴随着相当大的竖向和侧向变形。因此浅埋暗挖法施工地铁车站及区间隧道,分析土体稳定性,控制围岩变形是设计施工的核心问题。本文结合强度折减理论,提出利用强度折减的有限差分法分析评价在城市地铁隧道施工中土层的稳定性及其可能的破坏模式,得到了采用中隔壁与洞桩法交叉施工地铁车站过程中,土体可能失稳的破坏区域,并给出了开挖界面施工完毕体系获得平衡后,该条件下的安全系数。 分析总结了地铁隧道施工对地下既有管线影响的评价标准及方法,通过三维数值模拟得出了该工程隧道施工中混凝土管道沉降与地表沉降的关系,管道应力分布状态,预测了管线的安全状态,提出了施工期间管线安全隐患的范围,为实际施工提供了指导作用,进一步明确了施工目标。


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