青岛地铁区间隧道衬砌设计参数优化

【摘要】：青岛是座优美的海滨城市,经济飞速发展,可经济发展的同时也带来了青岛市日趋严峻的交通问题,这也迫切要求青岛市修建地铁来缓解交通压力。而青岛市特殊的花岗岩地质条件,决定了地铁工程没有现成的经验可以参照,也没有相应的规范可以遵循。这就要求在确保安全的前提下,利用青岛自身的围岩参数,找到一个科学的、合理的隧道衬砌参数,对后期青岛地铁的建设具有重大的指导意义! 隧道的衬砌结构形式对于节省工程投资、提高工程施工和运营管理的经济效益,有着十分重要的工程实际意义,因而一直是大家关注和研究的重点。近几年,郑颖人、胡文清、张黎明等人开始将强度折减法应用于隧道工程,并提出隧道的安全系数的概念,来评价地下隧道围岩稳定性。这也给隧道的衬砌参数研究提供了一个很好的方法,可以通过安全系数对隧道的支护参数提出改进建议。 本文主要针对现有规范对青岛地铁暗挖隧道衬砌设计不尽适应的问题,利用青岛地铁水清沟试验段的地质和设计资料,采用郑颖人院士的强度折减安全系数计算理论,进行了以下几个方面的研究: (1)不同支护型式与不同应力释放率下的围岩整体安全系数的计算分析。 (2)不同开挖顺序与不同喷层厚度下支护重点部位的安全系数的计算分析。(3)不同的二衬厚度下衬砌关键部位的安全系数的计算分析。 论文的创新之处在于提出了青岛地铁衬砌优化设计的研究方法,得到下面一些重要结论。为后一步衬砌设计参数优化打下了坚实的理论基础,明确了研究思路。 (1)运用有限元强度折减法求解不同支护条件下的围岩整体安全系数,进行分析发现:喷射混凝土和锚喷支护的支护作用明显,锚杆在支护过程中虽也起到了一定的作用,但是支护效果不明显,对结构的稳定性作用不大,建议施工中可以考虑取消或部分取消锚杆,不仅能节省造价,还能缩短工期。 (2)围岩应力释放率对围岩安全系数有较大的影响,且随着支护前应力释放率的提高,洞室围岩的安全系数在不断地减小,且变化量比较明显。并据此确定合理的支护时间。 ( 3 )通过数值模拟提出将15cm~20cm作为青岛地区隧道二衬施工的最小参考厚度。