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配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究

李围  
【摘要】:目前在我国地铁建设中,盾构法仅限于断面型式较单一、直径6.0m左右的区间隧道。由于设备能力及设计施工技术经验的不足,在车站及特殊断面隧道中未直接或间接采用盾构法进行施工的尝试,这一现状无疑限制了盾构法的大规模应用。为寻求盾构法在城市地铁工程中的大规模应用,达到进一步提高地铁工程的建设质量,缩短建设周期,从总体上较大幅度地降低工程造价的目的,结合我国实情,进行配合盾构法修建地铁车站等特殊断面隧道的设计与施工技术研究有其重要意义。 以广州地铁3号线林和西路站的设计原则和技术标准以及地质参数为基础资料,提出了配合盾构法修建地铁车站的方案。采用相似模型试验、二维和三维有限差分数值模拟方法,研究了扩挖建成三连拱和两连拱车站的可行性及主体结构的合理形状和主要参数,扩挖施工引起的地表沉降、地层应力动态变化过程、管片衬砌结构应力变化、车站主体结构受力特征及作用于结构上的荷载量值,并提出了合理扩挖方案及加固处理措施。主要成果如下: 1.提出了配合盾构法修建三连拱和两连拱地铁车站施工技术的基本思路及具体方案,并设计了车站主体结构型式、特殊管片和支护结构体系以及典型扩挖施作步骤。 2.采用几何相似比C_L=30,进行了在区间盾构隧道的基础上扩挖建成三连拱和两连拱车站的施作全过程室内相似模型试验,结果表明配合盾构法修建地铁车站是可行的:得出了合理的扩挖施作方案,并提出了扩挖施工中的超前加固处理措施和范围。 3.基于荷载—结构模型建立了车站主体结构设计计算分析力学模型,并采用有限元法进行了三连拱和两连拱车站主体结构合理形状及主要参数研究。 4.采用相似模型试验和数值模拟计算研究了扩挖施工引起的地层位移场和应力场的动态变化规律,得出了地表沉降曲线的形状、沉降槽宽度、最大量值和发生的位置,对地表环境的影响进行了评价。 5.研究了扩挖施工完成后作用于车站主体结构上的荷载量值、施工中盾构隧道管片衬砌结构的内力变化及车站主体结构的受力特征,就衬砌结构是否满足设计要求进行了评价,并提出了设计中应采取的构造处理措施和配筋建议。


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