城市地铁隧道浅埋暗挖法相关问题分析研究
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摘要
摘要：近年来地铁建设发展非常迅速,与此同时,浅埋暗挖法也广泛应用于城市地铁建设当中,但还有诸多问题没有解决。比如：台阶法施工中,循环进尺如何确定,核心土的长度与台阶长度对施工的影响,车站施工时的群洞效应问题等等。这些问题对于隧道施工安全、施工周期、工程造价等都起着至关重要的作用。针对这些问题,本文通过理论分析、数值模拟进行了研究,主要内容如下：
(1)理论分析：从力学角度出发,了解隧道开挖支护前后围岩的受力状态,以及发展趋势。
(2)循环进尺研究：从理论角度推导出循环进尺的确定公式、最大剪切应变的确定公式；通过模拟8种工况,从位移场、剪切应变、塑性区对比分析,得到循环进尺在粘质土与砂质土中的取值。
(3)台阶法模拟分析：通过模拟12种工况,从内空位移、拱顶沉降、地面沉降、大小主应力等方面对比分析,得到核心土和台阶长度的最佳取值。(4)多洞开挖引起的群洞效应分析：通过导洞的不同开挖顺序研究多个小导洞施工过程的相互影响,进而确定最佳施工方案。
通过上述研究内容,本文得到以下主要研究成果：
(1)土质围岩中,循环进尺按照公式t=2*fkp*c／γ确定。通过数值模拟,从最大剪切变也可以判断循环进尺的取值。
(2)台阶法施工,台阶长度取0.5D～1D,核心土取台阶长度的2／3,可有效控制地层变形。
(3)增加相邻导洞间的距离可有效降低群洞效应造成的地面沉降大等问题。
本文所得结论对地铁台阶法施工方法设计与施工提供一定的技术指导和科学参考依据,对类似地层的车站PBA施工提供借鉴作用。
In recent years, the construction of subway has developed so fast. Meanwhile, shallow tunneling method is also widely used in subway construction. But there are many problems to be resolved, such as how to ascertain the cycle drilling length, the influence of the step-length and core-soil length on construction in bench cut method, the problem of multi-cavern effect in subway station construction and so on. These problems are crucial to the construction safety, construction periods and construction costs in tunnel. In allusion to these problems, this paper mainly researches the problems by the way of theoretical analysis and numerical simulation analysis. The study work is summarized as follows:
(1) Theoretical analysis:The stress status and development trend before and after the excavation and support of surrounding rock is studied from the view of mechanics.
(2) Research on cycle drilling length:Reasoning formula of cycle drilling length and formula of maximum shear strain is inferred from the view of theory. The cycle drilling length in clay soil and sandy soil is ascertained from the aspect of comparison and analysis about displacement field, shear strain, plastic area by simulating 8 kinds of conditions.
(3) Numerical simulation analysis of bench cut method:The optimal core-soil length and cycle drilling length is ascertained from the aspect of numerical simulation analysis about longitudinal displacement, crown settlement, land subsidence, maximum principal stress and minor principal stress, by simulating 12 kinds of conditions.
(4) Analysis on multi-cavern effect caused by several pilot tunnels:The mutual influence of the construction process of several pilot tunnels is researched by different excavation sequence and then the best construction scheme is determined. Research result has important skill guide functions and scientific references to the relevant design and construction of subway in bench cut method, and it can also be referred in the design, construction and research of similar subway station construction in PBA method in future. Based upon the study content, some main results are got in this paper:
(1) Cycle drilling length is ascertained in soil surrounding roek by the formuala: t=2*fkp*c/γ.By numerical simulation analysis, the cycle drilling length can be also ascertained from the aspect of maximum shear strain.
(2) Stratum deformation is controlled effectively in construction with the bench cut method by the step-length of 0.5D-1D and core-soil length of two-thirds of the step-length.
(3) The problems of large stratum deformation are solved effectively, which are caused by multi-cavern effect, by increasing the distance of adjacent pilot tunnels.
(1)理论分析：从力学角度出发,了解隧道开挖支护前后围岩的受力状态,以及发展趋势。
(2)循环进尺研究：从理论角度推导出循环进尺的确定公式、最大剪切应变的确定公式；通过模拟8种工况,从位移场、剪切应变、塑性区对比分析,得到循环进尺在粘质土与砂质土中的取值。
(3)台阶法模拟分析：通过模拟12种工况,从内空位移、拱顶沉降、地面沉降、大小主应力等方面对比分析,得到核心土和台阶长度的最佳取值。(4)多洞开挖引起的群洞效应分析：通过导洞的不同开挖顺序研究多个小导洞施工过程的相互影响,进而确定最佳施工方案。
通过上述研究内容,本文得到以下主要研究成果：
(1)土质围岩中,循环进尺按照公式t=2*fkp*c／γ确定。通过数值模拟,从最大剪切变也可以判断循环进尺的取值。
(2)台阶法施工,台阶长度取0.5D～1D,核心土取台阶长度的2／3,可有效控制地层变形。
(3)增加相邻导洞间的距离可有效降低群洞效应造成的地面沉降大等问题。
本文所得结论对地铁台阶法施工方法设计与施工提供一定的技术指导和科学参考依据,对类似地层的车站PBA施工提供借鉴作用。
In recent years, the construction of subway has developed so fast. Meanwhile, shallow tunneling method is also widely used in subway construction. But there are many problems to be resolved, such as how to ascertain the cycle drilling length, the influence of the step-length and core-soil length on construction in bench cut method, the problem of multi-cavern effect in subway station construction and so on. These problems are crucial to the construction safety, construction periods and construction costs in tunnel. In allusion to these problems, this paper mainly researches the problems by the way of theoretical analysis and numerical simulation analysis. The study work is summarized as follows:
(1) Theoretical analysis:The stress status and development trend before and after the excavation and support of surrounding rock is studied from the view of mechanics.
(2) Research on cycle drilling length:Reasoning formula of cycle drilling length and formula of maximum shear strain is inferred from the view of theory. The cycle drilling length in clay soil and sandy soil is ascertained from the aspect of comparison and analysis about displacement field, shear strain, plastic area by simulating 8 kinds of conditions.
(3) Numerical simulation analysis of bench cut method:The optimal core-soil length and cycle drilling length is ascertained from the aspect of numerical simulation analysis about longitudinal displacement, crown settlement, land subsidence, maximum principal stress and minor principal stress, by simulating 12 kinds of conditions.
(4) Analysis on multi-cavern effect caused by several pilot tunnels:The mutual influence of the construction process of several pilot tunnels is researched by different excavation sequence and then the best construction scheme is determined. Research result has important skill guide functions and scientific references to the relevant design and construction of subway in bench cut method, and it can also be referred in the design, construction and research of similar subway station construction in PBA method in future. Based upon the study content, some main results are got in this paper:
(1) Cycle drilling length is ascertained in soil surrounding roek by the formuala: t=2*fkp*c/γ.By numerical simulation analysis, the cycle drilling length can be also ascertained from the aspect of maximum shear strain.
(2) Stratum deformation is controlled effectively in construction with the bench cut method by the step-length of 0.5D-1D and core-soil length of two-thirds of the step-length.
(3) The problems of large stratum deformation are solved effectively, which are caused by multi-cavern effect, by increasing the distance of adjacent pilot tunnels.
引文
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽：安徽教育出版社,2004.
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[12]铁道科学院等.铁路隧道复合衬砌研究总报告.鉴定报告,1986.
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