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岩层地铁车站初支拱盖法开挖力学效应与适用性研究
| 论文题名： | 岩层地铁车站初支拱盖法开挖力学效应与适用性研究 |
| 关键词： | 地铁车站;初支拱盖法;力学效应;覆岩厚度;围岩稳定性 |
| 摘要： | 随着经济与社会的发展，城市规模与人口数量持续增大，随之增加的私人轿车带来交通拥堵、交通事故频发等问题，进行地铁及轻轨建设，建立并完善快速轨道交通系统是当前解决城市交通问题的有效途径。地铁车站是地下铁道中的重要部分，随着修建地铁的城市数量逐年增加，修建地铁车站所面临的地层复杂多变。青岛位于“上软下硬”地层，且第四系表土层厚度小，很多车站整体位于花岗岩之中，鉴于采用软土地区暗挖工法过于保守，建设者提出了初支拱盖法，但其开挖过程围岩稳定性、安全裕度等均有待研究，本文针对不同围岩等级及覆岩厚度，通过数值模拟分析、模型试验、现场试验等方法，以围岩变形、围岩应力、支护内力为主要研究指标，深入研究不同地层条件下初支拱盖法开挖过程力学行为及适用性，本文主要工作及创新成果如下: (1)通过COMSOL Multiphysics建立采用初支拱盖法开挖的地铁车站有限元数值模型，根据不同围岩等级（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级）及覆岩厚度(2m、4m、6m、8m)共分为12种工况进行了计算，确定了初支拱盖法开挖地铁车站在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的极限覆岩厚度分别为2m、略小于4m、略小于6m。 (2)取初支拱盖法开挖地铁车站在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的合理覆岩厚度为3m、5m、7m，运用有限元强度折减法进行验算，计算表明，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下的安全系数分别为1.6、1.7、1.6;车站主要破坏形式为拱顶坍塌破坏。 (3)开展大型地质力学模型试验，模拟初支拱盖法车站开挖支护全过程，对围岩变形、围岩内部应力、初期支护应力演化规律综合对比分析，结果表明:Ⅲ级围岩条件下，覆岩厚度大于4m时，可保证开挖过程围岩及支护稳定。 (4)依托青岛地铁2号线海川路站初支拱盖法开挖工程实例，开展现场试验，开挖过程中对地表位移、洞内收敛、钢筋应力进行监测，数据表明，车站开挖引起的地表沉降量、初期支护的安全性、围岩稳定性均达到国家标准及施工要求，初支拱盖法在此类地层中适用。 |
| 作者： | 张世杰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李术才;刘人太 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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