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地铁大断面马头门支护结构稳定性研究
| 论文题名： | 地铁大断面马头门支护结构稳定性研究 |
| 关键词： | 地铁竖井;马头门;支护结构;围岩稳定性;施工监测 |
| 摘要： | 近年来，随着城市地铁建设如火如荼的开展，地铁竖井作为地铁施工过程中不可或缺的重要结构，得到广泛应用。地铁竖井马头门是城市地铁区间隧道与施工竖井连接的咽喉部位，由于地铁线路选择的特殊性，地铁竖井马头门通常紧邻城市主要干道，附近坐落多栋居民建筑。因此，地铁竖井马头门支护结构与围岩的稳定性对于地铁安全施工而言，意义重大。 本文以理论推导与数值模拟作为主要研究方法，结合实际工程，对马头门支护以及围岩稳定性进行研究分析。首先，对竖井马头门破坏机理与支护作用机理进行阐述，并根据围岩弹塑性理论，结合马头门结构围岩的土力学特征，推导出围岩应力分布以及破坏深度相关公式，并以此为依据绘制出三角区应力分布与破坏区域分布图、三角区应力集中系数等值线图，为下文研究奠定理论基础。 其次，本文根据哈尔滨地铁三号线某区间隧道地铁竖井马头门的实际地质情况，运用MIDAS GTS NX有限元软件对地铁竖井、马头门以及相连横通道结构进行三维建模，并进行初始支护结构设计，重点对马头门支护结构的应力与变形情况进行分析，包括竖井衬砌、竖井锚杆、横通道衬砌、横通道锚杆等。探究马头门围岩特征以及支护结构变形与受力特征。在此基础上，结合实际工程情况，探究不同类型的马头门开挖方式对于马头门围岩的变形影响，发现在破除马头门过程中，采用短进尺多台阶开挖的施工方法，能够使地表沉降显著降低。 以短进尺多台阶开挖作为施工方法，对比分析衬砌加厚、超前小导管、管棚法这三种支护情况下，马头门围岩的应力情况、支护结构的变形与受力情况以及地面沉降情况，发现当采用管棚法对马头门进行预支护时，能够有效缓解马头门三角区内应力集中，并且对于地表的扰动较小。本文以MIDAS GTS NX有限元软件中的植入式梁单元来模拟管棚中的钢管，并且根据实际情况模拟管棚注浆层，较为符合实际情况。 最后，结合前文中所提到支护结构与围岩稳定性的分析结果，提出了地铁竖井大断面马头门支护结构优化设计方案;制定出地铁竖井马头门施工监测方案，并结合马头门实际监测数据，与数值模拟结果进行拟合分析。 |
| 作者： | 孙帅 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 王丽娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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