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原文传递土岩复合地层浅埋大断面地铁车站暗挖施工稳定性研究

论文题名：	土岩复合地层浅埋大断面地铁车站暗挖施工稳定性研究
关键词：	地铁车站;土岩复合地层;浅埋大断面;暗挖施工;稳定性
摘要：	近年来，随着我国经济的迅速发展，城市人口数量急速增加，城市中过剩的人口所导致的交通拥堵问题大大制约了城市的健康发展。为了缓解城市地面交通压力以及充分利用地下空间，许多城市开始大力发展地下轨道交通。在重庆青岛等一些地区常出现在土岩复合地层条件下修建地下隧道车站的情况，但由于围岩软硬不均、开挖方法转换频繁、围岩与支护相互作用的空间效应复杂、设计和施工失误等使得此类车站隧道施工安全性较差。因此，开展土岩复合地层浅埋大断面车站隧道暗挖施工稳定性研究对此类工程的设计与施工存在重要的理论与现实意义。　　本文依托重庆轨道交通 5 号线北延伸段悦港大道车站工程为背景，通过模型试验、数值模拟以及现场监测的方法。对不同土岩复合地层形式的浅埋大断面隧道施工稳定性进行分析，总结不同情况下隧道开挖过程的围岩变形及支护受力规律。主要成果如下：　　（1）根据工程背景并结合相似理论，确定了模型相似比，自主设计了模型试验装置。针对土岩复合地层浅埋大断面隧道开展了土岩复合倾角为 45°的模型试验，分析隧道在使用双侧壁导坑法开挖过程中围岩与支护的变形、应力，在开挖后土体一侧变形明显大于岩体一侧变形，最大沉降位置处于距离隧道中心线约1/4跨径的隧道的拱腰位置，靠近岩体一侧的导洞开挖对支护与围岩应力影响较小，而靠近土体一侧的导洞开挖对支护与围岩对应位置的应力变化有显著影响，在实际工程初期支护时应当着重加强左边土体侧拱腰的支护与监控量测。　　（2）针对土岩复合地层不同比例、不同倾角的浅埋大断面隧道建立平面数值模拟，对比其围岩位移、围岩应力、初期支护应力的变化规律：围岩变形随着土岩复合比例与土岩复合倾角增加而增加，最大沉降的位置从拱顶逐渐转移到拱腰，当土体占比超过 0.5 时，对隧道水平收敛有较大影响。随着倾角增加，最大沉降影响范围由拱顶逐渐偏向土体一侧的拱腰处，最大隆起处于拱底土体一侧，当土岩复合倾角超过30°时沉降与隆起增长迅速。　　（3）建立不同土岩复合纵向倾角与倾向角度的三维数值模拟，通过分析得出掌子面位移规律：土岩复合地层纵向倾角位于 15°~45°区间时，隧道土岩交界处掌子面位移主要集中在距离拱顶 0~10m范围内，最大值位于隧道高度的 2/3处，倾角大于 45°掌子面位移主要集中在中部距拱顶 5~15m 范围内，最大值处于隧道高度的1/2处。　　（4）基于重庆轨道交通五号线北延伸段悦港大道站施工情况建立三维数值模型，分析围岩变形与应力，并且对实际土岩复合地层大断面浅埋车站隧道进行研究得出最合适此工程的开挖步距区间为4~5m、锚杆长度区间为4~5m以及初支厚度区间为33cm，通过与现场监控量测对比分析，隧道开挖安全稳定。
作者：	杨正旭
专业：	土木工程
导师：	黄锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023