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原文传递浅埋超大断面地铁车站施工新柱拱法理论及应用研究

论文题名：	浅埋超大断面地铁车站施工新柱拱法理论及应用研究
关键词：	地铁车站;施工工艺;新柱拱法;围岩压力
摘要：	城市轨道交通能够解决城市发展面临的地面交通拥堵、土地资源紧缺、空气环境污染等问题，在全球大中型城市得到快速发展。地铁车站作为城市轨道交通工程的重难点，常位于城市中心位置，周围环境极其复杂，施工工法的选择显得尤为重要，各地区常根据所处地质条件及周围环境选择合适的地铁车站施工工法，或针对工程特点对现有工法进行改进，逐渐衍生出许多地铁车站施工新工法。本文依托贵阳地铁3号线北京路站工程，采用理论分析、数值模拟、工法对比、优化方案设计等手段，结合实际工程，对提出的暗挖大跨地铁车站施工新柱拱法进行研究。主要工作及研究成果如下：　　（1）开展新柱拱法地铁车站施工各阶段围岩压力计算理论研究，考虑岩体开挖情况，将新柱拱法地铁车站施工过程分为3阶段：下部导洞开挖阶段、上部导洞开挖阶段和剩余岩体开挖阶段；基于各种围岩压力计算理论的适用性，提出各施工阶段较适用的围岩压力计算理论的建议。　　（2）针对实际工况，利用FLAC3D有限差分软件对新柱拱法地铁车站施工进行数值模拟分析，发现施工过程中围岩主要受到压应力作用，随施工工序转化不断变化，主要分布在导洞拱腰、临时支撑和车站侧墙角位置；支护结构在梁、柱施作前，初期支护和临时支撑为主要受力结构，在梁、柱施作后，钢管柱为主要受力结构；钢管柱在拆除临时支撑后出现应力激增现象；地表沉降基本符合Peck沉降槽规律，3、4号导洞对其影响最大；3、4号导洞和车站拱顶的拱顶沉降值较大，1、2号导洞的拱腰收敛值最大，导洞开挖和拆除临时支撑是拱顶沉降变化较快的施工工序。　　（3）对比分析新柱拱法、中洞法和PBA法，探究了新柱拱法相对于另外两种工法的优缺点，发现新柱拱法对拱腰沉降控制最为优越，对地表沉降和拱顶沉降的控制与PBA法基本相同，较优于中洞法，但新柱拱法在施工过程中会出现变形激增现象；应力变化方面，新柱拱法最终各位置应力都较大于其他两种工法，但仍在安全范围内；施工组织特点及效益方面，新柱拱法理论上的施工工期、施工安全性、施工质量、经济指标及施工难度都优于其他两种工法，但缺乏实际工程应用经验。　　（4）基于新柱拱法施工特点，提出施工优化方案，并与原方案进行对比分析，发现优化方案能有效避免钢管柱应力激增现象，保障了施工过程中钢管柱的安全，对地层变形的控制较优于原方案，解决了拆除临时支撑造成地层变形速率过快的问题，改善了实际工程中拱顶衬砌振捣难度大、冲顶难度大、密实度不易控制的情况。最终新柱拱法优化方案成功应用于实际工程中。　　（5）基于新柱拱法实际工程应用情况，表明新柱拱法成功利用小导洞分步施工理念，在开挖断面面积较小时，完成了中部竖向受力体系施作，并在中部竖向受力体系支撑作用下，向两侧开挖岩体，完成车站顶部支撑结构施作，减少了临时支撑用量，大幅缩减施工成本，同时该工法的施工变形和支护受力均控制在规定范围之内，保障了施工安全，可加快后续施工速度，缩短施工工期。
作者：	孔德禹
专业：	土木水利
导师：	饶军应
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2023