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列车动载作用下隧道下穿既有车站管棚承载机制及设计方法
| 论文题名： | 列车动载作用下隧道下穿既有车站管棚承载机制及设计方法 |
| 关键词： | 暗挖隧道;地铁车站;超前管棚;振动荷载;开挖进尺 |
| 摘要： | 近年来，我国地铁建设飞速发展，地铁换乘车站扩建工程也逐渐增多，新建车站下穿既有车站时，未采取加固措施将引起既有车站沉降过大，影响车站的正常运行。在施工过程中，既有车站处于运营状态，既有车站列车振动荷载将传递至新建隧道，对施工过程造成影响。管棚法有着刚度较大、安全性高的优点，在隧道工程中得到了广泛应用。设计管棚支护方案时需要考虑传递至管棚的荷载，而目前针对土层内荷载传递的分析较少。 对此，研究依托北京地铁广渠门外站17号线下穿7号线既有车站工程，采取了数值模拟、现场实测与理论分析等手段，对施工过程中管棚的受力变化、动荷载的传递机制、中夹土传递荷载的计算方法、超前管棚受力模型及施工设计方法等进行分析，取得了以下成果: (1)超前管棚自身可以承担荷载，同时管间可以形成微型土拱，对既有结构具有支撑作用，可有效抑制下部隧道开挖过程中既有车站沉降，地表与既有车站沉降较无管棚施作时分别降低22.6％,59.1％。新建隧道拱顶处振动速度、振动加速度相比无超前管棚支护时分别降低49.3％、49.1％、51.6％。 (2)施工过程中，管棚挠度变形曲线受开挖进尺与既有车站的影响呈现“V”、“W”、“S”三种形态。管棚受力模型可以分为两种模式，掌子面距离管棚末端大于1.5倍导洞高度时可将管棚视为简支梁，掌子面距离管棚末端小于1.5倍导洞开挖高度时可将管棚施作悬臂梁。 (3)考虑列车振动荷载并基于弹性地基梁理论建立了既有车站-中夹土-新建隧道力学传递模型，随后通过功能守恒关系，明确了既有车站沉降与新建隧道支护荷载的对应关系，以此建立了基于既有车站沉降变形的支护荷载计算方法，计算结构显示既有车站沉降越小，所需支护力越大，中夹土厚度越大，静力荷载传递越小。 (4)基于不同开挖进尺下的管棚变形受力模式,建立了两类管棚变形受力弹性地基梁力学模型，以此推导了考虑初期支护、开挖进尺的管棚变形计算方法，并结合中夹土体变形协调理论形成了基于既有车站控制的管棚设计方法。得出管棚钢管的直径应控制在108-200mm、间距应控制在250-400mm、单次开挖进尺应控制在0.5-1.5m。 |
| 作者： | 赵佩坤 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 王军;吴圣智 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东建筑大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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