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原文传递超浅埋暗挖车站洞桩法施工横向管幕承载机理及地表沉降预测方法研究

论文题名：	超浅埋暗挖车站洞桩法施工横向管幕承载机理及地表沉降预测方法研究
关键词：	浅埋暗挖地铁;洞桩法施工;横向管幕;承载机制;土拱效应;地表沉降
摘要：	随着我国城市化进程的不断加快，城市发展建设与城市用地的矛盾逐渐显著，地上空间资源难以满足城市规模发展的需要。为解决这一矛盾，大力开展城市地下空间开发如地下轨道交通建设逐渐成为大型城市发展的必然趋势，然而地铁建设不可避免的穿越城市繁华路段、重要政务中心以及历史文化古迹等。管幕法作为一种超前支护手段，能够有效降低地表沉降，其中横向管幕承载能力大，施工方便，逐步应用到城市繁华路段地铁建设中。　　本文依托济南轨道交通4号线奥体中心换乘车站项目，采用现场试验、数值模拟以及理论推导等方法对超浅埋暗挖车站洞桩法施工横向管幕的承载机理进行了研究，并以此为基础，提出了横向管幕作用下地表沉降预测方法。研究结果表明: 　　(1)通过现场试验、数值模拟对车站暗挖过程地表沉降以及管幕应力变化进行了研究,结果表明，下部土体开挖处，地表沉降及管幕变形较大，未开挖处地表沉降及管幕结构变形相对较小;在车站横向上地表沉降曲线出现波浪状U型到光滑U型变化，在车站纵向上地表沉降曲线表现出锯齿状沉降规律;在导洞开挖处管幕下部受到拉应力，上部受压应力,在未开挖处管幕下部受压应力，上部受拉应力;暗挖车站施工过程中，开挖地下一层对地表沉降及管幕受力影响较大。　　(2)管幕结构的承载作用主要体现在自身结构以及管间土拱上。首先，管幕自身结构刚度大，能够分担上层大部分松动土压力，一方面通过自身产生挠度变形抵抗上部荷载，另一方面通过管幕结构协调变形，能够将荷载向两端传递，其承载机理与梁结构相似。其次，由于管幕结构与土体刚度相差较大，上层土体受荷后产生不均沉降，管幕结构钢管间存在产生土拱效应，管间土拱能够承担一部分上覆土荷载在一定程度上抑制地层变形。　　(3)基于土拱演化规律，建立了多层抛物拱理论分析模型，以此模型为基础，依据应力偏转理论，研究了任意一层土拱拱脚、拱顶及平均土压力相互关系，最终得到了土拱在地层中的影响范围以及最下层土拱松动土压力大小。管幕结构因开挖受到的竖向荷载即为最下层土拱的平均松动土压力，通过弹性地基梁理论，考虑开挖扰动影响，借助Matlab编程软件进一步推导了管幕结构在单个导洞开挖、全导洞开挖以及中夹土破除后挠度计算公式。　　(4)横向管幕作用下超浅埋暗挖车站洞桩法施工地表沉降主要来源于管幕顶进损失、管幕结构挠度变形、管间土拱塌落部分三个方面。基于Peck公式提出了一种综合考虑管幕顶进、管幕结构挠度变形、土拱效应的地表沉降预测方法。并基于此方法，从控制管幕姿态、提高管幕结构刚度以及增强土拱效应三个方面提出了横向管幕作用下超浅埋暗挖车站洞桩法施工地表沉降控制措施。
作者：	李勋
专业：	土木工程
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