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深埋超大规模地下铁路车站结构方案及关键支护参数优化研究
| 论文题名： | 深埋超大规模地下铁路车站结构方案及关键支护参数优化研究 |
| 关键词： | 铁路地下车站;超大跨结构;围岩分级;结构施工;支护结构应力;弹性模量;有限元模拟 |
| 摘要： | 本文以新建京张城际铁路八达岭地下车站为依托,对超大断面复杂结构体系地下车站的四个结构方案,即三连拱结构方案、三洞侧式站台结构方案、两洞侧式站台结构方案和单拱超大跨结构方案,及其关键支护参数的优化进行了系统的研究。 首先,基于岩体结构调查、地应力水压致裂法原位测试、钻孔抽水试验和岩石力学性质实验室试验,查清了岩体的工程地质特征,并确定了车站围岩分级:(1)主要岩体中的优势结构面与车站轴线大角度相交,该组结构面倾角很陡,近乎垂直,开挖过程中对围岩的稳定性较为有利；(2)岩石的弹性模量E为53.73GPa,内摩擦角φ为58.5°,粘聚力c为12.83MPa,泊松比v为0.29；(3)岩体中的初始应力以水平构造应力为主,最大水平主应力与垂直应力的比值为1.44～2.16；最大水平主应力方向为NE31°,与车站轴线小角度相交；(4)岩体中裂隙水的渗透系数为0.014m/d,单位涌水量为0.0809m3/d.·m；(5)车站顶拱及以上10余米高度范围和仰拱部位的二长花岗岩为Ⅲ级围岩,车站被开挖部分和仰拱以下的二长花岗岩为Ⅳ级围岩；正长岩脉为Ⅳ级围岩。 第二,基于围岩分级和Z.T.Bieniawski公式确定了数值分析计算参数。 第三,基于大型非线性有限元软件ABAQUS,对四个车站结构方案施工过程中的围岩与支护结构应力和变形进行了系统深入的分析与研究。 第四,基于车站围岩的岩体结构特征和数值计算结果,确定了优化车站结构的关键支护参数,即锚杆长度为4m,初支喷射混凝土厚度为30cm。 最后,在车站结构体系施工力学行为研究的基础上,结合参数和非参数的Spearman优化分析,确定了车站的最优结构方案,即三洞侧式站台结构方案:(1)三洞的开挖面积分别为:两边洞上台阶130.570 m2,两边洞中台阶111.594 m2,两边洞下台阶86.580m2,中洞上台阶63.764 m2,中洞下台阶74.803m2；(2)三洞的开挖高度分别为:两边洞上台阶9.279m,两边洞中台阶6.323m,两边洞下台阶5.687m,中洞上台阶6.205m,中洞下台阶5.875m；(3)三个洞的净距,即中间岩柱的宽度为10.2m。 |
| 作者： | 康富中 |
| 专业： | 地下工程 |
| 导师： | 贺少辉 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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