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复杂环境下大断面群洞交叉部位洞桩法施工力学行为及关键技术研究

作　者: 卢佳
导　师: 王星华；钟正君
学　校: 中南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 复杂环境群洞效应洞桩法力学行为施工技术
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

北京地铁10号线工体北路站为分离岛式车站,地处环境复杂,洞室交叉部位多,群洞效应明显。本论文以该工程为研究背景,采用理论分析、数值模拟计算和现场测试等研究方法,对复杂环境下大断面群洞交叉部位洞桩法施工力学行为及关键技术进行了研究。通过研究,得出以下主要结论：1、针对处于复杂环境下的地铁车站,提出二次衬砌顺逆筑相结合的地铁车站整体洞桩法施工技术,研究了洞桩法施工桩、梁、拱之间的相互作用机理,并给出了相应的施工措施,有效降低了地层位移。具体表现为：(1)主洞和联络通道扣拱的先后次序直接影响两者刚度差异,造成两者变形不协调,导致相交处应力集中,尤其是拉应力和剪应力集中程度较高,在施工过程中需要引起重视,因此施工中应尽量缩短主洞和联络通道扣拱的时间差。(2)在联络通道导洞高度变化区域和各导洞几何转折区域,由于刚度的变化,其应力应变值比较高,应力应变的峰值出现在联络通道导洞和主洞导洞交汇区域,特别是转角部位。(3)冠梁、桩、交叉口初支圈梁和折梁施作完毕且在主拱成形之前,冠梁和桩的应力水平较低,但仍然会在交叉口处出现应力集中；附加梁施工完成且在联络通道开口之前,圈梁承受大部分交叉口处各个方向的荷载,但由于其自身几何尺寸相对较大,可将这些荷载传递给冠梁和桩,保证了荷载传递的连续性。(4)由于折梁和初支圈梁同时施工,从结构几何模型上看,类似于拱桥结构,折梁与初支圈梁共同受力,因此折梁施作后各方向应力集中现象均不明显；从各方向的应力分布来看,应力比较大的区域主要分布在折梁水平段和倾斜段的偏中间部位和两段相连的转折部位。2、采用整体洞桩法施工地铁车站,提出了有限导洞空间内、深厚大粒径(h>8m、D>20cm)卵石地层、深桩综合施工技术,初步解决了深厚大粒径卵石地层深桩施工难题。3、提出了大断面群洞交叉部位主辅洞同时采用洞桩法施工的双向扣拱综合技术,施设的附加梁构件初步解决了地下复杂洞室交叉部位的施工难题。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-18
  1.1 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 洞桩法的历史发展现状  10-15
    1.2.2 洞桩法施工技术特点  15-16
  1.3 本论文的研究内容及研究方法  16-18
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 研究方法  17-18
第二章工程概况  18-25
  2.1 车站概况  18-20
    2.1.1 车站本体概况  18-19
    2.1.2 工程特点  19-20
  2.2 周围环境及结构物概况  20
  2.3 工程地质及水文地质概况  20-23
    2.3.1 工程地质  20-22
    2.3.2 水文地质  22-23
  2.4 群洞交叉部位支护体系特点  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章有限导洞空间内洞桩法施工技术特点  25-43
  3.1 导洞设计与施工特点  26-30
    3.1.1 导洞形状与尺寸设计  26-28
    3.1.2 导洞位置设计  28-29
    3.1.3 导洞长度设计  29
    3.1.4 导洞施工  29-30
  3.2 洞内钻机选型及其改进技术  30-36
    3.2.1 钻孔桩设计  30-31
    3.2.2 洞内钻机选型试验  31-33
    3.2.3 洞内钻桩工艺选型  33-35
    3.2.4 钻机选择原则  35
    3.2.5 钻机的选定与改进  35-36
  3.3 洞桩施工技术特点  36-42
    3.3.1 测量放线  37
    3.3.2 护筒设置  37
    3.3.3 泥浆制拌  37
    3.3.4 钻进成孔  37-38
    3.3.5 排浆、渣系统  38
    3.3.6 灌注工序系统  38-40
    3.3.7 清孔  40
    3.3.8 钢筋笼施工  40-41
    3.3.9 混凝土灌注  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章大断面群洞交叉部位洞桩法施工力学行为研究  43-64
  4.1 施工力学模型建立  43-46
    4.1.1 有限元模型  43-44
    4.1.2 地层及结构物理力学参数  44
    4.1.3 计算采用的材料屈服准则  44-45
    4.1.4 群洞交叉部位主要施工步序的模拟步骤  45-46
  4.2 导洞开挖与支护施工力学行为分析  46-49
    4.2.1 主洞导洞初期支护的应力特征  46-48
    4.2.2 联络通道导洞初期支护的应力特征  48-49
  4.3 主洞扣拱施工力学行为分析  49-53
    4.3.1 主洞导洞初期支护应力特征  49-51
    4.3.2 主洞初期支护应力特征  51-53
    4.3.3 联络通道导洞初期支护应力特征  53
  4.4 联络通道扣拱施工力学行为分析  53-62
    4.4.1 主洞导洞衬砌应力特征  54-55
    4.4.2 主洞初期支护应力特征  55-56
    4.4.3 联络通道衬砌(含导洞)应力特征  56-57
    4.4.4 附加梁应力特征  57-58
    4.4.5 冠梁应力特征  58-60
    4.4.6 桩应力特征  60-61
    4.4.7 折梁应力特征  61-62
  4.5 本章小结  62-64
第五章大断面群洞交叉部位洞桩法施工扣拱关键技术  64-93
  5.1 地下大跨度洞室洞桩法扣拱施工技术  64-76
    5.1.1 车站主体大跨度扣拱施工方案  64-73
    5.1.2 车站主体大跨度扣拱关键技术  73-76
  5.2 车站主体下穿热力管道扣拱施工技术  76-86
    5.2.1 地中热力管道概况  76-78
    5.2.2 下穿热力管道施工技术  78-86
  5.3 大断面群洞交叉部位洞桩法施工双向扣拱综合技术  86-92
    5.3.1 群洞交叉部位施工技术流程  86
    5.3.2 群洞交叉部位主体大弧开口施工技术  86-88
    5.3.3 群洞交叉部位附加梁施工技术  88
    5.3.4 群洞交叉部位通道扣拱施工技术  88-89
    5.3.5 群洞交叉部位导洞间增设通道施工技术  89
    5.3.6 群洞交叉口扣拱施工监测技术  89-92
  5.4 本章小结  92-93
第六章结论与展望  93-95
  6.1 主要结论  93-94
  6.2 进一步研究展望与建议  94-95
参考文献  95-102
致谢  102-103
攻读硕士期间发表论文情况  103

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