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        淺埋超大斷面地鐵車站拱蓋支柱法施工力學行為研究
        ——以貴陽地鐵3號線北京路站為例

        2022-11-08 10:38:14孔德禹饒軍應梅世龍趙世新佘玉華
        隧道建設(中英文) 2022年10期
        關鍵詞:導洞拱頂受力

        孔德禹,饒軍應,梅世龍,王 勇,趙世新,佘玉華

        (1.貴州大學土木工程學院,貴州 貴陽 550025;2.貴州大學空間結構研究中心,貴州 貴陽 550025;3.貴州大學城市與建筑規(guī)劃學院,貴州 貴陽 550025;4.中鐵五局集團貴州工程有限公司,貴州 貴陽 550001)

        0 引言

        地鐵作為民生工程,具有運量大、速度快、不侵占地面空間等優(yōu)點,可有效緩解交通壓力[1-2]。但在地鐵車站建設中,因車站跨度大、埋深淺,又地處建筑、管線等密集區(qū),而不得不采用淺埋暗挖技術施工。地鐵車站建設常用的淺埋暗挖工藝有雙側壁導坑法、中洞法、拱蓋法、洞樁法(PBA)等[3],各施工方法均會對周圍環(huán)境、安全、居民生活等產(chǎn)生不同程度的影響,各工法選擇也因地質而異,時常根據(jù)地質條件及周邊環(huán)境而做出改進,從而衍生出諸多地鐵車站施工的新工藝、新方法。

        學者們對新工法的施工力學行為等相關問題開展系列深入研究。例如:張子龍等[4]、孔超等[5]研究拱蓋法施工過程中地層變形規(guī)律和拱蓋結構受力特征,針對各施工階段力學響應的特點提出相應的施工措施;隗志遠等[6]對雙層初期支護拱蓋法施工過程的力學行為進行研究,重點探究了臨時豎撐拆除時的力學效應;高勝雷[7]對棚蓋法平頂暗挖地鐵車站施工力學行為進行研究,得到管幕支護結構作用下地鐵車站開挖引起的地層沉降規(guī)律和管幕結構的變形狀態(tài);周穩(wěn)弟等[8]、劉加柱等[9]以洞樁法地鐵車站為工程背景,研究不同施工階段引起的地表沉降和車站結構受力,得到擾動地層較大的施工階段和支護結構受力特征;汪成兵等[10]對地面3層框架結構建筑物下方地鐵車站中洞法施工的力學效應進行研究,得到地表及建筑物頂部沉降、地表水平位移和支護結構受力的變化趨勢;劉罡[11]、晏啟祥等[12]等開展了洞樁法施工力學行為模型試驗研究與數(shù)值模擬分析,揭示了洞樁法地鐵車站施工過程中車站結構內力值變化特點。

        綜上所述,地鐵車站施工力學行為的研究主要是施工過程對地層的擾動和支護結構受力2方面。

        本文依托貴陽地鐵3號線北京路站在建工程,根據(jù)該工程所處特殊地質條件與地面環(huán)境,研究提出一種新型施工工法——拱蓋支柱法。拱蓋支柱法利用了PBA法特點開挖下部導洞并施作基礎,結合中洞法施作上部結構,形成梁、拱、柱連接的頂部支承結構,發(fā)揮拱蓋法[13]和拱柱法[14-15]的支承優(yōu)點,最后采用順作法或逆作法施工車站下部結構。此法施工工序較為簡單,臨時鋼支撐較少,可有效縮短工期,減少工程材料浪費,目前學者們關于此法的施工力學特征方面研究較少,故開展拱蓋支柱法地鐵車站施工力學行為研究很有必要。

        基于此,本文利用有限元數(shù)值模擬軟件對拱蓋支柱法施工過程中的圍巖變形、地表沉降和支護結構受力進行分析,結合工程現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比,探究拱蓋支柱法施工過程中的力學特性,以期為后續(xù)施工和類似工程提供參考。

        1 工程背景

        1.1 工程概況

        貴陽地鐵3號線北京路站位于安云路與北京路十字交叉路口下方,與軌道交通1號線換乘,沿北京路呈東西方向布置,具體平面位置見圖1。車站范圍內建構筑物密集,地下和地上管網(wǎng)密集,交通環(huán)境特別復雜。

        圖1 貴陽地鐵3號線北京路站平面位置圖

        車站為地下2層島式站臺,有效站臺寬15.5 m,有效站臺中心里程為YDK34+152.25。采用礦山法施工,主體總長259.5 m,凈寬22.8 m,最大開挖寬度為28.02 m,車站線路由大里程向小里程2‰下坡,大小里程端均接礦山法區(qū)間。主體結構標準斷面埋深為9.8~13.0 m,屬于超大斷面極淺埋地下工程;主體結構采用拱蓋支柱法施工。

        地質勘察報告顯示,場地范圍內巖土層自上而下主要為雜填土、紅黏土、三疊系安順組白云巖;不良地質主要為巖溶、地面塌陷、滑坡和崩塌;場區(qū)地下水位較淺,表層人工填土中地下水較豐富,紅黏土等黏性土中地下水較微弱,基巖中巖溶裂隙水較豐富。結合車站埋深、工程地質及水文地質條件,車站拱頂以上圍巖等級為Ⅴ級,車站拱頂以下圍巖等級為Ⅳ級。北京路站地質縱斷面見圖2,標準斷面見圖3。

        圖2 北京路站地質縱斷面圖

        圖3 北京路站標準斷面示意圖(單位:mm)

        1.2 拱蓋支柱法施工工序

        拱蓋支柱法是根據(jù)多種工法的特點探索出的一種新型施工工法。它利用洞樁法的特點先開挖下部導洞并施作底部基礎,再運用中洞法施作上部結構,通過人工挖孔樁施作鋼管柱,形成梁、拱、柱連接的頂部支承結構,最后采用逆作法或順作法施工下部結構。理論上能加快施工進度,減少工程材料浪費,還能有效控制地層變形,但目前缺乏實際工程應用經(jīng)驗。

        貴陽地鐵3號線北京路站工程在遵循理論計算與工程實踐類比相結合的原則上,運用和引進地下工程施工的新技術、新工藝和新材料,決定把施工方案由中洞法變更為拱蓋支柱法施工,具體施工步序可分為頂部支承結構施工階段及車站下部結構施工階段。

        1.2.1 車站頂部支承結構施工階段

        1)中部結構施工。先開挖下部①、②號導洞,施作初期支護;然后開挖上部③、④號中導洞,施作初期支護;最后施工車站底板防水、底部基礎(底縱梁及部分底板),采用人工挖孔樁施工中柱,跳槽拆除豎向臨時中隔墻,施工頂板防水、頂縱梁和部分拱部結構,具體步驟見圖4。

        (a)開挖導洞①、②,施作初期支護

        2)兩側結構施工。首先開挖上部⑤、⑥號側導洞,施作初期支護;然后在大拱腳部位打設鎖腳錨桿,施作冠梁;最后跳槽拆除豎向臨時中隔墻,施工剩余拱部結構,形成梁、拱、柱相連接的頂部支承結構,具體步驟見圖5。

        (a)導洞⑤、⑥開挖,施作初期支護

        1.2.2 車站下部結構施工階段

        1)中部巖體及中板施工。待頂部支承結構達到設計強度后,開挖下部巖體⑦,面噴混凝土;然后開挖左右兩側巖體⑧、⑨,施作側墻部分初期支護;最后施作中板及中板以上側墻。

        2)下部巖體及下部結構施工。與中部巖體開挖相同,開挖下部巖體,面噴混凝土,開挖左右兩側巖體、,施作側墻部分初期支護;然后開挖巖體,施作仰供部分防水、二次襯砌,開挖左右兩側巖體、,鑿除下導洞初支結構,施作側墻部分初期支護;最后施作剩余底板、側墻防水及二次襯砌,完成車站結構施工,具體步驟見圖6。

        (a)開挖中部巖體⑦

        2 數(shù)值模型建立

        2.1 模型概況

        采用Abaqus有限元軟件建立數(shù)值計算模型,水平方向為X軸,豎直方向為Y軸,車站軸向為Z軸。根據(jù)圣維南原理,在滿足計算要求的前提下簡化模型,減小模型尺寸和計算網(wǎng)格數(shù)目,選取模型左右邊界為3~5倍車站跨度,車站軸向方向選取梁、拱、柱所在斷面單位長度,高度方向取80 m,具體坐標范圍:0 m≤X≤125 m,-0.5 m≤Z≤0.5 m,0 m≤Y≤80 m,隧道埋深取12 m,模型單元數(shù)21 822,節(jié)點數(shù)34 293,采用六面體單元。邊界條件為底部完全固定約束,四周邊界設置法向約束,上部邊界為自由面,具體模型見圖7。

        (a)整體模型(單位:m)

        2.2 物理力學參數(shù)

        地層參數(shù)采用實體單元模擬,本構模型為Mohr-Coulomb彈塑性模型,初期支護、二次襯砌、鋼管柱、混凝土回填均采用實體線彈性模型,鋼支撐采用Beam單元,超前注漿加固通過提高圍巖區(qū)參數(shù)來等效實現(xiàn)[16],不考慮鋼筋網(wǎng)的作用,同時將格柵鋼架按等效剛度原則折算到噴射混凝土中,具體物理力學參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場勘察資料選取,見表1。

        表1 計算模型物理力學參數(shù)

        進行數(shù)值計算時,考慮到實際施工情況及數(shù)值軟件特點,對模型進行如下簡化:1)模型中所有材料均為連續(xù)、均一的;2)不考慮地下水的影響;3)不考慮構造應力場的影響。

        2.3 監(jiān)測點布置

        為了更直觀地探究施工過程中圍巖變形、地表沉降和支護結構受力情況,進行數(shù)值計算時,在地表中心、導洞初期支護、鋼管柱底部及頂縱梁上布置應力、位移監(jiān)測點,具體布置如圖8所示。

        (a)地表監(jiān)測點(單位:m)

        3 計算結果及分析

        3.1 圍巖變形

        根據(jù)拱蓋支柱法的施工特點,分別在導洞①、導洞②、上部中導洞(導洞③、④)和拱蓋的拱頂、拱腰及拱腳位置處布置位移監(jiān)測點(如圖8(c)所示),監(jiān)測拱頂位置的豎向(Y軸)變形、拱腰和拱腳位置的橫向(X軸)變形。

        由于不同施工階段對各監(jiān)測點的影響不同,將整個施工分為以下13個階段進行分析。1)導洞①開挖;2)導洞②開挖;3)導洞③開挖;4)導洞④開挖;5)梁、柱施工;6)拆除臨時中隔墻(中部);7)導洞⑤、⑥開挖;8)拱蓋施工;9)拆除臨時中隔墻(兩側);10)中部巖體開挖;11)中板施工;12)下部巖體開挖;13)下部結構施工。

        3.1.1 下部導洞圍巖變形

        圖9為導洞①的圍巖變形曲線。由圖可知: 拱頂豎向變形(負數(shù)為下沉,正數(shù)為上移,下同)在導洞②開挖后達到最小值-2.39 mm,之后隨著上部巖體的開挖不斷上移,在中部巖體開挖后變形達到最大值6.54 mm;左側拱腰和拱腳的橫向變形(負數(shù)為左移,正數(shù)為右移,下同)隨施工階段不斷增大,左拱腰變形稍大于左拱腳,最終分別達到5.41 mm和3.91 mm;右側拱腰和拱腳的橫向變形在導洞①開挖后達到最小值,分別為-2.49 mm和-2.45 mm,在導洞②開挖后變形有所減小,之后右拱腳處變形趨于穩(wěn)定,右拱腰處變形隨上部巖體的開挖有所增大,最終分別為-1.01 mm和-2.17 mm;左側拱腰和拱腳的變形均大于右側。

        圖9 導洞①圍巖變形曲線

        圖10為導洞②的圍巖變形曲線。由圖可知:拱頂豎向變形在導洞②開挖后達到最小值-2.44 mm,之后隨著上部巖體的開挖不斷增大,與導洞①的變化相同;左側拱腰和拱腳的橫向變形在導洞①開挖后達到最小值,分別為-1.23 mm和-1.15 mm,然后因導洞②的開挖變形增大,左拱腳在導洞④開挖后趨于穩(wěn)定,在1 mm范圍內,左拱腰隨上部巖體開挖而增大,最終達到最大值1.75 mm;右側拱腰和拱腳的橫向變形隨施工階段不斷增大,其中右拱腰變形稍大于右拱腳,最小值分別為-5.44 mm和-3.88 mm;右側拱腰和拱腳的變形均大于左側。

        圖10 導洞②圍巖變形曲線

        綜上,分析可知,由于下部導洞埋深較大、開挖面小、圍巖強度相對較好,故下部導洞①和導洞②開挖后,圍巖變形較??;因車站上部巖體開挖的應力釋放作用,會造成下部導洞拱頂豎向變形出現(xiàn)上移,拱腰橫向變形增大,對拱腳變形影響較??;最后由于導洞①和導洞②左右相鄰且間距較小,兩導洞開挖會相互影響,導致導洞①的右側圍巖變形小于左側,導洞②的左側圍巖變形小于右側。

        3.1.2 上部中導洞圍巖變形

        圖11為上部中導洞(導洞③、④)圍巖變形曲線。由圖可知:導洞①和導洞②開挖對上部中導洞圍巖影響較小;導洞③開挖后上部中導洞圍巖開始發(fā)生較大變形,拱頂豎向變形達到-2.21 mm,左側拱腰和拱腳橫向變形達到1.95 mm和2.89 mm,右側拱腰和拱腳橫向變形為-1.71 mm和-1.64 mm;在導洞④開挖后,拱頂豎向變形激增到-19.29 mm,左側拱腰和拱腳橫向變形稍有減小,分別為1.47 mm和2.57 mm,右側拱腰橫向變形減小較為明顯,達到-1.05 mm,右側拱腳橫向變形有所增大,達到-2.43 mm;隨后在上部中導洞破除前,拱頂豎向變形增大到-21.95 mm,拱腰和拱腳橫向變形都趨于相對穩(wěn)定。

        由圖11分析可知:導洞①和導洞②開挖時,上部中導洞巖體還未開挖,故圍巖變形量較??;上部中導洞③開挖后,圍巖變形開始發(fā)生較大變化,因導洞④巖體還未開挖,故左側圍巖變形稍大于右側;導洞④開挖后,形成高跨比較小的上部中導洞,拱頂豎向變形激增,導致拱腰處橫向變形發(fā)生回彈,右拱腳由于巖體開挖的應力釋放作用,橫向變形稍有增大;梁、柱施工后,拆除中部臨時中隔墻,圍巖變形量變化很小,說明中部梁、柱受力體系發(fā)揮較大作用。

        3.1.3 拱蓋圍巖變形

        圖12為拱蓋圍巖變形曲線。由圖可知:在導洞⑤、⑥開挖前,拱頂豎向變形與上部中導洞相同;左側拱腰和拱腳橫向變形在導洞③開挖后變化較大,之后趨于穩(wěn)定在2 mm和1.5 mm;右側拱腰和拱腳橫向變形與左側相同,導洞③開挖后趨于穩(wěn)定在-2 mm和-1.5 mm。導洞⑤、⑥開挖后,拱頂豎向變形稍有增大,從-21.95 mm變?yōu)?24.45 mm,隨后趨于穩(wěn)定,最終達到-25.11 mm;兩側拱腰橫向變形隨施工階段稍有增大,左拱腰達到3.04 mm,右拱腰達到-3.03 mm;兩側拱腳橫向變形在中部巖體開挖前稍有減小,左拱腳減小到-0.84 mm,右拱腳減小到-0.94 mm,之后變形量隨著施工階段逐漸增大,最終左拱腳達到3.17 mm,右拱腳達到-3.25 mm。

        圖12 拱蓋圍巖變形曲線

        由圖12分析可知:拱蓋拱頂監(jiān)測點與上部中導洞相同,在導洞⑤、⑥開挖前,拱頂豎向變形與上部中導洞相同,在導洞⑤、⑥開挖后,拱頂豎向變形稍有增大,因為車站上部導洞全部開挖完成后,高跨比更小,拱頂受到的壓力增大,但由于梁、柱受力結構的作用,拱頂豎向變形增量相對較?。辉诠吧w施工完成后,車站形成梁、拱、柱相連的頂部支撐結構,拱頂豎向變形基本保持穩(wěn)定,后續(xù)施工對拱頂變形影響很?。挥捎谏喜繉Ф赐耆_挖前已經(jīng)形成梁、柱受力結構,故拱腰和拱腳的橫向變形都較小,其中拱腳的橫向變形出現(xiàn)先減小再增大的現(xiàn)象,原因是拱蓋拱頂下沉后,兩側會產(chǎn)生擠壓應力,拱腳位于最外側,在擠壓應力的作用下向外側移動,隨后開挖拱蓋下部巖體,車站開挖高度增加,側向壓力增大,拱腳向內側移動,但由于頂部支撐結構的作用,增量相對較小。

        3.2 地表沉降分析

        對于地鐵車站施工,地表沉降是判定施工安全性的重要指標之一。根據(jù)地表監(jiān)測點位置繪制出地表沉降曲線,見圖13。各施工階段的地表最大沉降值和增量見表2。

        圖13 各施工階段地表沉降曲線

        表2 各施工階段地表沉降情況

        地表沉降曲線基本符合Peck沉降分布規(guī)律[17],沿車站中線位置呈對稱分布。從變化規(guī)律來看,導洞開挖階段地表沉降變化最大,沉降增量占比高達83.69%,其中,下部導洞開挖地表沉降變化最小,其次是上部側導洞開挖,最大為上部中導洞開挖,地表沉降增量分別為0.91、4.44、9.12 mm;車站結構各施工階段中,梁、柱施工地表沉降變化最大,其次是下部結構施工,最小為拱蓋施工,地表沉降增量分別為1.55、0.71、0.56 mm;車站整體施工完成后,最終沉降量達到17.29 mm,處于允許沉降范圍內,較為安全。分析可知,由上部中導洞和側導洞開挖引起的地表沉降最多,施工時需要重點監(jiān)測;由下部結構施工引起的地表沉降相對較小,說明車站形成的拱頂支承結構發(fā)揮很大作用,施工時可適當增大下部巖體開挖進尺,加快施工速度,縮短工期。

        3.3 支護結構受力

        對于拱蓋支柱法地鐵車站施工,有2次受力轉換過程,分別是梁、柱施工完成后,以及拱蓋施工完成后。第1次受力轉換前,主要由初期支護和臨時中隔墻受力,轉換完成后,梁、柱成為主要受力體系;第2次受力轉換后,主要由梁、拱、柱形成的拱蓋體系受力。所以研究車站梁、拱、柱及初期支護在施工過程中的力學效應,是判定施工安全性的重要指標。

        拱蓋支柱法車站施工完成后,支護結構應力云圖如圖14所示。監(jiān)測取樣點(見圖8(b))各施工階段支護結構受力情況,見圖15。

        由圖14分析可知:頂縱梁外側出現(xiàn)壓應力集中,最大值為6.04 MPa,內側出現(xiàn)拉應力集中,最大值為3.01 MPa,其余部分應力分布較為均勻,支護結構主要受到壓應力,部分拉應力主要出現(xiàn)在頂拱外側、邊拱內側和底板上側,分布較為合理。

        圖14 支護結構應力云圖(單位:Pa)

        由圖15(a)和圖15(b)分析可知: 車站左右支護結構受力大致相同,梁、柱施作完成后受到了較大的壓應力,分別為6.04 MPa和4.21 MPa,拱腳監(jiān)測點SA、SE的壓應力比拱頂監(jiān)測點SC和拱腰監(jiān)測點SB、SD的壓應力大,但都遠小于梁、柱的受力。從變化規(guī)律來看,梁、柱施作前,初期支護和臨時中隔墻是主要受力結構,拱頂壓應力為0.19 MPa,梁、柱施作后,承擔了絕大部分的圍巖壓力,拱頂壓應力減小到0.11 MPa,中間臨時中隔墻的拆除影響很?。簧喜總葘Ф撮_挖后,支護結構受力變化較大,梁、柱所受壓應力從0.82 MPa和0.51 MPa增加到4.56 MPa和3.52 MPa,拱頂應力保持不變,拱腳和拱腰受到的壓應力分別為0.18 MPa和0.1 MPa;拱蓋施工后,應力變化較小,梁、柱的壓應力分別增大0.44 MPa和0.2 MPa,拱頂和拱腰應力變化很小,拱腳的壓應力增大0.015 MPa,由于形成拱蓋受力體系,故兩側臨時中隔墻的拆除影響很??;直到車站下部結構施工完成后,梁、柱壓應力分別增加1.07 MPa和0.5 MPa達到最大值,拱頂和拱腰應力變化不大,拱腳壓應力增加0.01 MPa,達到最大值0.21 MPa。

        (a)全監(jiān)測點應力

        根據(jù)支護結構受力分析可知,鋼管柱結構是主要的受力體系,其次是梁和拱結構,故側導洞開挖時,應重點監(jiān)測鋼管柱的受力,拱部結構安全富余較高,可適當縮減拱部厚度,減小材料用量,降低成本;在拱蓋體系施工完成后,支護結構受力變化較小,可加快下部結構的施工進度,達到縮短工期的目的。

        4 現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

        貴陽地鐵3號線北京路站正處于拱蓋施工階段,現(xiàn)場對其圍巖變形及地表沉降進行監(jiān)測,針對已完成施工階段的實測數(shù)據(jù)進行分析研究。

        4.1 圍巖變形監(jiān)測

        監(jiān)測斷面選取綜合測試斷面,初期支護結構拱頂沉降、凈空收斂監(jiān)測點布設在隧道拱頂、拱腰、兩側拱腳處,現(xiàn)場測點布置見圖16。根據(jù)拱蓋支柱法施工特點,本文針對各施工階段最大拱頂沉降變形進行研究,選取車站斷面YDK34+210處監(jiān)控測量數(shù)據(jù),得到變形時程曲線見圖17。

        圖16 圍巖變形測點布置

        圖17 拱頂沉降變形時程曲線圖

        由圖17時程曲線可知:導洞①、②開挖的拱頂沉降變形較小,導洞③、④開挖導致的拱頂沉降變形最大,特別是當導洞④開挖后,由于形成高跨比較小的上部中導洞體系,導致拱頂沉降出現(xiàn)激增,梁、柱施工和中部臨時中隔墻的拆除對圍巖有一定的擾動作用,導洞⑤、⑥開挖也會導致拱頂沉降發(fā)生較大變化,但由于梁、柱體系的支撐作用,拱頂沉降變形相對導洞③、④開挖小。

        從變化規(guī)律來看,拱頂沉降變形的實測值與數(shù)值模擬計算值有較高的一致性,可以利用數(shù)值模擬結果預測后續(xù)施工所產(chǎn)生的影響。結合之前的計算結果,拱蓋施工完成后,拱頂沉降變形不會發(fā)生太大變化,預計施工完成后,拱頂沉降值將達到35~40 mm。

        4.2 地表沉降監(jiān)測

        車站周邊道路交通流量較大,圍擋內場地狹小,車站地表沉降監(jiān)測點布設實施困難。根據(jù)北京路站工程監(jiān)測等級和現(xiàn)場監(jiān)測實施可操作性綜合考慮,地表沉降點每斷面布設13個測點,測點排距為2~5 m,沿車站走向斷面間距約為10 m,現(xiàn)場測點見圖18。選取第23排測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)與數(shù)值計算結果進行對比,見圖19。

        圖18 現(xiàn)場測點示意圖

        圖19 歷程曲線對比圖

        由圖19歷程曲線可知,地表沉降實測值略大于計算值,原因在于:1)數(shù)值模擬計算沒有考慮地下水的因素,而實際工程中,由于開挖會導致地下水水位降低,引起地表發(fā)生沉降[18];2)數(shù)值模擬過程的導洞開挖和初期支護同時施作,導致地表沉降值偏小。但地表沉降變化趨勢有較高的一致性,說明數(shù)值計算結果具有一定的借鑒意義,能為后續(xù)的施工提供參考價值。根據(jù)數(shù)值計算結果,預計車站施工完成后,地表沉降值將達到19~23 mm。

        5 結論與建議

        本文通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結合,對拱蓋支柱法施工過程中的圍巖變形、地表沉降和支護結構受力進行研究,得出以下結論:

        1)下部導洞的圍巖變形受上部巖體開挖影響,導致拱頂豎向變形上移,拱腰橫向變形增大,對拱腳影響較??;上部中導洞圍巖的拱腰和拱腳橫向變形在導洞③開挖階段增量最大,拱頂豎向變形在導洞④開挖階段增量最大;拱蓋圍巖變形在導洞⑤、⑥開挖階段增量相對較小,說明梁、柱支撐結構有效控制了圍巖變形,拱腳橫向變形在導洞⑤、⑥開挖到拆除兩側臨時中隔墻階段減小,隨后由于下部巖體的開挖逐漸增大。

        2)地表沉降在上部中導洞和上部側導洞開挖階段變化最大,增量占比達到78.43%;在拱蓋施工完成后,形成梁、拱、柱一體的頂部支撐結構,車站下部結構的施工對地表沉降影響較小,增量占比僅為4.11%。

        3)車站支護結構中,鋼管柱受到的應力最大,其次是梁和拱結構;上部側導洞開挖是導致梁和柱受力變化最大的施工階段,后續(xù)施工應力變化相對較小。

        4)地表沉降曲線符合Peck沉降槽原理,數(shù)值計算結果隨施工工序的變化趨勢與現(xiàn)場監(jiān)測的變化趨勢吻合度較好,可為類似工程提供參考。

        拱蓋支柱法首次在實際工程中應用,缺乏類似工程的參考資料和施工經(jīng)驗,結合以上結論,對地鐵車站拱蓋支柱法施工有以下建議:

        1)由于上部中導洞開挖是圍巖變形最大的施工階段,上部側導洞開挖是導致梁柱結構受力激增的施工階段,地表沉降也是由以上2個施工階段造成,故針對上部導洞開挖施工階段應加設臨時支撐。

        2)鋼管柱作為主要的受力結構,應在實際施工過程中進行實時監(jiān)測,掌握鋼管柱的受力情況,防止出現(xiàn)安全質量問題。

        3)車站進行下部巖體及結構開挖施工時,可適當加快施工進度,達到縮短工期的目的。

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