【博士】盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車(chē)站的方案研究及風(fēng)險(xiǎn)分析【2007】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：北京交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2007年　　為解決目前國(guó)內(nèi)區(qū)間盾構(gòu)施工和車(chē)站施工工期矛盾的閥題，尋求盾構(gòu)法在我國(guó)地鐵工程中大規(guī)模應(yīng)用的突破口，本文在對(duì)國(guó)外相關(guān)資料和工程實(shí)例大量查閱和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)目前的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平，提出了一種新型的解決盾構(gòu)過(guò)站問(wèn)題的車(chē)站施工方法：6．14m外徑區(qū)間盾構(gòu)先行貫通車(chē)站行車(chē)隧道的條件下，結(jié)合明挖法或暗挖法建造地鐵車(chē)站。這是一個(gè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義和非常緊迫的課題，在我國(guó)將有著廣闊的應(yīng)用前景。　　圍繞該新型工法，采用數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和理論分析等多種研究手段，從新型車(chē)站結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、關(guān)鍵施工工藝、車(chē)站施工過(guò)程的模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究及風(fēng)險(xiǎn)分析等方面進(jìn)行了比較系統(tǒng)全面的研究，為今后盾構(gòu)法在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用提供了技術(shù)儲(chǔ)備。主要的工作和研究成果如下：　　(1)綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料和多位相關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)，首先對(duì)盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車(chē)站這樣一種新型的車(chē)站結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了歸納總結(jié)；在此基礎(chǔ)上提出了明挖拓展地鐵車(chē)站和暗挖拓展地鐵車(chē)站兩種方案的共7種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)構(gòu)思，找到了適合北京地層的車(chē)站結(jié)構(gòu)形式；對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：盾構(gòu)管片的設(shè)計(jì)原則、拼裝方式和拼裝位置及盾構(gòu)管片與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等進(jìn)行了詳細(xì)的討論分析。確保了結(jié)構(gòu)方案能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)目前的車(chē)站功能要求、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。　　(2)盾構(gòu)先行條件下拓展地鐵車(chē)站施工技術(shù)中最為關(guān)鍵和最為特殊的、也即最為不利的一種工況是部分盾構(gòu)管片的拆除，管片拆除過(guò)程中對(duì)開(kāi)口環(huán)管片的保護(hù)措施決定了該新型工法的成敗。在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)施工工藝大量搜集和整理的基礎(chǔ)上，找到了解決該關(guān)鍵工藝的核心技術(shù)一盾構(gòu)隧道外側(cè)擋土隔離樁(Pile)+盾構(gòu)隧道內(nèi)臨時(shí)鋼管柱支撐(Column)+盾構(gòu)管片縱向上的預(yù)應(yīng)力(i re．stress)共同組成的支撐體系(Support System)，并完成了該新型支撐體系(簡(jiǎn)稱(chēng)樁-柱-預(yù)應(yīng)力支撐體系或PCPrSS)的方案設(shè)計(jì)和施工工藝研究。研究表明該支撐體系在現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下是可以實(shí)現(xiàn)的。　　(3)借助l：l0大比尺模型試驗(yàn)的手段，對(duì)本文提出的暗挖拓展的塔柱式車(chē)站的施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)旌，比較真實(shí)她再現(xiàn)了車(chē)站的施工過(guò)程。獲得了盾構(gòu)管片應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力鋼索應(yīng)變和隧道內(nèi)臨時(shí)鋼管柱支撐應(yīng)變、盾構(gòu)管片的收斂變形、車(chē)站洞周土體壓力和地層變位等指標(biāo)，隨車(chē)站開(kāi)挖的一般性的變化規(guī)律。分析認(rèn)為在模型地層構(gòu)造和地應(yīng)力的條件下，試驗(yàn)開(kāi)挖方案和支護(hù)方案能夠保證車(chē)站洞室在整個(gè)施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定，且開(kāi)挖過(guò)程中車(chē)站洞室周邊未出現(xiàn)明顯的開(kāi)裂和變形突變，由此證明了本文提出的新型車(chē)站施工方法在施工工藝上是可行的。同時(shí)，借助FLAC3D有限差分法軟件，對(duì)盾構(gòu)先行條件下暗挖拓展的塔柱式車(chē)站進(jìn)行了施工過(guò)程數(shù)值模擬研究，并將數(shù)值模擬結(jié)果和模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析?？傮w上看，兩者所反映的車(chē)站拓展過(guò)程中的定性規(guī)律是一致的。進(jìn)一步驗(yàn)證了本文提出的新型車(chē)站施工技術(shù)是可行的?！　?4)采用借鑒國(guó)外類(lèi)似的工程經(jīng)驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)、本文的研究成果、組織有經(jīng)驗(yàn)或有資歷的專(zhuān)家進(jìn)行討論、走訪大量具有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家等多種識(shí)別方法，對(duì)本文提出的明挖拓展的立柱式車(chē)站和暗挖拓展的塔柱式車(chē)站分別進(jìn)行了施工過(guò)程特殊風(fēng)險(xiǎn)源的識(shí)別和分析，并提出了應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策?！　?

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