西安地裂缝地段地铁隧道施工沉降规律及工法优化研究

作     者：孙菲 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王茹

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：浅埋暗挖 地表沉降 地裂缝场地 MADIS GTS/NX 工法优化 

摘      要：西安市地裂缝对轨道交通建设造成极大的阻碍,对隧道的施工安全构成极大的威胁。然而目前对地裂缝地段地铁隧道施工引起的沉降和变形研究较少,相关经验不足。因此,研究如何减小地裂缝地段隧道施工引起的地表沉降和围岩变形,使其既能提高施工安全性,又能缩短施工工期,在学术领域和实际建设项目中都具有较高的研究价值和意义。基于此,本文以西安地铁6号线区间隧道浅埋暗挖施工穿越f8地裂缝为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法,对穿越地裂缝地铁隧道的施工影响及施工方法优化进行了研究,主要研究内容及成果如下:（1）根据穿越地裂缝地铁隧道结构的受力特点,建立穿越地裂缝段整体式长隧道和整体式短隧道的简化模型,根据结构力学位移法和弹性地基梁理论,分别对整体式短隧道在地裂缝上盘段、下盘段的结构内力和变形进行分析计算,计算结果表明隧道结构弯矩和剪力均在地裂缝处达到峰值。（2）通过MIDAS GTS/NX建立穿越地裂缝隧道的数值计算模型,采用CRD法进行开挖模拟,分别对地表横向沉降、地表纵向沉降、拱顶沉降、洞室收敛和围岩应力进行分析,总结沉降变形规律确定最大沉降位置,分析地裂缝对隧道产生的影响规律和影响范围。结果表明,地裂缝对隧道开挖的影响表现为对上盘的影响范围大于下盘,上盘的沉降值大于下盘。（3）通过对初期支护进行优化减小穿越地裂缝段隧道的地表沉降,在均采用CRD法开挖的前提下,建立原初期支护和优化初期支护两种工况的数值模型并进行对比分析,得到优化初期支护方案。通过对施工工法进行优化控制地表沉降,分别建立双侧壁导坑法和优化CRD法的数值模型与原CRD法进行对比分析,得到优化施工方案。结果表明,在控制地表沉降方面,双侧壁导坑法效果最佳,优化CRD法其次,优化初期支护方案效果最小。（4）基于施工全过程的监控量测数据,分析地表沉降和拱顶沉降的变化规律,将监测数据与模拟数据进行对比分析,验证所确定的施工方案的合理性。建立隧道的三维可视化模型,基于Revit二次开发功能,设计监测数据分析及预警系统,为实现隧道施工的动态化监测奠定基础。