【博士】盾構先行條件下拓展地鐵車站的方案研究及風險分析【2007】

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　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：北京交通大學　　學位年度： 2007年　　為解決目前國內(nèi)區(qū)間盾構施工和車站施工工期矛盾的閥題，尋求盾構法在我國地鐵工程中大規(guī)模應用的突破口，本文在對國外相關資料和工程實例大量查閱和分析的基礎上，結合國內(nèi)目前的經(jīng)濟和技術水平，提出了一種新型的解決盾構過站問題的車站施工方法：6．14m外徑區(qū)間盾構先行貫通車站行車隧道的條件下，結合明挖法或暗挖法建造地鐵車站。這是一個具有重要現(xiàn)實意義和非常緊迫的課題，在我國將有著廣闊的應用前景?！　@該新型工法，采用數(shù)值模擬、模型試驗和理論分析等多種研究手段，從新型車站結構方案設計、關鍵施工工藝、車站施工過程的模型試驗和數(shù)值模擬研究及風險分析等方面進行了比較系統(tǒng)全面的研究，為今后盾構法在我國的大規(guī)模應用提供了技術儲備。主要的工作和研究成果如下：　　(1)綜合國內(nèi)外相關資料和多位相關專家的意見，首先對盾構先行條件下拓展地鐵車站這樣一種新型的車站結構形式的設計原則進行了歸納總結；在此基礎上提出了明挖拓展地鐵車站和暗挖拓展地鐵車站兩種方案的共7種結構形式的設計構思，找到了適合北京地層的車站結構形式；對結構設計中的關鍵技術問題：盾構管片的設計原則、拼裝方式和拼裝位置及盾構管片與主體結構的連接節(jié)點設計等進行了詳細的討論分析。確保了結構方案能夠滿足國內(nèi)目前的車站功能要求、建筑結構設計規(guī)范和技術經(jīng)濟要求。　　(2)盾構先行條件下拓展地鐵車站施工技術中最為關鍵和最為特殊的、也即最為不利的一種工況是部分盾構管片的拆除，管片拆除過程中對開口環(huán)管片的保護措施決定了該新型工法的成敗。在對國內(nèi)外相關施工工藝大量搜集和整理的基礎上，找到了解決該關鍵工藝的核心技術一盾構隧道外側(cè)擋土隔離樁(Pile)+盾構隧道內(nèi)臨時鋼管柱支撐(Column)+盾構管片縱向上的預應力(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(簡稱樁-柱-預應力支撐體系或PCPrSS)的方案設計和施工工藝研究。研究表明該支撐體系在現(xiàn)有的技術和經(jīng)濟條件下是可以實現(xiàn)的?！　?3)借助l：l0大比尺模型試驗的手段，對本文提出的暗挖拓展的塔柱式車站的施工過程進行了詳細的試驗方案設計和實旌，比較真實她再現(xiàn)了車站的施工過程。獲得了盾構管片應變、預應力鋼索應變和隧道內(nèi)臨時鋼管柱支撐應變、盾構管片的收斂變形、車站洞周土體壓力和地層變位等指標，隨車站開挖的一般性的變化規(guī)律。分析認為在模型地層構造和地應力的條件下，試驗開挖方案和支護方案能夠保證車站洞室在整個施工過程中的安全穩(wěn)定，且開挖過程中車站洞室周邊未出現(xiàn)明顯的開裂和變形突變，由此證明了本文提出的新型車站施工方法在施工工藝上是可行的。同時，借助FLAC3D有限差分法軟件，對盾構先行條件下暗挖拓展的塔柱式車站進行了施工過程數(shù)值模擬研究，并將數(shù)值模擬結果和模型試驗結果進行了比較分析?？傮w上看，兩者所反映的車站拓展過程中的定性規(guī)律是一致的。進一步驗證了本文提出的新型車站施工技術是可行的?！　?4)采用借鑒國外類似的工程經(jīng)驗資料統(tǒng)計、本文的研究成果、組織有經(jīng)驗或有資歷的專家進行討論、走訪大量具有豐富工程經(jīng)驗的專家等多種識別方法，對本文提出的明挖拓展的立柱式車站和暗挖拓展的塔柱式車站分別進行了施工過程特殊風險源的識別和分析，并提出了應對風險的對策?！　?

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