巖層地鐵車站初支拱蓋法開挖力學(xué)效應(yīng)與適用性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展，城市規(guī)模與人口數(shù)量持續(xù)增大，隨之增加的私人轎車帶來交通擁堵、交通事故頻發(fā)等問題，進行地鐵及輕軌建設(shè)，建立并完善快速軌道交通系統(tǒng)是當(dāng)前解決城市交通問題的有效途徑。地鐵車站是地下鐵道中的重要部分，隨著修建地鐵的城市數(shù)量逐年增加，修建地鐵車站所面臨的地層復(fù)雜多變。青島位于“上軟下硬”地層，且第四系表土層厚度小，很多車站整體位于花崗巖之中，鑒于采用軟土地區(qū)暗挖工法過于保守，建設(shè)者提出了初支拱蓋法，但其開挖過程圍巖穩(wěn)定性、安

2、全裕度等均有待研究，本文針對不同圍巖等級及覆巖厚度，通過數(shù)值模擬分析、模型試驗、現(xiàn)場試驗等方法，以圍巖變形、圍巖應(yīng)力、支護內(nèi)力為主要研究指標(biāo)，深入研究不同地層條件下初支拱蓋法開挖過程力學(xué)行為及適用性，本文主要工作及創(chuàng)新成果如下:
　　(1)通過COMSOL Multiphysics建立采用初支拱蓋法開挖的地鐵車站有限元數(shù)值模型，根據(jù)不同圍巖等級（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級）及覆巖厚度(2m、4m、6m、8m)共分為12種工況進行了計算，確定了初

3、支拱蓋法開挖地鐵車站在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖條件下的極限覆巖厚度分別為2m、略小于4m、略小于6m。
　　(2)取初支拱蓋法開挖地鐵車站在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖條件下的合理覆巖厚度為3m、5m、7m，運用有限元強度折減法進行驗算，計算表明，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級圍巖條件下的安全系數(shù)分別為1.6、1.7、1.6;車站主要破壞形式為拱頂坍塌破壞。
　　(3)開展大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗，模擬初支拱蓋法車站開挖支護全過程，對圍巖變形、圍巖內(nèi)部應(yīng)力、初期支護