人防改擴(kuò)建地鐵設(shè)計(jì)控制理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)和利用受到日益廣泛的重視，其中改造利用既有人防隧道成為城市地鐵的新思路被納入重要研究課題。與常規(guī)隧道開挖方式不同，人防隧道改建是在既有斷面基礎(chǔ)上進(jìn)行單側(cè)和雙側(cè)擴(kuò)挖形成新的地下空間，目前相關(guān)的設(shè)計(jì)理論和施工控制理論基本是空白。哈爾濱地鐵一期工程全長14.41km，基本上全段利用了既有人防隧道，其利用規(guī)模、環(huán)境復(fù)雜程度，在國內(nèi)外都是罕見的。依托該項(xiàng)工程，本文研究了既有人防隧道改擴(kuò)建地鐵的設(shè)計(jì)及控制理

2、論。
　　 在既有人防隧道改擴(kuò)建工程中，必須破除原人防隧道襯砌、二次開挖、二次支護(hù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)與計(jì)算分析，擴(kuò)挖前后隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)變形不大，但隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化較大，支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互擠壓作用強(qiáng)烈。由此，本文以極限平衡理論為基礎(chǔ)，分析了隧道擴(kuò)挖前后對(duì)上方圍巖擾動(dòng)產(chǎn)生的極限荷載，建立了適用于人防隧道擴(kuò)挖的“荷載-結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)模型;引入“施加虛擬支撐力逐步釋放法”，分析了擾動(dòng)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用，重點(diǎn)解決了人防隧道的擴(kuò)挖中，破除原

3、人防隧道襯砌、二次開挖、二次支護(hù)階段的應(yīng)力釋放與荷載轉(zhuǎn)移的數(shù)值模擬問題，建立了人防隧道擴(kuò)挖“地層-結(jié)構(gòu)法”設(shè)計(jì)理論。
　　 通過現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，研究了既有人防隧道改擴(kuò)建預(yù)注漿加固的設(shè)計(jì)參數(shù)，將工藝試驗(yàn)成果與相關(guān)數(shù)值模擬相結(jié)合，定量分析了注漿加固圈與應(yīng)力場(chǎng)、塑性區(qū)的相關(guān)性。將工藝試驗(yàn)成果提升到可定量評(píng)價(jià)的理論層次，形成了既有人防隧道擴(kuò)挖預(yù)支護(hù)注漿設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理論。將地表建筑、區(qū)域巖體、支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一個(gè)地質(zhì)整體進(jìn)行分析和計(jì)算，提出了

4、人防隧道擴(kuò)挖施工引起建筑物損害的評(píng)價(jià)方法。
　　 遴選了地表沉降量作為既有人防隧道擴(kuò)挖的主控指標(biāo)，提出了“工前預(yù)測(cè)”、“工間預(yù)測(cè)”的概念，從工程管理角度、設(shè)計(jì)和控制理論方面將隧道的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控量測(cè)更緊密的結(jié)合在一起。設(shè)計(jì)階段的“工前預(yù)測(cè)”以隨機(jī)介質(zhì)法理論為基礎(chǔ)，在假定隧道斷面的不均勻橢圓化收斂形式的條件下，推導(dǎo)了單雙側(cè)擴(kuò)挖的地表沉降量預(yù)測(cè)公式。而“工間預(yù)測(cè)”基于概率計(jì)算的方法，建立灰色—馬爾科夫鏈預(yù)測(cè)模型，將既有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入