浅论城市地铁车站pba工法施工力学效应的数值模拟研究

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1、城市地铁车站PBA工法施工力学效应的数值模拟研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：秦晓英指导教师：刘新荣教授专业：岩土工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二OO八年五月StudyonNumericalSimulationofMechanicalEffectofPBAMethodforCitySubwayStationwithShallowBuriedAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofM

2、asterofEngineeringbyQinXiaoyingSupervisor:Prof.LiuXinrongMajor:GeotechnicalEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2008中文摘要摘要近年来随着我国地下铁道建设的发展，地铁车站施工技术不断进步，提出了许多新工法和新工艺。PBA工法（洞桩法）即是在传统浅埋暗挖法的基础上吸收了盖挖法的技术成果，通过小导洞、扣拱、桩等成熟技术的有机组合而形成

3、的一种新的施工方法。该方法在北京地铁建设中得到多次实践，取得了显著的经济和社会效益。本文以工体北路车站实际工程为依托，运用大型通用有限元软件（ANSYS）建立车站主体结构PBA工法标准断面的二维弹塑性有限元模型，通过施工全过程的数值模拟得到了主拱和灌注桩的内力，导洞回填混凝土和冠梁的应力，以及地表沉降值，并对其变化规律进行了讨论。同时，本文还对PBA工法不同施工方案进行了比较分析，并对比了PBA工法与CRD工法在不同围岩条件下的施工效果，得到以下主要结论：①PBA工法施工过程中，主拱、冠梁、桩组成了整体的受力体系，上部土

4、压力由主拱和回填混凝土传递至冠梁，再由冠梁传递给桩。随着开挖的深入，桩身轴力和弯矩不断增大，但主拱内力保持相对稳定，且在站厅层二衬封闭后几乎不再变化，上部结构及围岩的稳定性因此得到保证。②及时施作的站厅板增大了整体支承体系的横向刚度，地表沉降得到一定程度控制。对比分析结果表明，PBA逆筑法地表及拱顶累计沉降值最小，半逆筑法次之，顺筑法较大。③CRD工法施工过程中随着临时中隔壁及临时仰拱的架设和拆除，支护结构受力途径不断变化，围岩扰动较大。相比之下PBA工法传力明确，在浅埋且地质条件较差时具有沉降小的优势，但该优势随着围岩

5、级别的提高而退化，即PBA工法更适合于浅埋土质围岩中洞室的开挖。关键词：地铁车站；PBA工法；顺筑；逆筑；数值模拟I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACTWithrapiddevelopmentofsubwayconstructioninrecentyears,theconstructiontechnologyofmetrostationconstantlytoprogress,muchnewconstructionmethodandnewprocessisthereupongenerated.PBAmetho

6、disanewconstructionmethodformedwiththeorganiccombinationofsomematuretechnique,suchassmallguidehole,supportingarch,andgroutingpile,whichabsorbestechnicalachievementsoftop-downmethodonthebasisoftraditionalshallowtunnelingmethod.Thismethodhasbeenpracticedseveraltime

7、sinmetroconstructionofBeijing,economicandsocialbenefitshavebeengained.ThispaperisbasedonthepracticalengineeringoftheshallowburiedmetrostationinBeijing.2Dplasticfinite-elementmodelofPBAstandardcrosssectionisrespectivelyestablished,andthewholeexcavationprocessissim

8、ulatedbyusingthegeneralfiniteelementcalculationprogramANSYS.Studyisdonetoanalysisthechangelawofinternalforceofmainarchandgroutingpile,stressoftopbeam,andground