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基于物元模型的盾构井深基坑支护方案优选之项目管理研究

日期:2019/12/22作者:www.51lunwen.com编辑:vicky点击次数:35
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1. 绪论


1.1 选题背景及意义

1.1.1 选题背景

随着城市智能化现代化建设的不断发展,有限的地面建筑难以满足公众对高效、便捷生活的要求。因此,城市地下空间的开发利用受到越来越多的关注,特别是在 21 世纪,地铁、地下管廊、地下商场等大型地下建筑开始大规模的兴起。与此同时,人们对深基坑工程各方面的要求显着提高,工程中出现的问题也随之越来越复杂[1,2]。城市中深基坑工程常常处于既有建(构)筑物、桥梁道路、近水堤岸或人防工程的附近,虽然其支护结构属于临时性项目,但技术复杂性远远超过主体结构,稍有疏忽,就可能危害基坑安全,甚至殃及周围环境,造成极大损失[3]。以城市地下管廊的盾构井深基坑建设为例,它的设计和施工需要依据场地工程地质勘查、支护结构设计、施工开挖条件等诸多因素,而且在开挖过程中往往会引起支护结构稳定性变化,从而造成安全事故[4,5]。

目前,我国深基坑工程建设具有以下特点:

1、基坑深度越来越大。随着地价的飙升以及对地下空间的开发利用,基坑深度越来越大,以沈阳市地下管廊盾构井为例,已经建成的盾构井平均深度 23m,且最大深度达到了 27m。

2、工程地质条件差。由于地下管廊的建设需要满足人防、市政等部门规划的需要,很多时候无法人为干预建设地点的选取,因此建设地点的地质条件往往较差。

3、复杂性。深基坑的施工不仅受地质条件限制,还与周围建筑物、城市道路以及市政地下管网布置等条件密切相关。正是由于岩土性质千差万别,造成勘察所得数据离散性很大,难以代表土层的整体情况,且精度比较低。因此很难对支护结构的允许变形有统一的标准[6]。

4、综合性。基坑工程的土压力、渗流以及周围地表变形都可能成为基坑破坏的主要因素。同时,基坑工程是一门涉及岩土工程、结构工程以及施工技术等多学科交叉的系统工程,受到各种复杂因素的制约,其施工方案的优选是一项值得研究的课题[7]。

.......................


1.2 国内外研究现状

基坑支护方案种类繁多,支护方案的选择直接关系到施工进度、工程造价和周边环境安全,然而各支护方案受地质条件、外部环境等方面的限制[17]。因此,支护方案的选型研究也成为近年来各专家学者研究的热点问题。

1.2.1 国外基坑支护优化的发展现状

深基坑工程是世界各地建设工程中数量庞大、投资多、难度高的重点工程。基坑支护方案的选择,不单单要保证整个支护结构在施工过程中的安全性,而且还要确保周围环境的稳定,以保证施工安全进行  [18]。

1948 年,Peck 与 Terzaghi 等人[19]撰写的《Soil  Mechanics  in  Engineering Practice》一书中通过对基坑项目的实际测量数据进行系统整理、分析,提出估算开挖稳定程度的方法和支撑的总应力法,对当时工程产生了强烈影响。

20 世纪 70 年代起,由于测量仪器的不断改进[20],工程预测的准确性显着提高,并制定了相应得指导开挖的法规。 1971  年,Clough  和  Duncan [23]就开始了操纵有限元法,并通过计算机技术,分析了挡土墙特征。

1972 年法国最先在基坑工程中运用了土钉墙[21]。随后,土钉墙支护技术便开始广泛应用并迅速发展,日趋完善。在二战之后,美国国内兴起了水泥土搅拌桩支护技术[22](MIP)。

1974 年,学者 Chandrasekaran 通过基坑开挖的有限元仿效,对开挖进程进行了相关分析。Karlsrud[24](1986 年)、Clough[25](1990 年)、Ou[26](1993 年)和 Wong[27](1997 年)通过对地表沉降、墙体移动距离、基坑开挖进深三者之间的关联展开了一系列研究分析。

到了 20 世纪,除了现在应用较广泛的明挖法、盖挖法、盾构法外,国外深基坑支护工程开挖技术的发展还囊括了:全过程机械化,即从开挖到结构施工包括拱架安装、泥浆配置等工序实施机械化,并辅以计算机系统进行实时监控,以保障工程的安全、效率以及高质量。

.........................


2. 评价优选指标体系建立


2.1 深基坑支护总体方案

深基坑支护的总体方案与深基坑工程全局工作息息相关,其基本形式有顺作法和逆作法两种。两种做法可以在同一个基坑中同时使用,也可以在不同的基坑区域进行组合使用,以满足在特定条件下对工程的技术经济要求。总体支护方案分类见图 2.1。

.......................


2.2 基坑支护方法及其分类

基坑支护方案的选择,应依据具体工程的水文地质条件、现场及周围环境、施工情况、综合造价等多方面因素,没有特定的支护方案能满足所有工程情况。合理支护方案的选择,能最大程度的满足各方面需求,以保证利益的最大化。目前,基坑工程中常用的支护方式很多,例如悬臂式、拉锚式、内支撑式等等,但在基坑工程支护方法的分类中要包含所有支护形式是不切实际的,龚晓南教授[59]将其划分为四类,具体类别、常见支护方法及各自适用范围见表 2.1。

.......................

3. 基于物元分析理论的深基坑支护方案优选模型的构建 .................. 20

3.1 物元模型构建的理论基础 ..................................... 20

3.1.1 物元理论的创立以及发展 ............................... 20

3.1.2 物元的基本概念 ....................................... 20

4. 物元分析模型的应用实例 ...................... 27

4.1 工


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