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兰州地铁车站深基坑开挖安全风险评价及对策研究

日期:2020年12月25日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:86
论文价格:150元 论文编号:lw202012212058421817 论文字数:37588 所属栏目:工程硕士论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇工程硕士论文,本文立足于兰州东方红广场地铁车站基坑开挖工程,从风险识别、分析、评价、控制四个对深基坑开挖工程安全风险进行研究,主要的结论包括三个方面即:(1)建立基坑风险识别体系,通过现场调研及查阅勘察设计施工资料,采用WBS-RBS 矩阵法对车站基坑开挖存在的风险因素进行全面系统识别,对辨识出的风险因素进行了标准化处理。将深基坑开挖安全风险分为基坑自身风险、基坑监测风险、基坑周边环境风险三大类,构建深基坑安全风险评价指标体系。围绕风险等级评定相关标准展开研究,将深基坑风险等级划分为四个等级,为后续的分析和评价体系奠定了一定的基础。


1 绪论


1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

近年来,随着我国经济的高速发展和人民群众追求高质量生活的需要,城市人口迅猛增长、城市半径不断扩大,加之城市交通路线不足和规划不合理的因素,城市空间资源不足的问题日益突出。为有效缓解城市交通压力,满足市民出行需求,在一些繁华地段需要建设地上、地下、空中的立体式交通体系。地铁以其运行速度快、准时性好、安全度高、客运量大等优点,日益成为市民出行的首要选择[1-3]。由于地铁沿线往往交通繁重、高楼满目、管线密布、周围环境复杂,使得地铁建设所涉及的不确定因素越来越多,面临的安全风险也越来越大。特别是地表沉降、边坡失稳、基坑坍塌、涌水涌沙等安全事故无一不在时刻提醒我们地铁深基坑开挖安全风险管理任重而道远。因此,用科学合理的管理方法对地铁深基坑开挖的安全风险进行分析和研究,规避深基坑开挖过程中可能发生的安全事故,对确保地铁工程项目顺利建设具有现实和理论意义。

兰州是甘肃的省会城市,正发挥着承东启西、联南济北的重要作用,它不仅是东西部文化经济交流的中转站,更是我国南北方资源交换的加油站。金城兰州东西狭长,南北临山,黄河穿城而过,地貌上属于阶地型河谷盆地,平均海拔 1400 米左右。两山夹一沟是大西北黄土高原上随处可见地貌形态,同样兰州也属于这种情况,城市发展东西延长、南北平山造地,城市空间呈带状式发展特征,中心城区建设强度高,城市空间资源紧张,再加上西北特殊的黄土地质,给兰州的发展带来了严重不便。

地铁通常以电能为动力,采取轮轨运转方式,在地下运行为主的快速大运量公共交通系统,一般简称为“地下铁道”或“地下铁”(Metro、Subway、Tube、Underground)。地铁是一种存在于城市地下空间,独立封闭的有轨交通,能够实现安全、快捷、准时、高效大运量运输要求,因此具有良好的社会和经济效应[4]。地铁系统有效拓展了城市空间,促进城乡统筹发展,解决了城市发展空间资源不足、交通堵塞、用地紧张、发展布局不合理等问题,实现对城市交通基础设施建设的引导,为兰州市“一心两翼”的城市发展战略格局提供基础保障。因此,为了满足城市的发展需要和缓解交通压力,开发利用地下空间,建设轨道交通是兰州城市发展的必然选择。

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1.2 国内外研究现状

风险管理理论的研究源于上世纪初,法国工程师 Fayol 于 1916 年发表的著作《General and Industry Management》一书中正式在企业经营领域引入了风险管理的理论思想,是最早讨论“管理与风险”问题的著作,但随后很长一段时间,风险管理并没有形成一套完整的理论体系。美国的风险管理理论初步形成于 1931 年,一些企业得到国会的支持并在内部进行了企业风险管理,由此风险管理理论在美国得到了初步发展,但并未推广;直到 20 世纪 50 年代,经过了第二次世界大战的洗礼,世界经济大复苏,美国工商业企业中大力推广安全风险管理,至此美国将风险管理理论发展成为一门独立的学科[10]。岩土工程领域的风险管理理论发展始于上世纪 70 年代,经过近五十年的理论发展和工程实际检验,风险管理的研究取得了相当的成果,然而主要以理念的建立和定性的研究为主。

MIT 的 Einstein 教授在其发表的文献《Geologicalmodel Model for tunnel cost model》、《Risk and risk analysis in rock engineering》中提出了隧道工程中风险分析的理念以及风险分析的方法。在 Einstein 研究的基础上,Nilsen 等对海底隧道的风险评价方法进行了深入探讨。可以说,这些人都是较早从事地下和隧道工程领域风险评价的代表人物。此外,后来的学者也继续对风险评价进行着研究。

Blocly 首次利用模糊数学对地下工程施工的安全风险进行了评价[11]。

Sturk 在 Blocly 研究的基础之上,通过进行专家调查问卷,利用故障树法、可信性法对斯德哥尔摩环形隧道施工风险进行了评估[12]。

Hyun-HoChoi 在前人研究的基础之上,将地下工程风险评价分解为四个步骤:即风险识别、风险分析、风险评价、风险管理,为地下工程风险评价提供了可参考流程[13]。

Chunsheng Zhang 等分析研究了深埋隧道工程风险及对策,详细论述了深层隧道开挖过程围岩应力及变形发展过程[14]。

Qian Qihu 介绍了中国铁路、公路、水利、采矿等专业岩石工程技术方面取得的创新成果,积累了丰富的经验[15]。

Tao Wen-liang 等总结了专家评价法、模糊综合评价法、风险概率估计、可拓学评价法在地下管道风险评价中的应用[16]。

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2 深基坑开挖安全风险管理基本理论


2.1 深基坑工程的特点及致险因素分类

2.1.1 深基坑工程的定义

建设部《建筑工程预防坍塌事故若干规定》(建质〔2003〕82 号)规定,深基坑是指开挖深度超过 5m 的基坑、或深度未超过 5m 但地质条件和周边环境较复杂的基坑[54]。

2.1.2 深基坑工程的特点

地铁深基坑工程涉及的方面多,综合性很强。深基坑开挖过程受到工程水文地质特性、施工方案、围护结构、施工进度、周边环境以及不可抗力等要素的牵制。与其他的工程相比,深基坑开挖工程具有如下特点:

(1)很强区域性

相对于其他大型工程,深基坑工程的开挖范围集中,就是说对于一个具体的深基坑工程,在其开挖范围内的岩层是确定的、地基是单一的、处理措施是针对的。比如,在地铁工程中,地铁线路沿线往往存在黄土地基、砂土地基、软粘土地基等,作为地铁车站的基础工程,深基坑作为整个地铁项目中的一小部分,其开挖范围内往往只存在一种地基,存在多种地基的情况凤毛菱角。深基坑工程的岩土工程地质特性具有很强的区域性,对于不同的深基坑工程,地层特性各不相同,岩土性质千变万化,再加上水文地质条件复杂多变,往往造成工程勘察数据离散性大的问题[58]。因此,鉴于深基坑工程较强的区域特征,深基坑的开挖要求收集地质勘测资料,深入了解开挖范围内的工程地质特征,通过数学建模计算分析研究,因地制宜设计制定适合本开挖区域范围的深基坑支护、开挖、降水方案。

(2)很强的个性

任何事物的发展都是内因和外因共同作用的结果,这点在深基坑工程安全风险研究中尤为重要。深基坑开挖安全风险不仅受到工程地质和水位条件等内在因素的影响作用,更与支护体系的稳定性、气候降雨情况、相邻建(构)筑物以及市政地下管网、场地震动等外在环境有关。因此,在深基坑工程中,确定基坑安全等级,对地层变形、围护结构变形、支撑体系受力、周边地表沉降、地下管线沉降、建(构)筑物沉降等允许变形划分统一标准是非常困难的。

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2.2东方红广场站工程概况

2.2.1工程概况

兰州地铁东方红广场站为 1、2 号线的换乘车站,位于兰州市城关区东方红广场北侧庆阳路下,西起金昌路十字,东至平凉路十字。车站主体长度 683.1 米,采用两层三柱四跨、局部采用单层结构形式,标准段宽 41.30 米。该基坑采用明挖顺做法施工,车站围护结构采用直径Ф1000@1600mm 的 C35 钢筋混凝土灌注桩和Ф1000@1600mm 的C15 素混凝土桩相互咬合而成的单排咬合桩结构,咬合深度为 20cm。车站标准段内支撑采用三层钢筋混凝土支撑,局部 1、2 号线下沉段采用Φ609 钢管支撑结构,钢支撑壁厚 t=16mm。

东方红广场站揭露的地下水为第四系松散层孔隙潜水,含水层主要为第四系冲洪积卵石。地下水潜水位埋深 3.6~5.0m,水位高程 1512.49~1513.14m。根据勘察及区域地质资料,覆盖层为第四系松散层,含水层主要为卵石土,潜水含水层厚度约为 20m,砂岩层理论上为隔水层。经探测估算日涌水量为 45968m3/d,地下水补给充沛,控制不好易产生大量涌水,对施工影响很大。

东方红广场站施工区域地貌单元属黄河右岸一级阶地,阶面宽度约 1.5~2.5km,地形平坦,地面高程相对高差 2.90m。车站施工区域位于兰州市人员车辆相对比较集中的地区,地面建(构)筑物密集,大部分建筑物采用天然地基。基坑施工区域未发现有防空洞、墓穴等人为坑洞存在。由于兰州为历史重镇,工程场地范围内不能排除有古墓穴、坑洞等存在的可能性。基坑施工区域穿越兰州市居民区及主干道,地下光缆、电缆、城市给排水管线、雨水及污水管道等地下管线密布。兰州市属古城,地面下 4.0~12.0m 深度范围内有老化的污水管道,存在淤堵、渗漏等问题,在基坑开挖中可能产生如沼气类有害气体。

图 3.1 WBS 分解结构图

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3 兰州地铁车站深基坑开挖安全风险评价指标体系的建立......................25

3.1 东方红广场站工程概况..............................25

3.1.1 工程概况.

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