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蘭州地鐵車站深基坑開挖安全風險評價及對策研究

日期:2020年12月25日 編輯:ad201107111759308692 作者:無憂論文網 點擊次數:176
論文價格:150元 論文編號:lw202012212058421817 論文字數:37588 所屬欄目:工程碩士論文
論文地區:中國 論文語種:中文 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis

本文是一篇工程碩士論文,本文立足于蘭州東方紅廣場地鐵車站基坑開挖工程,從風險識別、分析、評價、控制四個對深基坑開挖工程安全風險進行研究,主要的結論包括三個方面即:(1)建立基坑風險識別體系,通過現場調研及查閱勘察設計施工資料,采用WBS-RBS 矩陣法對車站基坑開挖存在的風險因素進行全面系統識別,對辨識出的風險因素進行了標準化處理。將深基坑開挖安全風險分為基坑自身風險、基坑監測風險、基坑周邊環境風險三大類,構建深基坑安全風險評價指標體系。圍繞風險等級評定相關標準展開研究,將深基坑風險等級劃分為四個等級,為后續的分析和評價體系奠定了一定的基礎。


1 緒論


1.1 研究背景及意義

1.1.1 研究背景

近年來,隨著我國經濟的高速發展和人民群眾追求高質量生活的需要,城市人口迅猛增長、城市半徑不斷擴大,加之城市交通路線不足和規劃不合理的因素,城市空間資源不足的問題日益突出。為有效緩解城市交通壓力,滿足市民出行需求,在一些繁華地段需要建設地上、地下、空中的立體式交通體系。地鐵以其運行速度快、準時性好、安全度高、客運量大等優點,日益成為市民出行的首要選擇[1-3]。由于地鐵沿線往往交通繁重、高樓滿目、管線密布、周圍環境復雜,使得地鐵建設所涉及的不確定因素越來越多,面臨的安全風險也越來越大。特別是地表沉降、邊坡失穩、基坑坍塌、涌水涌沙等安全事故無一不在時刻提醒我們地鐵深基坑開挖安全風險管理任重而道遠。因此,用科學合理的管理方法對地鐵深基坑開挖的安全風險進行分析和研究,規避深基坑開挖過程中可能發生的安全事故,對確保地鐵工程項目順利建設具有現實和理論意義。

蘭州是甘肅的省會城市,正發揮著承東啟西、聯南濟北的重要作用,它不僅是東西部文化經濟交流的中轉站,更是我國南北方資源交換的加油站。金城蘭州東西狹長,南北臨山,黃河穿城而過,地貌上屬于階地型河谷盆地,平均海拔 1400 米左右。兩山夾一溝是大西北黃土高原上隨處可見地貌形態,同樣蘭州也屬于這種情況,城市發展東西延長、南北平山造地,城市空間呈帶狀式發展特征,中心城區建設強度高,城市空間資源緊張,再加上西北特殊的黃土地質,給蘭州的發展帶來了嚴重不便。

地鐵通常以電能為動力,采取輪軌運轉方式,在地下運行為主的快速大運量公共交通系統,一般簡稱為“地下鐵道”或“地下鐵”(Metro、Subway、Tube、Underground)。地鐵是一種存在于城市地下空間,獨立封閉的有軌交通,能夠實現安全、快捷、準時、高效大運量運輸要求,因此具有良好的社會和經濟效應[4]。地鐵系統有效拓展了城市空間,促進城鄉統籌發展,解決了城市發展空間資源不足、交通堵塞、用地緊張、發展布局不合理等問題,實現對城市交通基礎設施建設的引導,為蘭州市“一心兩翼”的城市發展戰略格局提供基礎保障。因此,為了滿足城市的發展需要和緩解交通壓力,開發利用地下空間,建設軌道交通是蘭州城市發展的必然選擇。

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1.2 國內外研究現狀

風險管理理論的研究源于上世紀初,法國工程師 Fayol 于 1916 年發表的著作《General and Industry Management》一書中正式在企業經營領域引入了風險管理的理論思想,是最早討論“管理與風險”問題的著作,但隨后很長一段時間,風險管理并沒有形成一套完整的理論體系。美國的風險管理理論初步形成于 1931 年,一些企業得到國會的支持并在內部進行了企業風險管理,由此風險管理理論在美國得到了初步發展,但并未推廣;直到 20 世紀 50 年代,經過了第二次世界大戰的洗禮,世界經濟大復蘇,美國工商業企業中大力推廣安全風險管理,至此美國將風險管理理論發展成為一門獨立的學科[10]。巖土工程領域的風險管理理論發展始于上世紀 70 年代,經過近五十年的理論發展和工程實際檢驗,風險管理的研究取得了相當的成果,然而主要以理念的建立和定性的研究為主。

MIT 的 Einstein 教授在其發表的文獻《Geologicalmodel Model for tunnel cost model》、《Risk and risk analysis in rock engineering》中提出了隧道工程中風險分析的理念以及風險分析的方法。在 Einstein 研究的基礎上,Nilsen 等對海底隧道的風險評價方法進行了深入探討??梢哉f,這些人都是較早從事地下和隧道工程領域風險評價的代表人物。此外,后來的學者也繼續對風險評價進行著研究。

Blocly 首次利用模糊數學對地下工程施工的安全風險進行了評價[11]。

Sturk 在 Blocly 研究的基礎之上,通過進行專家調查問卷,利用故障樹法、可信性法對斯德哥爾摩環形隧道施工風險進行了評估[12]。

Hyun-HoChoi 在前人研究的基礎之上,將地下工程風險評價分解為四個步驟:即風險識別、風險分析、風險評價、風險管理,為地下工程風險評價提供了可參考流程[13]。

Chunsheng Zhang 等分析研究了深埋隧道工程風險及對策,詳細論述了深層隧道開挖過程圍巖應力及變形發展過程[14]。

Qian Qihu 介紹了中國鐵路、公路、水利、采礦等專業巖石工程技術方面取得的創新成果,積累了豐富的經驗[15]。

Tao Wen-liang 等總結了專家評價法、模糊綜合評價法、風險概率估計、可拓學評價法在地下管道風險評價中的應用[16]。

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2 深基坑開挖安全風險管理基本理論


2.1 深基坑工程的特點及致險因素分類

2.1.1 深基坑工程的定義

建設部《建筑工程預防坍塌事故若干規定》(建質〔2003〕82 號)規定,深基坑是指開挖深度超過 5m 的基坑、或深度未超過 5m 但地質條件和周邊環境較復雜的基坑[54]。

2.1.2 深基坑工程的特點

地鐵深基坑工程涉及的方面多,綜合性很強。深基坑開挖過程受到工程水文地質特性、施工方案、圍護結構、施工進度、周邊環境以及不可抗力等要素的牽制。與其他的工程相比,深基坑開挖工程具有如下特點:

(1)很強區域性

相對于其他大型工程,深基坑工程的開挖范圍集中,就是說對于一個具體的深基坑工程,在其開挖范圍內的巖層是確定的、地基是單一的、處理措施是針對的。比如,在地鐵工程中,地鐵線路沿線往往存在黃土地基、砂土地基、軟粘土地基等,作為地鐵車站的基礎工程,深基坑作為整個地鐵項目中的一小部分,其開挖范圍內往往只存在一種地基,存在多種地基的情況鳳毛菱角。深基坑工程的巖土工程地質特性具有很強的區域性,對于不同的深基坑工程,地層特性各不相同,巖土性質千變萬化,再加上水文地質條件復雜多變,往往造成工程勘察數據離散性大的問題[58]。因此,鑒于深基坑工程較強的區域特征,深基坑的開挖要求收集地質勘測資料,深入了解開挖范圍內的工程地質特征,通過數學建模計算分析研究,因地制宜設計制定適合本開挖區域范圍的深基坑支護、開挖、降水方案。

(2)很強的個性

任何事物的發展都是內因和外因共同作用的結果,這點在深基坑工程安全風險研究中尤為重要。深基坑開挖安全風險不僅受到工程地質和水位條件等內在因素的影響作用,更與支護體系的穩定性、氣候降雨情況、相鄰建(構)筑物以及市政地下管網、場地震動等外在環境有關。因此,在深基坑工程中,確定基坑安全等級,對地層變形、圍護結構變形、支撐體系受力、周邊地表沉降、地下管線沉降、建(構)筑物沉降等允許變形劃分統一標準是非常困難的。

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2.2東方紅廣場站工程概況

2.2.1工程概況

蘭州地鐵東方紅廣場站為 1、2 號線的換乘車站,位于蘭州市城關區東方紅廣場北側慶陽路下,西起金昌路十字,東至平涼路十字。車站主體長度 683.1 米,采用兩層三柱四跨、局部采用單層結構形式,標準段寬 41.30 米。該基坑采用明挖順做法施工,車站圍護結構采用直徑Ф1000@1600mm 的 C35 鋼筋混凝土灌注樁和Ф1000@1600mm 的C15 素混凝土樁相互咬合而成的單排咬合樁結構,咬合深度為 20cm。車站標準段內支撐采用三層鋼筋混凝土支撐,局部 1、2 號線下沉段采用Φ609 鋼管支撐結構,鋼支撐壁厚 t=16mm。

東方紅廣場站揭露的地下水為第四系松散層孔隙潛水,含水層主要為第四系沖洪積卵石。地下水潛水位埋深 3.6~5.0m,水位高程 1512.49~1513.14m。根據勘察及區域地質資料,覆蓋層為第四系松散層,含水層主要為卵石土,潛水含水層厚度約為 20m,砂巖層理論上為隔水層。經探測估算日涌水量為 45968m3/d,地下水補給充沛,控制不好易產生大量涌水,對施工影響很大。

東方紅廣場站施工區域地貌單元屬黃河右岸一級階地,階面寬度約 1.5~2.5km,地形平坦,地面高程相對高差 2.90m。車站施工區域位于蘭州市人員車輛相對比較集中的地區,地面建(構)筑物密集,大部分建筑物采用天然地基?;邮┕^域未發現有防空洞、墓穴等人為坑洞存在。由于蘭州為歷史重鎮,工程場地范圍內不能排除有古墓穴、坑洞等存在的可能性?;邮┕^域穿越蘭州市居民區及主干道,地下光纜、電纜、城市給排水管線、雨水及污水管道等地下管線密布。蘭州市屬古城,地面下 4.0~12.0m 深度范圍內有老化的污水管道,存在淤堵、滲漏等問題,在基坑開挖中可能產生如沼氣類有害氣體。

圖 3.1 WBS 分解結構圖

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3 蘭州地鐵車站深基坑開挖安全風險評價指標體系的建立......................25

3.1 東方紅廣場站工程概況..............................25

3.1.1 工程概況.

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