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第146期 大型地下交通综合体明挖建造关键技术与实践

2022-1-25 10:44
来自: 城市地下空间 收藏 分享 邀请

【52监测网】第146期 大型地下交通综合体明挖建造关键技术与实践

第114期 低空遥感技术在城市轨道交通勘测设计中的应用

52监测网专家报告分享-第146期

《大型地下交通综合体明挖建造关键技术与实践》
周兵 中铁第四勘察设计院集团有限公司
城市轨道与地下工程设计研究院

目录
一、课题背景
二、技术创新
三、工程实践
四、技术展望

内容简介

一、课题背景

随着城市化快速发展,交通拥堵、土地资源匮缺、生态环境恶化等问题相伴而生,城市粗放式的快速发展,带来了不少负面的“城市病”,……与人们对于安全、便捷、高效、舒适的生活需求矛盾日益凸显。


为解决交通拥堵等系列城市病难题,向地下发展已成为共识。随着城市轨道交通的快速建设,结合轨道交通工程规划建造一体化的城市交通-地下空间综合体,实现全功能、集约化的城市空间立体开发,成为解决城市交通拥堵和城市病、实现可持续发展的新模式。

建设一体化的城市交通-地下空间综合体,可以合理高效开发利用城市空间。综合解决市民生活出行难题,实现城市功能、经济、资源、环境的协调发展。(通过轨道交通输送客流;建设隧道完善路网疏导车辆;提供生活通行的地下公共空间;提升配套美化城市环境)

二、技术创新

项目依托


近20年来,该院累计在全国各大城市承担了100余条城市轨道交通线路总体总包和勘察设计总承包项目,总长近3000公里,包含了地铁、轻轨、现代有轨电车、磁浮、单轨、云巴等全部制式,已设计开通城市轨道交通1242公里,占国内城轨通车里程的17.4%;依托于城市轨道交通规划建造的众多大型一体化城市交通-地下空间综合体,进行了系统设计和研究工作。

近年来承担的典型项目与重大课题


研发方向及创新技术

大型地下综合体具有诸多优点,发展前景广阔,但同时,其设计建造也面临一些突出问题:
1、工程规模大,组成复杂,需寻求实现功能一体化的设计解决方法。
2、工程复杂,环境苛刻,风险突出,工程安全快速建造面临诸多挑战。
3、空间复杂,多种交通汇聚,消防排烟和疏散等防灾问题突出。

该院在上述方向重点研究探索的创新技术包括:城市中心大型地下交通枢纽功能一体化解决方法,超大超深复杂基坑施工工法及组合工法,地下大跨和特殊结构体系,地下超长结构不设缝技术,复杂地下空间抗震研究分析技术,复杂地下综合体BIM协同设计和应用等。

三、工程实践

深圳福田站综合交通枢纽、武汉光谷广场综合体工程、武汉徐家棚站综合交通枢纽。

◇ 福田站


工程难点和技术挑战
• 车站工程建设难点:基坑周边建筑密集,地质条件复杂;基坑超长、超深、超宽;长1023m,宽79m,平均深度32.2m,最深处39m;主体结构超长,跨度大,单柱承载力高。
• 需要解决的关键问题:围护结构-周边环境条件复杂,变形控制要求高,基坑形状复杂。主体结构-地下车站需满足大跨、低梁、小柱的空间要求;超长结构变形控制与结构防水及轨道平顺的矛盾;主体结构形式的选择。

基坑组合支护体系与扰动控制
(1)整体围护方式研究


(2)中心岛和全盖挖逆作计算结果及分析
重点研究:超宽基坑段的围护结构方案,重点比选中心岛法和盖挖逆作法。
研究表明:全盖挖逆作围护结构横向位移小,对周边变形可控性较好,基坑整体稳定性好,技术优势明显。


(3)重点地段变形控制——计算分析
研究及计算表明:综合考虑基坑主、被动区域加强措施,基坑侧壁最大变形43.1mm,坑外侧最大竖向沉降24.70mm,基坑边建筑倾斜率0.45‰~0.28‰,远小于规范控制要求(2‰)。
(4)重点地段变形控制——实测结果
深基坑工程措施满足基坑及建筑物安全要求,实现了微扰动施工。
(5)数字监控与预警
通过数字化的深基坑远程监控和预警平台,实现了对超大型深基坑施工全过程实时监控,保证基坑安全。

远程监控系统总体框架

大跨度劲性地下结构
(1)超大荷载大跨地下结构体系
①福田站主体结构柱与桥墩共建、荷载大、柱跨达到21.5m,柱最大轴力达到82600KN。
②采用钢管混凝土柱+型钢混凝土梁的大跨度结构体系,有效地降低了梁高及柱截面,实现了地下结构大跨、低梁、小柱,整体空间效果好。
③采用钢管混凝土柱与型钢混凝土梁组合的框架结构及独特的节点设计,解决了大跨度梁柱结构受力和超大荷载下型钢梁与钢管柱连接的问题。

(2)梁柱节点研究
研发应用“多层钢环板+内外加劲+钢筋分层立体联通”的新型劲性混凝土梁柱节点,解决了大跨度梁柱结构受力和超大荷载下型钢梁与钢管柱连接的技术难题。
(3)梁柱节点试验结果与数值分析结果
有限元数值分析结果与模型试验结果表明:整体结构处于弹性工作状态,节点安全。
(4)钢管柱施工
为解决盖挖逆作法立柱精度定位困难、垂直度难以保证的技术难题,研发应用了大直径钢护筒结合柱底十字钢板定位方法,采用干湿交替作业法作业,保证了钢管柱的施工精度,实际立柱垂直精度达1/1500,远高于1/600的设计精度要求。


超长混凝土结构防裂
(1)超长地下结构不设缝技术
①为实现高速铁路轨道平顺要求,突破技术瓶颈,建造超长(1023m)不设缝大跨度地下空间劲性结构车站。
②针对福田站具有超长、超厚、长高比大、施工周期长的特点,在不设永久伸缩缝的条件下,以控制主体结构在施工期不出现有害裂缝为目标,对抗裂结构形式、抗裂材料设计、施工要求、现场监测以及裂缝处理预案等进行了系统研究,形成了成套技术方案,解决结构设缝带来的地下工程漏水和防水问题。


(2)主要技术措施


实践证明:工程总体措施得当,福田站主体结构建设期收缩应力小于混凝土的抗拉强度,满足结构主体的抗裂要求,主体结构未发现渗漏水。

建成效果


……

四、技术展望

1.明挖装配式地下车站
针对南方富水、软土地区,我院正开展明挖法装配整体式地下车站成套技术研究和实践,主要技术特点:


2.深部底下空间规划建造
依托国家重点研发计划《城市地下空间精细探测技术与开发利用研究示范》,开展城市深部(50-200m)地下空间精细探测、建模评估、开发建造、安全运营全系统研究,主要目标:
• 建立城市地下0~200米抗干扰、高精度、全要素探测技术方法体系。
• 研究城市地下全要素信息集成智能建模与全资源评价关键技术;建立城市深部空间环境扰动影响评估理论与安全控制技术。
• 形成城市地下空间协同规划、安全建造理论与技术体系。
• 建立深部空间安全监控与智能化运维管理平台。
• 完成典型示范,形成地下立体开发新模式。


3.自动化沉箱技术
针对沿海软土地区,研究开发自动化沉箱成套技术,主要技术特点:
• 自动化沉箱施工地下结构、提高施工效率;
• 取消围护结构、节省工程投资;
• 有效控制车站周边环境;
• 结构整体现浇、提高工程质量;
• 系统回收利用、提升绿色品质。

《大型地下交通综合体明挖建造关键技术与实践》
周兵 中铁第四勘察设计院集团有限公司
城市轨道与地下工程设计研究院

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