【博士】地铁车站深基坑工程灾害评价与安全施工控制研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：结构工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2009年　　随着城市化进程的加快，地铁建设的规模越来越大，随之而来的地铁深基坑工程的风险和灾害也越来越多。近年来国内外不断发生地铁深基坑坍塌事故，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，因此，如何对地铁深基坑工程的风险进行管理、减少工程灾害事故、保障地铁工程安全施工已成为一个重要的研究课题。本文以上海地铁10号线同济大学站的深基坑工程为背景，运用调查研究、理论分析、现场监测和数值模拟等手段，对地铁车站深基坑事故发生的原因和破坏机理进行分析，对地铁车站深基坑工程的风险灾害评估及安全施工控制管理系统进行研究，主要工作和研究成果如下：　　(1)总结了地铁车站深基坑工程的特点，通过对国内外92个地铁基坑事故(险情)的研究，给出了地铁车站深基坑工程事故(险情)发生的原因，并分析了地铁车站基坑工程的破坏机理，得出了地铁车站深基坑常见的破坏模式。　　(2)给出了软土地区地铁车站深基坑工程风险等级定性评价标准和地铁车站深基坑工程风险灾害事故发生的概率等级、损失等级与风险接受准则。用工作分解结构法(WBS)和事故树法对同济大学地铁车站深基坑的风险灾害进行识别。用风险矩阵法对该基坑各个风险事故和各个风险源的风险等级进行评价。　　(3)改进了专家调查与模糊理论相结合的风险灾害评估方法，综合考虑被调查专家的权威性、专家本人对自己给出数据的确信性、风险灾害事故各种损失的权重和各种风险灾害事故的权重，并用该方法对同济大学地铁车站深基坑工程进行灾害评估，得出该工程总体风险度为O．742，置信水平2=0．9时风险度范围为[0．706，0．778]，根据制定的风险接受准则得出该基坑开挖与支撑阶段的风险等级为四级，与定性分析的风险等级基本一致，属于不可以接受风险，必须采取恰当的风险控制措施。　　(4)制定了地铁车站深基坑工程危险性评定的标准，将施工期的深基坑划分为安全基坑、有危险点基坑、局部危险基坑和整体危险基坑。提出了一种新的基于模糊理论的地铁车站深基坑施工期安全性评价的方法。　　(5)对同济大学地铁车站基坑围护墙体的水平位移、墙后土体的地表沉降、围护墙顶的垂直位移及水平位移、坑外地下水位、支撑轴力、立柱隆起的监测数据进行分析，总结了基坑开挖变形的规律。用ABAQUS软件对地铁车站基坑的开挖进行三维模拟，研究了长条形基坑开挖的空间效应；用PLAXIS软件对同济大学地铁车站基坑已开挖工况的位移和沉降进行二维模拟，用反演分析方法得出基坑的土体参数，然后将该参数用于预报随后基坑开挖的变形，并将计算结果与现场实测数据相对比，进而验证所取参数和模型的正确性。二维模拟与三维模拟的结果对比表明：对长条形地铁车站基坑，除了端部具有较大的空间效应外，基坑中部各断面的变形相差不大，并且二维结果与三维结果也基本相同，将基坑中部的开挖用二维有限元模拟是可行的。　　(6)用PLAXIS有限元软件对影响基坑变形的支护参数如墙体刚度、墙体插入比、支撑刚度、钢支撑的预应力、墙体与土体接触面的设置、土体基底加固等进行研究，用数值计算的方法验证由风险矩阵评价法得出的影响基坑施工安全的风险因素，为设计优化提供理论依据。　　(7)用模糊定量的方法对同济大学地铁车站基坑的围护方案进行比选，并从施工顺序、支撑安装、施工技术措施、交通组织和周边环境保护等方面优化了施工组织设计。分析了地铁深基坑工程政府的应急管理体系，给出了政府部门应急预案和同济大学地铁车站深基坑工程项目部的应急预案。　　(8)建议采用“建设单位组织验收、施工单位质量自检、监理单位检查把关、咨询专家技术评估、政府部门程序监督、纪检部门效能监察、实物与行为并重、重大事故问责”的监督管理模式，并提出了监督管理模式进一步改革的建议。　　最后，对进一步工作的研究方向进行了简要的讨论。　　

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