既有轨道交通换乘车站改扩建工程基坑开挖变形预测及施工控制研究

摘要

当前，上海的地铁建设正在处于一个高速发展阶段，随着城市交通的发展和地铁线路的增多，在轨道交通网络化建设中，不可避免地会出现越来越多的地铁两线交汇穿越或三线、四线交汇的地铁车站。由于两条线路经常不是同期建设，对于地铁双线交叉处建成高效的换乘枢纽车站时，在修建过程中，不可避免地涉及到后建站对已建站的影响问题。软土地区换乘枢纽扩建工程由于紧贴运营地铁车站进行深基坑工程建设，工程施工中涉及的保护对象保护要求高、从而造成工程施工难度加大。正是基于此类工程在软土地区的不断增加，本文拟结合上海轨道交通换乘枢纽车站的建设实际，对施工中新老车站的变形规律、新建车站基坑施工变形预测以及施工过程中的变形控制方法等相关问题进行了较系统地分析、研究，所取得的成果对既有轨道交通换乘车站扩建工程的设计与施工具有重要的参考价值。主要的研究内容如下： 1.通过对现有的国内换乘案例的总结，分析了平行换乘枢纽车站扩建和垂直换乘枢纽车站扩建的施工难点，阐述了换乘枢纽车站设计施工发展趋势，得到了一些有意义的实用性结论。 2.通过对上海市轨道交通换乘枢纽扩建工程——轨道交通4号线张杨路站施工过程中的监测数据的分析，得出平行换乘基坑变形的基本规律，指出平行换乘车站扩建施工最大特点是两侧地下连续墙水平向变形存在明显的不对称性。 3.通过采用平面有限元与三维有限元相结合的方法探讨平行换乘车站新老基坑之间的间距对两基坑的影响。得出紧邻地铁车站的基坑施工时，地铁车站会产生明显的遮拦作用。既有车站基坑的遮拦作用随着平行换乘的间距加大而减小，当间距大于一倍的开挖深度时，即可认为夹心土层之间的侧向土压力系数恢复到正常状态，可按通常的基坑开挖来计算两侧地下墙体变形。 4.通过采用有限元方法分析了在既有车站上方扩建垂直换乘枢纽工程施工时对既有车站结构的影响，得出垂直换乘节点改建工程的施工控制措施及变形的基本规律，提出垂直换乘车站扩建施工重点是控制不同结构间的不均匀沉降，控制开挖卸载后既有结构的上浮，在既有车站上方扩建时，采用压梁及抗拔桩进行荷载托换可以有效减少对既有车站的影响。 5.换乘枢纽车站扩建工程的复杂性对开挖快速预测变形提出了要求，本文开发了一套用于基坑变形预测的软件，可以满足工程中快速预测数据走势和预测具体数值两方面的需要。对轨道交通4号线张杨路车站深基坑开挖全过程中地下连续墙的墙体水平变形、地表沉降和建(构)筑物沉降进行预测，并将预测值动态地应用到工程实施过程中，体现了第一时间指导施工的作用。 6.根据控制论的基本思想，运用有关施工控制的基本概念，结合基坑施工的特点，基于时空效应与动态风险管理理论首次提出全局多步动态施工控制理论与方法。该智能控制系统整合了预警体系的建立、预警机制的启动以及循环控制决策等特点，根据总的施工流程，设置多个控制点，不断以新的边界条件作为初始条件对后续施工方案进行指导，对可能出现的问题及时预报，对已出现的问题及时分折并提出改进建议，通过整个项目的动态监控分析，使最终的结果控制在总体的预测范围之内。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1城市轨道交通发展背景

1.2上海轨道交通大型换乘枢纽的发展及所遇到的问题

1.3国内外研究现状

1.4本文主要工作及创新点

第二章轨道交通换乘枢纽扩建工程技术难点分析

2.1平行换乘枢纽车站扩建施工难点分析

2.2垂直换乘枢纽车站扩建施工难点分析

2.3轨道交通换乘枢纽扩建工程施工控制特点

第三章轨道交通4号线张杨路站平行换乘车站施工监测成果分析

3.1平行既有东方路车站的基坑两侧墙体水平位移分析

3.2基坑周围地表沉降变化规律

3.3既有平行换乘站东方路车站地下墙沉降分析

3.4既有东方路车站轨道差异沉降变化规律

3.5小结

第四章平行换乘车站基坑施工过程墙体力学性态分析

4.1平行换乘车站基坑开挖有限元模拟过程

4.2考虑不同间距平行换乘车站基坑开挖施工地下墙变形分析

4.3考虑两墙合一平行换乘车站开挖施工地下连续墙变形分析

4.4小结

第五章基于神经网络的换乘车站基坑施工变形预测分析

5.1神经网络原理

5.2墙体变形的影响因素分析

5.3墙体变形的神经网络预测

5.4工程实例预测与分析

5.4小结

第六章垂直换乘枢纽车站改建工程的既有车站结构位移分析

6.1工程概况

6.2计算模型

6.3模拟工况

6.4车站改建过程中车站结构的位移

6.5压梁与梁下抗拔桩的影响分析

6.6计算结果分析与讨论

6.7小结

第七章既有车站扩建基坑施工变形控制理论及应用

7.1施工控制流程

7.2全局动态多步智能施工控制流程

7.3平行换乘车站张杨路车站西端头井施工变形控制工程应用

7.4小结

第八章结论与建议

参考文献

致 谢