城市地铁车站与区间隧道施工期实时变形控制和安全风险识别研究

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由于地质条件和周边环境的影响,水工洞室及地铁工程等地下工程受多因素制约,安全风险高,且需要动态跟进。为了保证地下工程施工期支护结构及周边环境的安全稳定,总结和提出合理可行的城市地下工程施工期实时变形控制和安全风险识别方法显得尤为重要。其中,较为典型的城市地铁工程涵盖了基坑和隧洞两种重要型式。本文分别对城市地铁车站和隧道工程近接施工过程中的变形预测、实时变形控制和安全风险识别方法进行了研究,并通过典型的实际工程案例进行了应用和验证,为城市地下工程施工期的变形控制和风险识别提供建议。具体研究内容及成果如下:
  (1)城市地下工程施工期变形预测和控制方法研究。对现有地下工程施工期结构及周边土体变形预测常见的方法进行归纳总结,针对近海软土地区的城市地铁工程,提出相应的变形预测方法。同时,根据受影响程度大小,将工程周边区域划分成不同预警级别的范围,并通过实测数据验证划分方法的适用性。提出了适用于地下工程施工期变形控制的分步变位控制方法,和地铁工程施工实时变形控制流程。
  (2)地铁车站施工实时变形控制方法与应用研究。提出适应近海软土地区的地铁车站施工期的变形预测方法和经验公式,制定和应用动态变形控制方法。结合精细化三维数值模拟和实测手段,针对复杂地层和周边环境的实际工程,优化施工工序,进行施工动态变形控制,确保施工期结构安全和周边建筑物/结构不受损害。
  (3)地铁区间隧道施工实时变形控制方法与应用研究。提出地铁隧道的分步变位控制方法,制定合理的分步变位控制标准,根据实际地铁隧道工程的不同施工工法、断面形式和周边环境划分其施工阶段,优化施工工序,进行隧道施工全过程的动态变形预测和控制。每进行一阶段的施工,通过变形预测、分步变位控制标准和现场监测对比分析,采取工程措施控制结构和周边土体变形。通过监测评价分步变位控制标准并及时修正,从而能更准确的预测下一阶段的变形并控制,最终保证施工安全和周边环境所受影响可控。
  (4)地铁近接施工实时安全风险识别研究。进行了地铁工程项目的事故和案例统计,分析潜在安全风险。结合区间层次分析法(IAHP)和扩展的逼近理想解排序法(TOPSIS),建立城市地铁近接施工的实时安全风险识别模型,在各施工阶段分配安全风险标准权重。根据实时更新的施工数据做出区间数多指标决策,对安全风险因子相对接近度进行排序,从而更准确地识别地铁项目安全风险。该模型通过周边环境复杂的地铁隧道施工的典型案例,进行了实时安全风险识别,并与该地铁工程典型施工阶段的安全风险实际情况对比,证明了该模型的可行性和有效性,可用于识别类似地铁项目甚至其他学科的地下工程的安全风险。
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