地下结构工程报告刘梦诗.docx

1、地下结构工程报告 刘梦诗地下结构工程学 院：土木工程与力学学院 专 业： 建筑与土木工程 学 号： 201330131880 姓 名： 刘梦诗 指导教师： 完成日期： 2014年6月 隧道和上层建筑的土-结构在建设和服务时间的相互作用Rolf Katzenbacha, Steffen Lepplaa, Matthias Voglerb, Matthias Seipb,Susanne Kurzeb摘要：规模日益扩大的都市区和一起去的交通需求人口密度导致大建设基础设施项目。在许多情况下，这些基础设施项目已经接近敏感的特性。新的地下建筑结构往往对现有上层建筑的影响和现有结构的解构往往有一个influ

2、e NCE上现有的地下结构。两个大型项目，来自德国和西班牙的经验将被呈现在纸上。第一个项目是在市中心的西班牙巴塞罗那的西班牙高速铁路线的新隧道。与该隧道直径11.55米通过旁边两栋楼属于联合国教科文组织的世界遗产。第二个项目是一个高达14层楼高的建筑在法兰克福的解构，更加重要的是，德国根据解构建设是一个地下城市快速交通系统、地铁车站和隧道。地下结构的隆起和变形必须被限制以保证耐用性。本文侧重于安装的有关观察人的广泛岩土工程和大地测量计划根据欧共体7和对测量结果的方法。在这些规划和建设阶段取得的经验对复杂的项目进行了说明，并为新的城市内部的项目建议提供了丰富的经验。关键词：世界遗产；隧道；冗余保

3、护措施；岩土工程监测；观察法；土壤结构重新相互作用； 随时间变化的变形行为一、 介绍由于大多数都市地区不断增长的车流量，许多大型基础设施项目都完成，主要是为了提高公共交通（公共汽车，地铁，火车，电车）和个人交通（车辆，行人）。 这就意味着，像地铁隧道、公路以及地铁隧道这种地下建筑在高密度城市已经得到实现，它几乎遍布了欧洲的每一个大城市，例如维也纳地铁，罗马地铁，布达佩斯地铁、柏林的地铁和铁路隧道已经巴塞罗那的告诉铁路线路。因为在城市中的位置，这些地下结构必须在一个非常的敏感的范围内加以实现。例如高层建筑和世界遗产属性，如圣家堂（图1a）。 因此，对于精度和所造成影响的最小化对这些基础设施项目的

4、要求性能是非常高的。现有的建筑物、隧道的过程、地下水和底土条件之间的相互作用是非常复杂的。即使有最先进的计算方法，这些因素的影响量也不能很容易的比预测出来。各地的大都市区发展的另一种方法导致解构活动提前到新建设项目。解构引起隆起和地下，这对产生影响的变形地下建筑像地铁隧道。在关于时间这些项目新知识的过程中依赖得到土壤的承载和变形特性，尤其是如果有之间的一个大的时间框架解构/卸载和新的建筑活动/重装。基于高层次的土壤调查，广泛的分析和数值模拟与组合合格的，全面的施工监理和观测方法的一致性应用程序可以保证对于所涉及的结构的安全性和耐用性。观测的方法一般包括以下几个方面：（1）、预测与计算模型； （

5、2）、可接受的范围定义； （3）、应急行动计划；（4）、小心，永久监测建筑/工程解构； （5）、安全系统在所涉及的建筑本身，独立于建筑/解构作品。有限制的建造、解构的参数和所涉及的位移来定义结构。其中一个例子是使用的MINTRA标准的纪念性建筑物。还有例如受理定居点是在三个步骤给出，绿色，琥珀色和红色的，参见图1b。二、 在巴塞罗那世界遗产附近的精度隧道从2010年到2011年的双履带隧道5.6公里，长度是根据巴塞罗那市中心建成了新的西班牙高速铁路（AVE）连接马德里，巴塞罗那和法国边境的一部分。隧道线直接传递，毗邻著名的教堂圣家堂和一个名为“米拉之家”的建设。两已计划由建筑师安东尼高迪，属于

6、联合国教科文组织的世界遗产。特别在控制和监视的要求不得不在掘进过程得到满足，以确保这些整个安全两位杰出的建筑。该隧道有11.55米的外径，并建有隧道掘进机（TBM），使用土压力平衡盾构（EPB）。隧道的底部位于在地面下至多40微米的深度。平均地下水位约。 19米隧道底部上方。隧道掘进机在工作，连续监测24一小时一天。2.1 项目概况2.1.1 土壤和地下水条件该项目位于较平原区在巴塞罗那的市中心。大多数由TBM通过土壤层是第三层（图2）。在TBM通过隧道的第一公里第三粘土其次是大专粉质砂土的一部分，本节中的世界遗产圣家堂和米拉之家已经过去了。是土壤和地下水状况在圣家堂米拉之家如下：人工填充到一

7、个厚度为2米。下面的填充季砂质粉砂和粉砂质砂厚度为4整层 - 11 m的遭遇。第三砂观察下来，直到60米的深度探索。各种厚度的0.4的第三黏土层 - 3.2 m的拦截在第三砂。由于这些致密粘土拦截各种含水层是巴塞罗那的城市基础。最高的含水层是 自由含水层中，低层的部分已经封闭地下水条件。2.1.2圣家堂和AVE隧道圣家族大教堂的建造开始于1882年，目前仍在继续。 1883年它被重新设计由建筑师安东尼高迪。他策划了一个全新的支撑结构，并结合建筑风格许多不同的时代。安东尼高迪策划了教堂为90米，18大尖塔高达的高度，长度50米，高殿为主 170米。圣家堂教堂有一个桩基础。在主教堂中殿的桩，估计有

8、一个深度约。 20m以下，但确切的桩长是未知的，因为大多数的原计划已丢失。直到他去世于1926年，高迪可以完成后殿和所谓的耶稣诞生的外观。教会的部分ILT在高迪的一生都属于自1984年以来的世界遗产联合国教科文组织的财产。在圣家族教堂的作品的高迪去世后，一直在继续。在施工结束工程目前计划在2026。直到今天，主要的殿，耶稣诞生和激情外墙，共8个尖塔是成品（图1a）。该在6中央尖塔和所谓的荣耀幕墙工程已经启动。 如在图3中所示的AVE隧道在于只有4米平行于光辉外观，底部的水平距离 该隧道在约的深度37米。为了保证Sagrada Familia教堂的安全，避免定居点土壤改良被处决和钻孔桩墙是神圣家

9、族荣耀的外观和AVE隧道之间修建。桩的直径150万元。它们具有2m的轴向距离和大约的长度40m左右。2.1.3米拉之家和AVE隧道由安东尼高迪设计的另一栋楼也接近AVE隧道。在米拉之家从1905年建立到1910年属于联合国教科文组织的世界遗产财产为好，见图4a。在AVE隧道和米拉公寓之间的最小水平距离约为4，见图4b一钻孔桩墙已经安装米拉之家和AVE隧道之间履行控制的特殊要求与建设大道隧道。桩的直径为1.2m。他们是约。 37米深。钻井工程这种冗余的安全边际已经变得复杂，由于阳台（图4a）的形式。 由于钻孔桩墙的施工过程中，定居点约0.1cm。在2月通过了隧道掘进机 2011年和诱导下0.1厘

10、米定居点。2.2相关环保局隧道位移为了减少下陷的风险，土压平衡盾构机是优选在城市环境中相较于其他隧道的方法。定居点被改变应力条件或改变孔隙水压力诱发。拥有有效支持面对压力的，屏蔽层和周围的土壤之间的间隙和屏蔽罩尾部，这些后面的间隙变化可减小到最低限度。然而，定居点或地面沉降发生在每一个隧道施工过程中。要通过隧道段，体积损耗因子V表征宽度和深度的沉降槽演变可以使用V来描述沉降槽相关的理论隧道体积的体积。见图5。如可见于图5中，VL是一个瞬时值，与TBM的位置和所分析的隧道断面变化。最后V L的范围通常为从1到隧道开挖与常规方法的2。在该情况下，隧道是使用土压平衡盾构较低的值可以观察到，有时在0.

11、5以下构成。影响沉降槽的形状，深度和长度相关的EPB隧道的因素是众多。基本上，他们可以被分为TBM的地质，几何和操作参数。2.2.1 岩土参数决定因素为掘进过程中给出的岩土参数，即土壤特性作为例如刚性，摩擦角，内聚力，变形，透气性和耐磨性。基于一个良好的土壤调查中，隧道方法的选择和操作参数的规范可以有效地完成。良好的接地参数和地下水状况知识使现实的计算，然后的可能性定义了隧道掘进机的运行参数要求和足够的阈值。2.2.2 几何参数隧道，该隧道的直径和衣料的几何形状，这意味着衬里的厚度和形状的深度和间隙的宽度是显著的几何隧道参数。除了隧道的几何形状，相邻建筑物和构筑物的距离和几何形状有显著影响力定

12、居点的大小。这可能是例如桩基，另一条隧道或像巴塞罗那保护墙影响的结算行为。也盾构本身的几何形状影响住区的发展;屏蔽尤其是圆锥形状必须在此上下文中提到的。2.2.3 隧道掘进机的运行参数有很多的隧道掘进机的操作参数与土压平衡盾构，这些都是影响围绕盾构土的反应。确定其对影响最大的以下10个掘进参数的地表沉降幅度：（1）、面对压力；（2）、在切割轮的扭矩；（3）、总推力；（4）、电源挖1立方米；（5）、回填土压力；（6）、砂浆的注浆量；（7）、进步率；（8）、时间的无聊和安装1环；（9）、改变在TBM的垂直角；（10）、改变在TBM的水平角度；数值研究表明，进步的基本速率，在切割轮的扭矩，面对压力和

13、在隧道掘进机的垂直角度的变化对相关地表沉降。2.3在巴塞罗那大道隧道监控在施工期间，每一项工作都必须在特殊的控制和监督的要求下所执行的根据欧洲规范EC7的观测方法，以确保在AVE隧道的安全施工和得到最大可能的安全性在附近16的敏感建筑。在巴塞罗那的监控，实现了用密格在隧道的一方面的周围，并与大地及岩土测量装置的一个长期监测在TBM，另一方面最重要的运行参数。 分析如果上述影响因素及地表沉降的幅度之间有明显的相关性可以得出，有的来自巴塞罗那的观测数据的呈现在下面的图表。2.3.1 岩土参数的影响上面的TBM通道，用于隧道的一部分后隧道轴线最终表面住区示于图6a。下面地下水位隧道的深度和显著不同土

14、壤条件的区域，即在第三粘土的第一部分，然后改变到三级粉砂土，被标记在图6a为好。测得的地表沉降不超过整个隧道长度超过0.5厘米体积损耗因子V 在射程只有0.1。最大的定居点发生在PK5+400和PK4+700之间的隧道掘进机的开始 第三粘土。这是可能通过的获得的适应来解释定居点在隧道长度减少隧穿过程有关的适当的阈值和用于限制该定义的第一部分期间的经历隧道掘进机操作。地下水在高度上的位移隧道底部的影响不能说。 在左右的位移的幅值所有反射的测量精度的表面平整约。0.1厘米必须予以考虑。2.3.2 几何参数的影响 图6b示出了隧道的深度相比，上述测得的表面安置的变化隧道轴线。 因为相邻的建筑物的距离

15、几乎相同的在整个隧道的长度，只是位置圣家堂和米拉之家被标记 其他显著建筑物的垂直轴维修的隧道掘进机，这将是计划中的维护站紧急竖井在隧道的后续操作。还有就是表面下穿隧道的深度没有明显的影响，但值得注意的是，在定居圣家堂和米拉之家的附近是相当小相较于其他部分。这种效果的原因可能是钻孔桩墙或隧道掘进机的一个特别细心操作的效果。接近维护轴在帕迪拉街路口（PK3930）和BRUC街（PK2+500）大定居点比neighboured部分发生。另外，虽然最大值仅约0.3cm的影响隧道掘进机进入和离开轴的复杂的程序 - 包括对地下水降落措施里面。2.3.3 操作参数的影响 在TBM的预期是最重要的运行参数，即

16、表现在施工时，平均提前速度，在切割轮和在该顶部的表面压力的转矩工作腔，在比较上述隧道轴线的表面住区示于图7。 在图7（施工时间与隧道长度）的顶部图形中的三个较大的步骤显示了这三个计划维修站中的轴。在该部分中的较小的步骤开始于约。 PK的3+900秀附加 维修站的隧道掘进机的改变引起的沙质土壤中的高耐磨性的刀具。这些作品是 高压条件下进行的。三、 建筑物的地铁站上面的解构法兰克福的城市，主要，德国，计划重新设计的历史中心。历史悠久的外墙及楼宇会重建。表面上创造必要的空间高达14层的高层建筑被解构。高层建筑及其地下停车场覆盖2隧道和城市地铁的地铁站制度。上层建筑的负载直接转移到隧道和地下车站。图8

17、给出了一个概述在解构前的主要情况。结构的密封是由外面层沥青基材料。它必须保证现有高层建筑的解构，并在建设新的建筑物的地下结构和能级的密封保持不变。用于此目的特别是由于解构的隆起和地下结构和能级的变形是项目根据该观测方法的执行过程中监测。3.1。土壤和地下水条件3.1 土壤和地下水条件土壤和地下水条件如下： （1）、0米至7米：四级砂和砾石；（2）、7个至30米：法兰克福粘土；（3）、低于30 M：法兰克福石灰石；（4）、在6米的深度地下水水位；地下水位由美茵河这为180m远的影响。岩土调查的过程中两个含水层已经遇到。顶部含水层位于非黏性土壤。下部承压水层位于法兰克福的粘土和石灰石法兰克福。3.

18、2解构作品的监测根据项目的分类成乳油7的岩土工程3类，即类的很困难的项目，有580个测量点了广泛的大地测量的监测程序安装。220个测量点位于各地的解构建筑110位于地下停车场，并在的的能级解构建筑30都在地铁站，其余220顷位于隧道。现有建筑物被解构下到2个层次。发生由于土壤的卸的隆起被显示在选择的点，见图9和图10a。该选择的测量点1到4是前一个高层建筑的分段。测点5是在过渡O 2 F 3 地铁站的隧道。在测量点1至4中的检测1和5 cm之间的隆起解构时间（3月-2010年12月）。测点5的测量隆起是小于0.5厘米。解构下降到2010年12月的能级后，能级的修正开始。在该阶段只有负载进行无显

19、着变化。整个项目区和附近的于2012年10月的隆起在右侧绘制于图10。由于法兰克福粘土的降低应力水平隆起的不断提高，由于在整合过程。 8.5厘米的最大抬升测量的地区，最有两层解构。该隆起褪色向下涉及到的距离非常快。之所以没有危险的变形附近进行测定。四、 总结从巴塞罗那和法兰克福所提出的案例研究表明，只有高层次的分析与比较根据欧洲规范7的观测方法是保证安全施工阶段对项目本身和影响结构。这意味着该土壤的产生变形的影响有期间要考虑的一个早期规划阶段，并具有在分析和设计考虑。为了验证分析，并证明所有的设计项目，大型土体变形必须由观察法来进行监测。从巴塞罗那环保局驱动器的数据的分析表明，所观察到的，很小的地表沉降，即做不超过0.5厘米，不能清楚地相关联的一些特殊参数。之间的几何参数的维护轴的位置，似乎有一定影响力。中所选择的操作参数的表面压力显示了位移影响最大。所观察到的数据表明，该表面住区可以减少到一个减至最低，仔细和高度监管TBM性能。在法兰克福该项目的情况下，证明了现有建筑的解构过程中的土壤被卸载和放松由于减少了应力水平。粘性土材料，如粘土作出强烈的反应时间依赖性。例如在第三法兰克福粘土放松的时间延误的原因是卸载以厘米为单位的尺寸。