基于BIM的大型分体式地铁车站施工关键技术研究
发布时间：2021-07-04 16:15
随着我国城市建设的迅速发展和城市人口密度的急剧增加,城市交通拥堵问题日益严重,合理地开发利用地下空间资源进行城市轨道交通的建设,已然成为了解决这一难题的有效途径。地铁车站的建设作为地铁工程项目的重点和难点,随着基坑工程越来越朝着“更深”、“更宽”的方向发展,其建设施工的规模和难度也大大增加。因此深入研究地铁车站深基坑工程施工对基坑围护体系、周围土体及邻近建筑物的变形影响规律,确定高效先进的地铁车站施工关键技术对保障地铁车站工程安全顺利地开展有着非常重要的意义。本文基于哈尔滨地铁3号线哈平路地铁车站工程实际,针对由既有地道桥完全分隔的超深超宽“分体式”地铁车站深基坑及附属工程,运用数值模拟的研究方法,在分析研究了深基坑施工对围护结构和既有地道桥影响规律的基础上,通过利用BIM技术共同确定了最佳的工程施工方案和关键技术,并对地铁车站项目的施工建设过程进行了信息化管理。本文的主要研究内容及结论如下:（1）结合工程地质条件和施工风险源,针对哈平路站的南北两侧深基坑工程,采用Midas GTS NX软件建立了三维精细化数值模型,分析了深基坑施工对围护结构水平变形、周边地表沉降变形、地道桥结构水平...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
哈平路站位置及周边建筑分布图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文12图2-2哈平路站重点结构相对位置图图2-3哈平路地铁车站结构布置图哈平路地铁车站地所处地质条件为岗阜状平原地貌，地层分布由上而下分别为杂填土层、粉质粘土层和中粗砂层。地层简单、稳定，且此车站未见地表水，地下水主要是第四系孔隙水和上层滞水。2.1.2工程特点此车站是哈尔滨地铁建设以来规模和难度最大的地铁车站之一。（1）风险源多哈平路站不但含有自身深基坑开挖、盖挖施工、暗挖施工等自身风险源之外，还有诸多环境风险源。如哈平路站基坑开挖深度为29米，距离地道桥2m～10m，为I级风险；暗挖主体下穿1.4m直径给水管，距离仅3.8m，为I级风险；盖挖段正上方存在着既有保健路地道桥；基坑周边存在着多栋重要的建筑物。（2）工艺复杂由于车站受到换乘、管线、站位、地上建筑物、既有地道桥等的多方面影响，导致不能按照常规车站施工工艺进行组织，为保证车站施工不得不采取明挖、盖挖、暗挖、半铺盖等众多工艺相结合的方式进行。（3）体量庞大虽然本站长度只有150米左右，但是其宽度大、深度深，且还有联络通道、换乘节点等施工内容，导致其总的工程体量相当于三个常规车站的大小，是一个由既有地道桥分隔开的超深超宽大型分体式地铁车站。（4）施工条件恶劣哈尔滨属于高寒地带，最低气温-41.4℃，最大冻结深度1.98m。且本站地处保健路和哈平路交叉口，两条道路均为哈尔滨城区主要交通道路，车流量大，施工场地狭小，对于施工的正常组织和材料的运输都有较大影响。2.2有限元法简介有限元法的基本原理是将整个连续体通过相关软件离散成有限个单元体，同
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文17的原则等效为地下连续墙进行分析，此法称为等刚度法。假设钻孔桩径为D，桩净距为t，如下图2-8所示。图2-8转换方式图示则桩等效为厚度为D+t的地下连续墙，若等效后的墙厚为h，则有：()34111264D+thπ=D310.8381hDtD=+依据上式将钻孔灌注桩等效为地下连续墙后的参数如下表2-2所示。表2-2支护结构材料参数表支护形式弹性模量(kN/mm2)泊松比型号尺寸及布置形式(mm)钻孔灌注桩300.3C30φ1000@1300等效地下连续墙300.3C30h=768混凝土支撑300.3C30800×1000钢支撑2000.3Q235φ609，t=16混凝土冠梁300.3C301000×1000~1200×2500混凝土腰梁300.3C30600×800~1400×1000立柱桩300.3C30φ1200钢腰梁2000.3Q2352工45c钢连系梁2000.3Q2352C40a2.4.2模型假设及边界条件由于深基坑工程施工现场复杂、情况多变，为了让有限元模拟过程尽可能地与真实状态相符，选择适当的本构模型非常重要。且基坑开挖时受时空效应的影响，所以在保证不影响主要分析计算结果的前提下，对深基坑的建模和计算需进行一定的假设。根据前文的介绍，本次建模中土体采用考虑区分加卸载的修正摩尔-库伦本构模型，而等效地下连续墙、立柱桩、钢支撑、冠梁、腰梁、连系梁等结构单元采用线弹性本构模型。模型中基坑以及邻近保健路地道桥的围护结构均采用板单元模拟，土层及保健路地道桥主体结构采用三维实体单元模拟。冠、腰梁及立柱等使用一维梁单元；
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市地铁车站基坑施工变形监测与数值模拟[J]. 王玉田,范思广,姜福香,姜建,陈立飞. 青岛理工大学学报. 2019(06)
[2]基坑开挖对临近基坑地铁高架结构变形的影响[J]. 梅祯,肖军华,王炳龙. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(04)
[3]软土层对地铁狭长深基坑地表沉降的影响研究[J]. 张艳书,薛栩超,庄海洋,刘雪珠. 地下空间与工程学报. 2018(06)
[4]地铁车站深基坑绿色信息化施工研究[J]. 王洪德,孙亚萍. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]G68项目深基坑综合施工与BIM技术研究[J]. 李双清. 中国高新科技. 2018(22)
[6]基于DEM-CFD方法的基坑工程漏水漏砂引发地层运移规律的数值模拟[J]. 戴轩,郑刚,程雪松,霍海峰. 岩石力学与工程学报. 2019(02)
[7]基坑开挖引起邻近既有地铁隧道位移计算的研究[J]. 魏纲,赵城丽. 现代隧道技术. 2018(01)
[8]BIM技术在基坑设计中的应用[J]. 张春辉,武文娟,宋杨. 山西建筑. 2017(05)
[9]共用地下连续墙深基坑影响下地铁车站与隧道节点变形分析[J]. 冉岸绿,李明广,陈锦剑,王建华. 隧道建设. 2016(07)
[10]软土地区深基坑围护结构综合刚度研究[J]. 张戈,毛海和. 岩土力学. 2016(05)
博士论文
[1]深基坑开挖对坑外深层土体及邻近隧道的影响研究[D]. 邓旭.天津大学 2014
硕士论文
[1]基坑开挖对基坑及临近建筑物的变形影响研究[D]. 羊科印.西安理工大学 2019
[2]BIM技术在深基坑工程施工中的应用研究[D]. 钟金玲.福建工程学院 2019
[3]BIM技术在地铁项目实施阶段的应用问题研究[D]. 李靖平.吉林建筑大学 2019
[4]合肥地铁伊宁站基坑工程开挖对临近建筑物影响[D]. 张仁伟.安徽理工大学 2018
[5]深基坑开挖对地铁结构的影响研究[D]. 李占峰.长安大学 2017
本文编号：3265114
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
哈平路站位置及周边建筑分布图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文12图2-2哈平路站重点结构相对位置图图2-3哈平路地铁车站结构布置图哈平路地铁车站地所处地质条件为岗阜状平原地貌，地层分布由上而下分别为杂填土层、粉质粘土层和中粗砂层。地层简单、稳定，且此车站未见地表水，地下水主要是第四系孔隙水和上层滞水。2.1.2工程特点此车站是哈尔滨地铁建设以来规模和难度最大的地铁车站之一。（1）风险源多哈平路站不但含有自身深基坑开挖、盖挖施工、暗挖施工等自身风险源之外，还有诸多环境风险源。如哈平路站基坑开挖深度为29米，距离地道桥2m～10m，为I级风险；暗挖主体下穿1.4m直径给水管，距离仅3.8m，为I级风险；盖挖段正上方存在着既有保健路地道桥；基坑周边存在着多栋重要的建筑物。（2）工艺复杂由于车站受到换乘、管线、站位、地上建筑物、既有地道桥等的多方面影响，导致不能按照常规车站施工工艺进行组织，为保证车站施工不得不采取明挖、盖挖、暗挖、半铺盖等众多工艺相结合的方式进行。（3）体量庞大虽然本站长度只有150米左右，但是其宽度大、深度深，且还有联络通道、换乘节点等施工内容，导致其总的工程体量相当于三个常规车站的大小，是一个由既有地道桥分隔开的超深超宽大型分体式地铁车站。（4）施工条件恶劣哈尔滨属于高寒地带，最低气温-41.4℃，最大冻结深度1.98m。且本站地处保健路和哈平路交叉口，两条道路均为哈尔滨城区主要交通道路，车流量大，施工场地狭小，对于施工的正常组织和材料的运输都有较大影响。2.2有限元法简介有限元法的基本原理是将整个连续体通过相关软件离散成有限个单元体，同
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文17的原则等效为地下连续墙进行分析，此法称为等刚度法。假设钻孔桩径为D，桩净距为t，如下图2-8所示。图2-8转换方式图示则桩等效为厚度为D+t的地下连续墙，若等效后的墙厚为h，则有：()34111264D+thπ=D310.8381hDtD=+依据上式将钻孔灌注桩等效为地下连续墙后的参数如下表2-2所示。表2-2支护结构材料参数表支护形式弹性模量(kN/mm2)泊松比型号尺寸及布置形式(mm)钻孔灌注桩300.3C30φ1000@1300等效地下连续墙300.3C30h=768混凝土支撑300.3C30800×1000钢支撑2000.3Q235φ609，t=16混凝土冠梁300.3C301000×1000~1200×2500混凝土腰梁300.3C30600×800~1400×1000立柱桩300.3C30φ1200钢腰梁2000.3Q2352工45c钢连系梁2000.3Q2352C40a2.4.2模型假设及边界条件由于深基坑工程施工现场复杂、情况多变，为了让有限元模拟过程尽可能地与真实状态相符，选择适当的本构模型非常重要。且基坑开挖时受时空效应的影响，所以在保证不影响主要分析计算结果的前提下，对深基坑的建模和计算需进行一定的假设。根据前文的介绍，本次建模中土体采用考虑区分加卸载的修正摩尔-库伦本构模型，而等效地下连续墙、立柱桩、钢支撑、冠梁、腰梁、连系梁等结构单元采用线弹性本构模型。模型中基坑以及邻近保健路地道桥的围护结构均采用板单元模拟，土层及保健路地道桥主体结构采用三维实体单元模拟。冠、腰梁及立柱等使用一维梁单元；
【参考文献】：
期刊论文
[1]城市地铁车站基坑施工变形监测与数值模拟[J]. 王玉田,范思广,姜福香,姜建,陈立飞. 青岛理工大学学报. 2019(06)
[2]基坑开挖对临近基坑地铁高架结构变形的影响[J]. 梅祯,肖军华,王炳龙. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(04)
[3]软土层对地铁狭长深基坑地表沉降的影响研究[J]. 张艳书,薛栩超,庄海洋,刘雪珠. 地下空间与工程学报. 2018(06)
[4]地铁车站深基坑绿色信息化施工研究[J]. 王洪德,孙亚萍. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2018(06)
[5]G68项目深基坑综合施工与BIM技术研究[J]. 李双清. 中国高新科技. 2018(22)
[6]基于DEM-CFD方法的基坑工程漏水漏砂引发地层运移规律的数值模拟[J]. 戴轩,郑刚,程雪松,霍海峰. 岩石力学与工程学报. 2019(02)
[7]基坑开挖引起邻近既有地铁隧道位移计算的研究[J]. 魏纲,赵城丽. 现代隧道技术. 2018(01)
[8]BIM技术在基坑设计中的应用[J]. 张春辉,武文娟,宋杨. 山西建筑. 2017(05)
[9]共用地下连续墙深基坑影响下地铁车站与隧道节点变形分析[J]. 冉岸绿,李明广,陈锦剑,王建华. 隧道建设. 2016(07)
[10]软土地区深基坑围护结构综合刚度研究[J]. 张戈,毛海和. 岩土力学. 2016(05)
博士论文
[1]深基坑开挖对坑外深层土体及邻近隧道的影响研究[D]. 邓旭.天津大学 2014
硕士论文
[1]基坑开挖对基坑及临近建筑物的变形影响研究[D]. 羊科印.西安理工大学 2019
[2]BIM技术在深基坑工程施工中的应用研究[D]. 钟金玲.福建工程学院 2019
[3]BIM技术在地铁项目实施阶段的应用问题研究[D]. 李靖平.吉林建筑大学 2019
[4]合肥地铁伊宁站基坑工程开挖对临近建筑物影响[D]. 张仁伟.安徽理工大学 2018
[5]深基坑开挖对地铁结构的影响研究[D]. 李占峰.长安大学 2017
本文编号：3265114
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