城市大型地下空间暗挖工法适应性研究

作     者：袁贝 

作者单位：中国科学院大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈卫忠

授予年度：2019年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：地下空间 暗挖工法 评价体系 数值模拟 

摘      要：中国337个主要城市地下可开发空间资源达到90亿平方米，城市地下空间的合理开发利用，是实现城市可持续发展重要的途径，城市大型地下空间开发工法的选择至关重要。在建筑物、管线密集区、市中心及居民生活区，暗挖工法的优势使其具有重要的应用价值和前景。目前国内外对多种暗挖工法适应性横向比较的研究较缺乏，也缺少暗挖工法适应性比较的定量化研究。导致无法对地下空间各暗挖工法适应性进行综合对比分析，实现定性与定量相结合的高效率研究，从而无法对城市地下空间开发时暗挖工法适应性的选择上提供全面和精准的建议。 本文选取五种典型的地下空间暗挖工法，深入分析其工作原理和工程适宜性，通过对大量的实际工程案例和相关文献的分析研究，建立起五种暗挖工法的综合评价体系，并运用模糊层次分析法，对工法的适应性及优先级进行评判，利用MATLAB程序设计出暗挖工法自动化决策方法，并应用于城市某大型地下停车场建设工法的选择上，并结合ABAQUS软件进行数值模拟确定了地下停车场施工时最优施工顺序方案。 本文的主要研究内容和成果如下: (1)基于模糊层次分析法的地下空间暗挖工法的适应性研究 将地下空间开发利用暗挖工法选取时考虑的的因素分为地质条件，线路条件，环境与工期条件，造价与安全，并将其作为作为一级指标，将地层特征，地下水，长度，断面特征，埋深，沉降，工程场地、工程期限，工程造价，安全控制作为二级指标。选取了具有代表性的土压平衡盾构法，泥水平衡盾构法，顶管法，浅埋暗挖法，管幕法，五种暗挖工法建立了一套评价指标体系，运用模糊层次分析法，并对每个指标量化而建立对应的隶属度函数，进行了工法的适应性及优先级的评价分析。 (2)城市大型地下空间暗挖工法适应性决策方法 结合利用MATLAB/GUI的交互平台，绘制出层次分析法的计算流程框图以及GUI结构设计图，再编制出模糊层次分析法MATLAB程序，最后设计出地下空间暗挖工法决策分析的GUI界面，并且通过实例的分析，验证了软件的可靠性与正确性。为地下空间暗挖工法适应性分析决策提供了软件支持。 (3)城市大型地下停车场暗挖法施工顺序优化研究 结合某浅埋大型地下停车空间建设的实际工程情况进行了严密比选，确定出了5种代表性的施工方案。应用有限元分析ABAQUS软件进行数值模拟，以地层沉降、顶管断面水平位移及管片结构应力作为施工顺序优化目标，确定出了最优的施工顺序方案。