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1、合作研究单位：武汉理工大学,二O一六年七月,负责单位：中铁建设集团有限公司基础设施事业部,中铁建设集团有限公司科技项目结题汇报,复杂环境超深基坑工程施工组织与技术研究,汇报大纲,研究内容,研究背景,研究成果,研究目标,成果应用,超高层建筑和地下空间开发和利用使得超深基坑也越来越多，基坑工程呈现出“深、大、近、紧、难”的特点，超深基坑不断涌现。目前，对超深基坑施工组织的重要性认识不足，对基坑工程支护结构强度的关注度远远胜过基坑施工过程控制与管理。具体表现在： （1）基坑开挖施工组织与基坑开挖过程自身的变形与应力场变化结合不紧，对施工过程安排缺乏科学指导； （2）合理的支护参数与施工开挖步序优化重
2、视不够； （3）将数值模拟技术及施工监测反分析相结合指导施工不够； （4）超深基坑的一些超常规尺寸排桩与桩基或地下连续墙施工效应和施工工艺研究不足； （5）风险管理技术在深基坑工程的应用研究不够。,研究背景,研究目标,项目主要以集团公司的具体工程项目为依托，针对目前施工中存在的问题，结合现场试验、现场测试、数值模拟与理论分析等手段，对超深基坑工程施工组织与技术开展深入研究。其成果对于提高超深基坑的施工与管理水平，保障本集团超深基坑项目的顺利实施具有重要意义。同时，研究成果对提高超深基坑实践与理论水平，具有一定的理论价值，可为类似工程提供有益的参考。,研究内容,超深基坑地下连续墙成槽施工 效应与
3、施工技术,超深基坑施工组织与设计优化,超深基坑施工风险评价与管理,超深基坑施工设备与监测技术创新,超深基坑施工组织与设计优化,锚索张拉试验分析 深基坑土方开挖方案选型及数值模拟优化 基坑桩锚支护参数优化分析 基坑坑中坑开挖对基坑安全的影响分析 基于监测反分析的深基坑施工动态预测,“合肥恒大中心项目”位于合肥市滨湖新区 ，拟建场地划分为A、B、C、D四个地块。拟建C地块南侧开挖深度22.4m，内部坑中坑开挖6.0m.基坑除东侧采用放坡支护，其余侧均采用排桩与预应力锚索共同组成的支护体系。,依托工程：“合肥恒大中心项目”基坑,南 侧,北 侧,锚索长25m （锚固段长为18m） 二次注浆,锚索长21
4、m （锚固段长为14m） 单次注浆,锚索长21m （锚固段长为14m） 二次注浆,锚索张拉试验分析,锚索长21m（锚固段长为14m） 平均极限抗拔力375KN,锚索长25m（锚固段长为18m）平均极限抗拔力501KN,锚索张拉试验分析,(1)方案甲：直接分层开挖,(2)方案乙： AB区交替分层开挖,(3)方案丙： AB区先后分层开挖,深基坑土方开挖方案选型及数值模拟优化,深层水平位移,甲 方 案,乙 方 案,丙 方 案,桩顶水平位移,地表沉降,锚索轴力,深基坑土方开挖方案选型及数值模拟优化,甲方案在坑中坑开挖前各测点最大深层水平位移值均明显小于其他两个方案，故应优先考虑甲方案。,甲、乙两方案各
5、侧桩顶最大水平位移值均小于丙方案，故应优选甲、乙两方案。,丙方案中南侧测点组J3的沉降最大值达到36.2mm，已结超过了预警值，故丙方案不予考虑。甲、乙两方案均是可行方案，但甲方案中各侧坑外地表沉降值较小，应优先考虑。,甲方案中各排锚索轴力最大值最小，且均小于预警值，其余两个方案部分锚索的轴力最大值已超过预警值，故在锚索轴力这一项的评比中，甲方案应优先考虑。,深基坑土方开挖方案选型及数值模拟优化,锚索倾角,自由段长度,支护桩刚度,自由段长度,支护桩桩长,预应力,支护桩间距,基坑桩锚支护参数优化分析,优化后，可较好的减小支护桩的变形，桩顶位移从50.5mm减小到20.3mm，减小幅度较大。,基坑
6、桩锚支护参数优化分析,坑中坑抗隆起安全系数,基坑坑中坑开挖对基坑安全的影响分析,坑趾系数,内外坑深度比,外坑支护结构插入比n,安全系数,支护结构最大侧移,坑中坑开挖,减小百分比,增大百分比,多种组合,坑趾系数,内外坑深度比,外坑支护结构插入比n,基坑坑中坑开挖对基坑安全的影响分析,随机生成若干弹性模量样本组,深层水平位移样本组,BP神经网络,学习,测试,数值模型 计算,基于实测值反演弹性模量,替换更新,基于监测反分析的深基坑施工动态预测,S2,S3,东侧,北侧,西侧,南侧,基于监测反分析的深基坑施工动态预测,超深基坑地下连续墙成槽施工效应与施工技术,地下连续墙成槽引起土压力再分布 地下连续墙施
7、工成槽效应对围护结构的影响 武汉二元结构地层下地下连续墙成槽施工地表沉降 地下连续墙施工成槽效应对周边环境的影响 地连墙成槽槽壁稳定性评价方法 地连墙钢筋笼整体吊装工艺分析,绿地超深基坑地处长江边，基坑呈长方形，长304m，宽121m，基坑周边采用“两墙合一”地下连续墙作为基坑围护体。基坑区厚度为1200mm，区和区厚度为1000mm；地下连续墙墙顶标高-2.350m，深度47.35m 55.45m，各槽段间设置工字形型钢接头。,依托工程：“武汉绿地国际金融城”基坑,建立模型,施加泥浆压力,施加注浆压力,混凝土固结硬化,成槽跳跃开挖,地下连续墙成槽引起土压力再分布,深度6m,深度18m,深度3
8、0m,土压力沿着静止土压力值上下波动，波峰出现在每幅墙体中心位置附近，波谷靠近墙体连接处。 6m深处和30m深处的波动幅度较之18m处的影响幅度大，说明泥浆压力、注浆压力与土压力差值是影响墙后应力重分布波动幅度的主要原因。,地下连续墙成槽引起土压力再分布,地下连续墙施工成槽效应对围护结构的影响,水平支撑高度布置图,数值模型,开挖步骤,墙 体 水 平 位 移,地 表 沉 降,支 撑 轴 力,在三项指标的对比中，考虑施工过程效应模型计算得到的结果较之不考虑模型计算得到的结果均要大。,地下连续墙施工成槽效应对围护结构的影响,组合1：黏土层厚15m，砂土层厚35m，成槽20m 组合2：黏土层厚20m，
9、砂土层厚30m，成槽40m,组合1,武汉二元结构地层下地下连续墙成槽施工地表沉降,组合2,土层参数,黏聚力c,内摩擦角,弹性模量E,泊松比v,土侧压力系数K0,黏土中地表沉降的参数敏感性,武汉二元结构地层下地下连续墙成槽施工地表沉降,内摩擦角,弹性模量E,不同泊松比v,侧压力系数K0,砂土中地表沉降的参数敏感性,武汉二元结构地层下地下连续墙成槽施工地表沉降,地下连续墙施工成槽效应对周边环境的影响,三维模型,平面模型,沿y轴正方向各测点x分布,沿y轴正方向各测点y分布,沿y轴正方向各测点sy分布,为区分具体参数的结果，使用下列标记法： 如F(2,1,1)对应的是深度19.5m、土侧压力系数为0.
10、6、三维模型.,保角映射函数,平面上带矩形孔洞无限大薄板映射到平面,解析解、数值解对比验证：两者吻合良好,地下连续墙施工成槽效应对周边环境的影响,弹性模量,泊松比,侧压力系数,成槽尺寸,侧压力系数,成槽尺寸,y 的参数敏感性分析,Sy 的参数敏感性分析,地下连续墙施工成槽效应对周边环境的影响,水平条分法,垂直条分法,二维楔形体 破坏模型,3M方程评价模型,4M方程评价模型,假定： 破坏模型为倾斜平面滑动面的楔形体； 开挖槽段附近各土层厚度分布均匀且分界面垂直于槽面； 破坏是一个瞬间过程。,地连墙成槽槽壁稳定性评价方法,4M方程评价模型不仅考虑了力的平衡，还额外考虑了对O点弯矩的平衡，与仅满足力
11、平衡条件相比，多出未知量竖向条间力力臂、滑动面上的法向力力臂及沿O点抗翻转系数分别为d(i)、e(i)、(i)。,滑块整体力矩平衡方程,地连墙成槽槽壁稳定性评价方法,随地表超载q变化趋势,随泥浆高差Hs变化趋势,随泥浆重度s变化趋势,随地下水位zw变化趋势,随着地表超载的增大，安全系数降低，临界角度增加。,随着泥浆高度差的增大，安全系数有减小的趋势，临界滑动面角度增大，泥浆液面高度在穿过不同土层时发生突变，在同土层内接近线性分布。,随着泥浆重度的增大，安全系数增大，临界角度减小，变化规律接近线性分布,随着地下水位的下降，安全系数明显增大，临界角度减小。,地连墙成槽槽壁稳定性评价方法,地连墙钢筋
12、笼整体吊装工艺分析,吊点力测量,钢筋应变测量,挠度测量,钢筋笼吊装示意图,应 变 测 点 位 置,挠 度 测 点 位 置,注:（1）黑色空心圆（共16处）表示吊点处应变测点位置。 （2）黑色实心圆（共20处）表示钢筋笼表面应变测点位置。 （3）黑色实心正方形（共4处）表示钢筋笼弦杆应变测点位置,钢筋的有限元模型,吊绳的有限元模型,钢筋笼的变形图,钢筋笼的轴力云图,钢筋笼整体吊装测试试验,有 限 元 模 拟,现 场 实 测 值,吊 点 力 对 比,挠度对比,应变对比,钢筋笼整体吊装测试试验,超深基坑施工风险评价与管理,基坑事故风险因素分析与评估方法 多源信息融合的深基坑安全预警模型研究 基于监测
13、的超深基坑施工期风险管理方法,本工程广西九洲天龙房地产开发有限公司兴建项目，框架-核心筒结构，建筑高度301.60米。基坑支护方案采用桩锚加大直径环撑支护形式，基坑开挖深度27.5m。,依托工程：“广西九洲国际”基坑,地下水原因,勘察原因,设计原因,施工质量问题,监理原因,其他原因,基坑整体失稳,围护结构位移过大,基坑周边环境破坏,内因,外因,基坑事故风险因素分析与评估方法,基 坑 风 险 事 故,D-S证据理论,基坑事故风险因素分析与评估方法,基 坑 风 险 评 估 方 法,基于多监测信息融合的风险评估方法,基于监测的超深基坑施工期风险管理方法,实时监测数据,D-S证据理论信任区间,多源信息
14、融合的深基坑安全预警模型研究,计算规则,权重计算,深基坑各监测项目的mass函数,（0.38, 0.26, 0.16, 0.07, 0.09, 0.04）,判断矩阵,监测项目权重,多源信息融合的深基坑安全预警模型研究,基于监测的超深基坑施工期风险管理方法,监测指标风险概率取值,风险概率,风险损失,风险概率的级别划分,风险损失级别划分,风险度等级划分标准,基坑风险评价指标体系,概率风险取值标准,基于监测的超深基坑施工期风险管理方法,各监测项目风险概率,风险概率三级,风险损失三级,总体风险度为2级,基于监测的超深基坑施工期风险管理方法,超深基坑施工设备与监测技术创新,三用地下连续墙接头刷壁器 破桩
15、头时测斜管接长套管保护结构及施工方法,拟建泉州泰和广场位于泉州市区丰泽区田庵村刺桐路津淮街田安路之间,设有四层地下室，地下四层底板面标高为-19.70m（局部-20.5m），底板底标高为-20.7m，基坑开挖至底板垫层底的深度20.03m。采用800mm厚地下连续墙围护结构，连续墙总长约419m，采用柔性接头。,依托工程：“泉州泰和广场”基坑,三用地下连续墙接头刷壁器,工字钢型接头,十字板型接头,圆形锁口管接头,破桩头时测斜管接长套管保护结构及施工方法,研究成果,主要创新点,基于现场实测与数值模拟，揭示了深基坑地下连续墙成槽施工引起墙周土压力的变化规律及其形成机理 。 基于弹性理论，采用复变弹
16、性理论建立了地下连续墙成槽施工引起周边土体水平应力和位移的解析解模型 。 基于极限平衡理论，提出并建立了深基坑地下连续墙成槽开挖楔形体破坏的水平条分法 。 通过现场对地下连续墙钢筋笼钢筋笼整体吊装吊点力、钢筋应变以及挠度的测量与数值模拟，优化了连续墙钢筋笼整体吊装工艺 。 以多监测项目作为基坑风险的评价指标，考虑监测项目之间的相对重要性及其信息融合，兼顾风险概率和风险损失，建立了基于现场监测的深基坑工程施工期动态风险评估方法 。 针对深基坑坑中坑开挖的抗隆起稳定性，对于外坑为桩锚支护，内坑为土钉墙的支护形式，理论推导了两种工况下的基坑抗隆起稳定性计算公式。 发明了一种测斜管接长套管保护结构、一种破桩头时测斜管接长套管保护结构及施工方法、一种三用的地下连续墙接头刷壁器 。,研究成果,查新报告,研究成果
