国内外城市地下空间标准现状与发展

近年来,随着我国城市化快速发展,城市地面空间资源难以负荷,国家大力支持开发利用城市地下空间。本文概述我国城市地下空间开发和利用的发展历程和城市地下空间开发利用保护工作的相关政策,梳理我国现行城市地下空间标准以及国际国外现行城市地下空间标准,并分析存在的问题。针对存在的问题,参考当前国际上现有标准,提出城市地下空间标准发展建议,逐步建立和完善我国城市地下空间标准体系,促进我国城市地下空间可持续发展。

地铁双线隧道下穿既有车站冻结加固冻胀控制措施

针对城市长距离大断面地下空间冻结工程的冻胀特性问题,依托上海地铁18号线国权路站双线隧道下穿既有车站冻结工程,基于热力耦合方程,利用有限元软件建立三维数值模型,结合室内试验所得物理参数,研究该工程的冻胀位移场演化规律,并探究错峰冻结、调整盐水温度等措施对冻胀位移场的影响规律。在本试验条件下,研究结果表明:①冻胀引起的车站底板变形主要发生于积极冻结期;双线隧道同时冻结模式下,冻结45 d时车站底板竖向位移量达到冻结90 d时竖向位移量的77.72%。②冻结90 d时,错峰冻结工况下车站底板竖向位移量较双线隧道同时冻结时减小了7.7%,表明错峰冻结避免了同一时间段内的冻胀叠加效应,一定程度上降低冻胀效应。③冻结90 d时,调整盐水温度工况下车站底板竖向位移量较温度调控前减小34.2%;表明调整盐水温度可控制冻土扩展速率,有效降低冻胀效应。实际工程中,采用错峰冻结、调整盐水温度等措施协同控制冻胀,车站底板最大竖向位移为25.41 mm;数值模拟所得车站底板抬升规律与实测数据基本一致,有效指导了工程施工。

基坑开挖卸荷对下卧隧道压力拱的影响研究

城市地下空间的开发与利用日益增多,运营的城市隧道周边不可避免地需要开挖,而隧道上方基坑的开挖卸荷对既有隧道压力拱的形成存在较大影响。针对前人研究,总结了基坑开挖3种卸荷比模型,并依据压力拱内外边界判别方法,通过数值模拟研究了基坑开挖卸荷对下卧隧道压力拱形成的影响作用。结果表明:隧道拱顶岩土体受到上方基坑两侧岩土体侧压力的综合作用,相较于一维卸荷比N 1,二维卸荷比N 2与压力拱边界的相关性更为显著。基于基坑开挖对下卧隧道压力拱形成的影响分析,提出了基坑开挖卸荷的工程影响分区,即一般影响区、次要影响区、显著影响区、强烈影响区;基坑开挖宽度L不大于D且基坑开挖深度h小于0.15H时,视为一般影响区;基坑开挖宽度L不大于D且基坑开挖深度h介于0.15H与0.225H之间时,视为显著影响区;基坑开挖宽度L大于D且其二维卸荷比N 2小于0.33时,视为次要影响区;基坑开挖的二维卸荷比N 2不小于0.33时,视为强烈影响区。

昌景黄铁路南昌东站抗浮设防水位研究

研究目的:抗浮设防水位是站房基坑工程中一个十分重要的参数,其数值过高会极大增加工程造价,过低又存在工程风险。现行的规范只有原则性的规定,没有也不可能有量化的取值标准。因此,对于有大型基坑的车站工程,进行抗浮设防水位的专项勘察研究,具有重要的工程意义。本文以昌景黄高速铁路南昌东站基坑工程为例,通过现场实测的孔隙水压力、室内外渗透性试验、地下水渗流场模型试验等方法,对抗浮设防水位的确定进行研究。研究结论:(1)抗浮设防水位建议值:使用期可按场坪标高以下0.5 m(即绝对标高20.00 m)取值,施工期按场坪标高(即绝对标高20.50 m)取值,如后期拟建工程的场坪标高有调整,建议使用期按调整后的场坪标高以下0.5 m取值,施工期按调整后的场坪标高取值;(2)工程场地瑶湖、赣抚平原总干渠和抚河等地表水与地下水难以形成水力联系;地下水的承压水与基岩裂隙水存在直接的水力联系,承压水向基岩裂隙中渗流,在基岩裂隙水丰富且具有承压性的区域,基岩裂隙水向上补给承压水;(3)拟建工程场地中,上层滞水和承压水均位于拟建建筑物基底以上,对工程有较大影响,地下水水位的变化对拟建建筑物的抗浮设防设计有重要的影响;(4)上层滞水远期最高水位按工程建设后的地坪标高考虑,承压水远期最高水位标高按19.00 m考虑;(5)本研究成果可为类似工程抗浮设防水位的确定提供借鉴与参考。

深基坑桩-撑-土组合支护结构的受力特性与优化设计

依托某高层建筑深基坑工程,通过现场试验获得不同施工阶段组合支护结构及基坑关键部位的变形规律。基于土体硬化模型建立深基坑组合支护体系的三维数值模型,对基坑开挖施工进行全过程模拟,分析支护结构体系的桩身弯矩、桩身位移和土压力分布规律。针对反压土的顶宽、高度、坡度以及斜支撑的间距、直径等影响因素设计正交试验,对围护桩受力变形的影响参数进行敏感性分析,并提出优化建议。研究结果表明:围护桩最大位移与最大正弯矩随反压土顶宽、高度、斜支撑直径的增大而减小,随着反压土坡度、斜支撑间距的增大而增大。桩身变形影响因素敏感性从大至小依次为反压土坡高、顶宽、反压土坡度、斜支撑间距和斜支撑直径;对组合支护体系进行设计时,建议在确定土坡自稳角度的前提下,尽量增大反压土土坡高度。

轨道交通换乘站厅携物老人行为-空间适配研究

老年人群作为轨道交通客流中的生理性弱势人群,其携物出行具有差异化的特征与需求,面临环境客观存在的行为障碍。从行为与空间的适配关系切入,调研分析不同携物状态下,轨道交通老年人群的行为分异特征及需求范畴,聚焦精细化空间矛盾点。在此基础上,从空间、设备、标识系统、公共家具等类别的前沿技术的可行应用方面,讨论应对携物老人这类特殊群体行为需求的轨道交通地下换乘站厅空间适配优化设计对策,并通过人因工程仿真软件JACK进行微观模拟,以验证对策的有效性。研究成果可为微观层面空间与行为仿真模拟,以及地下交通建筑公共空间精细化设计提供参考。

可液化地基中隧道上浮的模型试验研究

地下隧道在修建过程中不可避免会穿越可液化地层,在地震作用下会发生砂土液化从而导致结构破坏。以安徽省亳州市汤王大道过河隧道工程为背景,采用室内振动台试验进行缩尺模型的设计与研究,分析地基土体与隧道结构的振动液化响应规律,研究过河隧道工程在地震液化时的上浮变形机理。结果表明:上层土体达到液化时会较下层延迟1.5 s左右,表明上部土体抗剪强度的衰减比下部土体更加明显;土体深度越大,超静孔压上升越快,且峰值越高;振动开始时由于下层土体先液化,会导致一定的向下位移,之后由于浮应力大于有效承载力导致隧道逐渐上浮并趋于稳定,当振动结束后位移的上浮量为8.9 mm。

存量地下空间更新价值评估体系研究

存量地下空间在补充地面空间资源、完善城市设施方面具有巨大的潜力,但在发展过程中凸显出功能集聚但空间匮乏、品质参差且风貌缺失、功能错位且动迁成本高、停车供给不足又缺乏联动等众多问题。因其自身特点复杂且受到的限制较多,如对于公众开放性不足,涉及多个发展目标,影响方案决策的因素较多,以及配套管理机制滞后等,加之缺乏高效的价值评估方法,导致在对其进行更新再利用时面临利用方式的单一和利用效率的不足。本文从全要素研究分析的角度出发,以现状质量、更新需求、成本投入和可获效益4个需求准则进行价值评估指标的选取,经过对多种评估方法的对比,选用特征价格法用于城市存量地下空间价值评估,以存量地下空间更新的微观形成机制估算潜在价值,采用定性分析与定量评价相结合的方式,在重要因素与更新利用之间建立回归模型,选择拟合度较好的半对数模型,并提出借助多元数据,提高评估的准确性,拟合存量地下空间的更新价值分布,以期为存量地下空间的高效、高品质更新利用提供参考。

基于WSN和TJ_UWIS的地下结构变形动态监测平台与教学应用

为实现复杂条件下地下结构变形的动态监测,提高学生对无线监测系统的认知,设计了基于WSN(wireless sensor network)和TJ_UWIS倾角传感支点的无线监测实验平台,并应用于实际教学中。该实验平台测量精度高,可以通过TJ_UWIS倾角传感支点测得地下结构的X/Y/Z三向的倾角变形值,从而反映结构的实际变形状况;最大监测频率可设置为1 min/次,可实现结构变形的精准动态监测。该实验平台的应用,有助于提高学生对无线传感监测系统原理与系统组成的认识,掌握具体应用方法,锻炼学生的专业素养和创新思维。

安全疏散视角下的地下商业空间垂直疏散体等候区设计参数研究

阐述垂直疏散体的定义,通过分析地下商业空间的空间类型、平面布局与流线得到典型平面,探究垂直疏散体等候区面积与疏散效率的关系以及取值范围,为工程实践与地下空间疏散理论研究提供数据支撑。

基坑工程中冠梁刚度的计算方法研究

针对目前基坑设计中存在冠梁刚度计算偏大的问题,开展了冠梁刚度计算方法的研究。首先对现行商业软件中冠梁刚度计算模型进行分析,然后讨论了简支梁受均布荷载和两端固定梁受均布荷载的冠梁刚度计算模型,并给出了相应的刚度计算公式。考虑了圆形基坑和多边形基坑,推导了圆形基坑冠梁刚度的理论计算公式,并将多边形基坑的冠梁刚度与有限元计算的精确解进行了对比。结果表明:简化模型计算的冠梁刚度误差与基坑形状密切相关,因此不宜直接使用简化模型进行计算。相反,将完整的基坑冠梁作为研究对象,在冠梁上施加荷载,求解对应位移,然后根据刚度计算原理得出冠梁的等效刚度是一种可行和可靠的方法。

地下室顶板车行荷载简化计算及补强方法探索

通过调查分析施工荷载特性和地下室顶板极限承载力影响因素,利用荷载规范研究结论,简化地下室顶板车行荷载对顶板结构受力影响的计算方法,并以兰州市某高校公寓楼地下室顶板为研究对象进行实体验证。在顶板荷载设计基础上,通过顶板增加覆土、利用地下室顶板未拆除的钢管架支撑等措施,作为施工临时道路,可满足施工阶段施工车辆满载行车需要。在此基础上,综合分析评估了地下室顶板采取覆土及加固措施可行性及注意事项,为其它工程的后期建设施工提供了合理的计算方法和评估依据。

闽南地区岩溶地质灾害引发场地地基稳定性评价

闽南地区岩溶发育区早期涉及的工程项目数量不多,项目建设对岩溶地质灾害引发的地基稳定性重视不够,由此产生的稳定性问题引出了工程地质评价的局限性。通过基础工程地质问题实例,结合以往地质资料及场地工程地质资料,揭露了隐伏型岩溶分布规律,并采取场地评价、单体评价分析了岩溶场地地基的稳定性,最终得出了岩溶场地地基的稳定性评价分析成果,为基础工程建设提供了设计依据。

超大型地下结构系统地震响应高性能弹塑性流固耦合分析

随着城市地下空间开发进行加快,地下结构的抗震安全问题日益受到重视。为了研究饱和土层,尤其是可液化场地中超大型地下结构的地震响应,必须解决高性能计算、弹塑性本构模型、流固耦合等关键问题。该文基于高性能数值仿真平台GEOSX,开发一套高性能弹塑性流固耦合分析方法。以北京城市副中心站综合交通枢纽为例,采用砂土液化大变形模型进行动力弹塑性流固耦合分析,计算规模超千万自由度。计算结果表明,所开发的分析方法具有较高的并行计算效率,可以实现可液化场地地下结构系统的大规模高效弹塑性流固耦合模拟。对于这一主要处于饱和砂土地层中的超大型地下结构系统,在基本地震作用下,饱和砂土层的最大超静孔压比达到约0.5,产生较为明显的弱化;结构地震层间位移角和内力均满足规范要求,由于存在开洞等断面变化,结构响应三维效应明显;由于与地下结构相连的地上结构相对较小,地上结构对地下结构地震响应影响有限。

软土地区沉井施工引起地表沉降预测计算方法

沉井已被广泛应用于软土区的地下空间建设,但其下沉过程引起的地表沉降大小及分布不清,缺乏预测方法。本文以上海地区某沉井工程为背景,基于上海典型土层的HSS模型计算参数,采用有限差分法模拟圆形沉井下沉,基于对96个数值结果的系统分析和归一化研究,提出了一套沉井施工引起的地表沉降快速预测方法。该方法能够综合考虑沉井直径B、下沉深度H和井内留土高度h对地表沉降的影响。最后采用该计算方法预测了5个工程的地表沉降并同实测数据进行了对比,结果表明,该方法能够很好地预测软土区的沉井施工引起的地表沉降,可为快速评估沉井施工的环境效应提供有效方法。

地下空间开发地质适宜性评价指标选取与赋权

地下空间评价是服务地下空间开发的先导性工作,近二十年以来,国内多个城市开展了不同尺度的地下空间开发地质适宜性评价,由于评价语义不明确以及地质条件和技术人员认识差异等原因,各城市在评价指标选取和赋权方法选择上不尽相同,制约了评价成果的推广和应用。本文基于系统理论提出地下空间开发地质适宜性评价是以地下空间系统边界、组成要素为研究对象,对系统在外部扰动作用下保持相对平衡状态能力进行评判的一项工作,阐明了具体评价要素和内容;在此基础上,重点针对评价指标体系中的层级组织、粒度选择,指标赋权中的方法选择、优化及校验评估等关键问题,构建了一套方法流程体系。海口江东新区的实践表明,以“限制级、安全级、成本级”划分第一准则层,以“复合迭代熵权法”进行权值计算,以统计评估、专业评估和多方法对比进行权值评估的方法,既体现了专业知识的导向性,也体现了数据的客观性与区分性,可为我国滨海平原城市地下空间开发地质适宜性评价提供方法参考。

短时疾增客流下的轨道交通换乘空间应变研究

伴随着以通勤为目的的城市轨道公共交通使用人数的增加,高峰期轨道交通站点内出现的快速变化的、大流量的短时疾增客流使得换乘站点难以安全、稳定、有效地承载客流并满足客流换乘需要。本研究通过实地调研与借助Anylogic平台的仿真来剖析短时疾增客流的特点及其对站内空间的作用效果,将现有的预制式、组装式、折叠式等应变技术或设备作为基础,提出建筑空间层面与站内设备设施层面的分类应变思路。建立应变应用场景与应变技术及措施的对应关系,并探究空间可变在动态优化地下轨道交通站内换乘空间方面的应用。研究成果可为未来既有轨道交通站点的优化设计提供参考。

考虑地下渗流影响的能源地连墙换热性能研究

能源地下连续墙是一类新型的能源地下结构,兼顾结构承载和热量交换的双重功能,地下渗流对能源结构的换热性能影响显著,有必要开展深入研究。以上海自然博物馆的能源地下连续墙为工程背景,利用COMSOL多物理场耦合软件构建数值模型,分析了换热管入口温度、地下水渗流方向、渗流速度、换热运行模式和运行周期对地连墙结构换热量的影响规律。结果表明,地下渗流的流速和方向都对能源结构换热有显著的影响,地下渗流能有效地缓解地下结构换热引起的热量积累,保障能源结构的换热效率。因此,能源地下结构适合在有较好渗流条件的地质环境中应用。地源热泵间歇运行可以有助于土体中的热量恢复,在长期运行工况下,能源结构在夏季的换热量要高于冬季。研究成果对完善能源地下连续墙的设计理论具有一定的参考意义,有助于推动浅层地热能的开发利用。

浅析北京中心城区地下空间更新利用策略

土地是城市发展的宝贵资源,不能无限扩大,必须在原有土地的基础上充分发挥其潜能,提高土地的使用效率,体现城市更新的价值。加强地下空间建设与地上更新之间的联系有着重大的现实意义,不但能改善中心城区的环境,还可以发挥土地最大的商业价值与效益。在进行中心城地下空间开发和改造时,可将地上地下的交通、商业、市政等多功能整合为统一的、相互联系的整体。本文对北京中心城区3种典型的地下空间逐条分析,提出不同类型地下空间更新利用的迫切需求、原则和方式,从前期策划的视角寻求规划策略。总结为:提前策划分步实施、城市功能的补充和转移、结合现状差异化开发以及关注人的感受以共同打造高质量发展的城市环境。

超长电力隧道通风设计运行参数计算方法

为有效排除电缆发热量,超长电力隧道通风能耗巨大。实际运行中电缆大多数时候处于非饱和运行状态,故实际所需的通风量明显小于通风设计工况,因此存在很大的通风节能潜力。但是,由于缺乏理论支持,该节能措施难以落实。为此,本文针对超长隧道内部温度场进行数值模拟研究,探讨通风量、电缆发热强度和通风区段长度的相关性,建立了基于隧道出口气温不高于40℃限制条件下的运行参数关联式,可快速准确地预测已建成隧道实时所需通风量,也可用于隧道设计阶段参数计算。