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原文传递邻近既有建筑的地铁深基坑支护方案优化与变形风险控制

论文题名：	邻近既有建筑的地铁深基坑支护方案优化与变形风险控制
关键词：	地铁施工;深基坑支护;可靠性分析;变形风险
摘要：	在邻近既有建筑的环境下进行地铁深基坑施工，其面临的主要风险为基坑支护结构变形引发邻近建筑物出现不均匀沉降乃至破坏的风险。为了有效控制基坑变形以保证邻近建筑物的安全，论文通过理论分析、数值模拟以及现场监测等多种研究手段，对邻近既有建筑的地铁深基坑变形风险展开研究，主要研究内容如下：　　运用理论分析法和数值模拟法研究了地铁深基坑施工对邻近既有建筑的影响，在此基础上从建筑物承载能力角度出发，提出由建筑物承载能力决定的基坑变形控制标准的确定方法。该方法的实施步骤是：首先根据建筑物类型及长高比将建筑物分为大刚度建筑和小刚度建筑。接着，根据广义建筑物破坏等级标准与建筑物差异沉降值之间的关系，推算出当建筑物发生建筑破坏（外观破坏）时的允许最大差异沉降值。再根据最大差异沉降值与基坑最大水平位移之间的函数关系，通过解方程得到基坑最大水平位移限值（控制标准）。　　提出一种基于可靠性分析的基坑支护方案优化方法。即在考虑影响地铁深基坑支护结构变形的随机性、模糊性和未确知性等不确定性因素的基础上，采用响应面法重构支护结构变形失效功能函数，并运用证据理论计算支护方案的失效概率，若失效概率满足风险接受准则，则认为方案是可行的；否则，通过求解方案参数的可靠性灵敏度以确定参数优化顺序。为了克服运用证据理论进行失效概率求解时计算成本较大的瓶颈，论文通过构建辅助区域的方法减少实际参与可靠性计算的焦元数目，从而有效地提高了可靠性计算效率。　　建立了由监测指标——监测断面——基坑整体的地铁深基坑施工风险评价及预警体系。论文利用地铁深基坑施工风险监测一般分断面展开的特点，将地铁深基坑施工风险评价与预警分为监测指标、监测断面和基坑整体三个层次。其中，监测指标层的风险评价与预警只需将指标监测值与风险评价标准值相对照即可实现；监测断面层的风险评价是利用投影寻踪法能将高维数据投影到低维空间，从而实现在低维空间中研究高维数据结构特征的特点，将多维风险指标监测数据融合成一维的断面风险值，从而有效避免了传统风险评价与预警方法中人为因素的影响。基坑整体层的风险评价是在基坑断面风险评价的基础上，运用信息扩散理论将每个监测断面携带的风险信息（风险评价值）向一个共同的风险指标论域进行扩散，并将扩散得到的指标论域值作为基坑整体风险评价值，从而实现了对基坑整体进行风险评价与预警的目的。　　提出一种将前景理论与证据理论相结合的基坑变形风险控制方案决策方法。该方法运用层次分析法的理念建立由目标层、因素层和指标层构成的基坑变形风险控制方案决策指标体系；以决策者对工程的期望目标为参照点建立前景决策矩阵；将各方案的指标前景值作为证据，通过证据合成得到各方案的信度区间，并以此为依据进行方案决策。　　将以上研究成果应用于长沙地铁3号线某车站深基坑工程以验证成果的适用性。通过理论计算和数值模拟得到由邻近建筑物承载能力控制的基坑变形控制标准，在此基础上考虑强风化泥质粉砂岩层的重度、钻孔围护桩的直径、第一道钢筋混凝土支撑的厚度等9项不确定因素的影响，对基坑支护方案进行可靠性分析与优化，按照优化后的方案组织施工，并对施工风险进行动态评价与分层预警。当风险评价值超过风险预警标准，也即基坑处于危机状态时，运用论文提出的方案决策方法对风险控制方案进行快速决策。实例验证结果表明，论文的研究内容贯穿了地铁深基坑施工的全过程，为系统控制邻近既有建筑的地铁深基坑变形风险提供了理论依据，具有一定的实用价值。
作者：	魏道江
专业：	土木工程建造与管理
导师：	康承业;李慧民
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安建筑科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文