城市地下工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)及其控制

前言

　　在城市地下空間大開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，作為地下工程建設(shè)核心，安全風(fēng)險(xiǎn)管理得到了越來(lái)越多的重視，這也是工程建設(shè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。傳統(tǒng)的隧道工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制多是基于工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，并緊密結(jié)合監(jiān)控量測(cè)與反饋方法進(jìn)行的，這在以往的工程建設(shè)中起到了重要的作用。隨著地下空間開(kāi)發(fā)力度的加大，建設(shè)速度的加快，以及環(huán)境條件更加復(fù)雜多變，以工程經(jīng)驗(yàn)為主體的安全風(fēng)險(xiǎn)管理面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，近十余年來(lái)我國(guó)在新建城市地鐵及地下工程建設(shè)中出現(xiàn)過(guò)多起安全事故，其主要原因就是缺乏對(duì)安全事故發(fā)生機(jī)理及演化過(guò)程的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)在包括規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、工程招標(biāo)、施工和運(yùn)營(yíng)5個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化和累積效應(yīng)重視不夠，進(jìn)而影響到控制方案的可靠性?！　‰S著我國(guó)城市軌道交通和地下工程建設(shè)規(guī)模的加大，不同城市的地層與環(huán)境條件及其相互作用更加復(fù)雜，這對(duì)城市地下工程的安全性也提出了更高的要求。在這方面，國(guó)外多是以理念的建立和定性研究為主，更多的是側(cè)重于結(jié)構(gòu)與巖土材料的可靠度計(jì)算方法，缺乏可操作性；國(guó)內(nèi)則側(cè)重于監(jiān)控量測(cè)、數(shù)值模擬分析以及監(jiān)控量測(cè)方法和軟件方面的研究，并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的工程和環(huán)境條件?！　≌\(chéng)如本書(shū)所言，目前制約城市地下工程安全性控制的關(guān)鍵是方案決策的科學(xué)化、設(shè)計(jì)施工的精細(xì)化和管理的規(guī)范化等三個(gè)方面的有機(jī)結(jié)合，安全性的科學(xué)分析是基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工和規(guī)范化管理的技術(shù)保障。本書(shū)作者張頂立教授提出變形控制的學(xué)術(shù)思想，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)以工程為依托，注重研究成果的工程應(yīng)用，對(duì)安全事故的發(fā)生機(jī)理和控制理論進(jìn)行了多年的理論研究與實(shí)踐，形成了較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，主要表現(xiàn)為：①基于“地層-結(jié)構(gòu)”的動(dòng)態(tài)作用分析，提出了既有結(jié)構(gòu)控制標(biāo)準(zhǔn)的精細(xì)化確定方法；②創(chuàng)新了地層與結(jié)構(gòu)變位分配的原理和方法，實(shí)現(xiàn)了安全性的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制；③建立了結(jié)構(gòu)物注漿抬升機(jī)理分析模型，形成了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，使復(fù)雜的城市隧道穿越工程得以可靠的實(shí)現(xiàn)。以此為基礎(chǔ)形成了較為完整的安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系，成為本書(shū)的核心內(nèi)容?！　≡摃?shū)的出版將對(duì)整體提升我國(guó)城市地下工程建設(shè)的安全性控制水平起到積極的推動(dòng)作用，同時(shí)也祈望將隧道及地下工程相關(guān)理論研究工作引向深入，實(shí)現(xiàn)理論研究與工程實(shí)踐的深層次融合，并形成可操作的技術(shù)和工法，進(jìn)而成為我國(guó)隧道及地下工程理論體系的重要內(nèi)容?！　⌒颍ǘ　‰S著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)的城市軌道交通事業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，目前全國(guó)已有33個(gè)城市正在或即將修建城市軌道交通工程。考慮到各地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和建設(shè)環(huán)境的差異性和復(fù)雜性，以及工程影響的不確定性，在城市軌道交通工程建設(shè)，尤其是地下工程建設(shè)中存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，安全風(fēng)險(xiǎn)存在于城市軌道交通工程建設(shè)的全過(guò)程，包括前期規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)和施工建造等，每個(gè)階段的安全風(fēng)險(xiǎn)則具有不同的特點(diǎn)和表現(xiàn)形式，因此其控制的難點(diǎn)和重點(diǎn)也各不相同。實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)前期安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精細(xì)化是避免重大安全事故的保障，將安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提前做實(shí)不僅使后期的控制方案更具針對(duì)性，也是控制工程造價(jià)的重要舉措。這在多項(xiàng)城市軌道工程中已得到驗(yàn)證?！　堩斄⒔淌谔岢鲆宰冃慰刂茷楹诵牡膶W(xué)術(shù)思想，基于“施工引起地層變形—地層與結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用—結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)策”的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)近十年的研究和實(shí)踐，形成了系統(tǒng)的研究成果：基于地層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)作用特點(diǎn)，提出了地層與結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的確定方法；針對(duì)隧道施工的力學(xué)轉(zhuǎn)換特點(diǎn)及時(shí)空效應(yīng)，建立了地層與結(jié)構(gòu)變位分配的過(guò)程控制體系；按照結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)原理，提出了以注漿抬升為主體的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，使結(jié)構(gòu)變形的過(guò)程修復(fù)成為可能，由此形成了關(guān)鍵技術(shù)為主導(dǎo)的安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系。與傳統(tǒng)的工程經(jīng)驗(yàn)控制方法相比，該控制體系在科學(xué)性和精細(xì)化方面取得了重大進(jìn)步，為城市軌道交通及地下工程建設(shè)的規(guī)范化管理奠定了基礎(chǔ)。　　本書(shū)是作者近十年來(lái)理論研究和實(shí)踐應(yīng)用成果的系統(tǒng)總結(jié)，強(qiáng)調(diào)理論研究與工程實(shí)際的緊密結(jié)合構(gòu)成了本書(shū)的重要特點(diǎn)，作者不僅深化了理論研究，而且明確了技術(shù)的內(nèi)涵和發(fā)展方向，是對(duì)淺埋暗挖技術(shù)體系的發(fā)展和完善?？梢?jiàn)，本書(shū)對(duì)在城市軌道交通和地下空間開(kāi)發(fā)領(lǐng)域從事規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和建設(shè)管理的工程技術(shù)人員具有重要的參考價(jià)值，也是從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究人員的重要參考書(shū)?！　”緯?shū)的出版對(duì)我國(guó)目前如火如荼的城市軌道交通建設(shè)，以及城市地下空間開(kāi)發(fā)和利用具有重要的促進(jìn)作用，可望對(duì)軌道交通的線網(wǎng)規(guī)劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工法選擇、控制標(biāo)準(zhǔn)的制定以及建設(shè)過(guò)程的安全性控制提供可靠的技術(shù)保障。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)介紹了作者近十年來(lái)在城市地下工程安全性控制方面的研究成果。作者提出以地層變形控制為核心的學(xué)術(shù)思想，建立了基于關(guān)鍵技術(shù)的安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系，主要包括城市地下工程事故類(lèi)型分析，地層變形宏微觀機(jī)制和特點(diǎn)，地層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)作用模式，安全風(fēng)險(xiǎn)的分析、評(píng)估、控制與監(jiān)測(cè)方法，以及基于地層與結(jié)構(gòu)變位分配的過(guò)程控制和結(jié)構(gòu)狀態(tài)恢復(fù)理論與關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合城市地下工程特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了復(fù)雜大型地鐵車(chē)站的安全建造，以及隧道穿越橋梁樁基、地下管線、復(fù)雜建筑物和既有地鐵構(gòu)筑物的過(guò)程控制實(shí)踐。書(shū)中的相關(guān)研究成果已在多項(xiàng)城市地下工程得到了成功應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，形成了我國(guó)城市地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制的重要技術(shù)模式。
本書(shū)可供廣大從事隧道及地下工程設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和建設(shè)管理的工程技術(shù)人員參考，也可作為高等學(xué)校相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生和研究生的專(zhuān)業(yè)教材。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論
1.1 城市地下工程發(fā)展及其安全性問(wèn)題
1.2 安全風(fēng)險(xiǎn)及工程安全風(fēng)險(xiǎn)
1.3 城市地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)基本特點(diǎn)
1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.5 本書(shū)主要內(nèi)容及研究意義
第2章 城市地下工程及其安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)
2.1 城市地下工程的主要功能
2.2 城市地下工程特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)耐久性
2.3 城市地下工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)
2.4 目前地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理中的主要問(wèn)題
第3章 城市地下工程主要施工方法
3.1 明挖法
3.2 蓋挖法
3.3 鉆爆法
3.4 淺埋暗挖法
3.5 盾構(gòu)法
3.6 TBM法
3.7 不同工法風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)及控制方案
第4章 城市地下工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系
4.1 地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制研究現(xiàn)狀
4.2 安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系建立的基本思路
4.3 安全風(fēng)險(xiǎn)控制的工作程序
第5章 城市地鐵施工典型安全事故及分析
5.1 北京地鐵施工典型安全事故案例
5.2 安全事故類(lèi)型及發(fā)生機(jī)理
5.3 安全事故防治對(duì)策
第6章 城市地下工程施工地層變形機(jī)理
6.1 城市隧道施工地層變形的組成
6.2 地層變形的基本特征
6.3 地層沉降的預(yù)測(cè)
6.4 地層變形模式和特點(diǎn)
6.5 地層破壞模式
6.6 城市隧道的合理埋置深度
第7章 城市隧道施工中地層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)作用體系
7.1 隧道-土體-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)作用體系
7.2 變形地層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)作用特點(diǎn)
7.3 地層與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)作用模式
7.4 地層與結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)相互作用結(jié)果預(yù)測(cè)
第8章 地層與結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)的分析與確定
8.1 控制標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀
8.2 國(guó)內(nèi)外建筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)
8.3 控制指標(biāo)的系統(tǒng)化選擇
8.4 控制標(biāo)準(zhǔn)的制定
8.5 工程實(shí)例
第9章 城市地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
9.1 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序
9.2 建（構(gòu)）筑物現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)估
9.3 建（構(gòu)）筑物剩余變形能力評(píng)估及附加變形預(yù)測(cè)
9.4 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分
9.5 工程實(shí)例
第10章 地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程控制原理與方法
10.1 地層及結(jié)構(gòu)的變位特點(diǎn)
10.2 變位分配的力學(xué)原理
10.3 變位分配的實(shí)施方法
10.4 變位分配方法的應(yīng)用
第11章 注漿抬升與結(jié)構(gòu)變位恢復(fù)技術(shù)
11.1 既有結(jié)構(gòu)變位的過(guò)程恢復(fù)原理
11.2 注漿抬升作用機(jī)理
11.3 注漿抬升數(shù)值模擬分析
11.4 注漿抬升施工技術(shù)要點(diǎn)
第12章 城市隧道穿越既有橋梁與樁基結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)控制
12.1 地層變形與樁基結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系
12.2 地層變形作用下樁基承載力影響因素
12.3 地層變形對(duì)不同樁基影響特點(diǎn)
12.4 樁基承載力損失與樁基沉降關(guān)系
12.5 地層變形對(duì)樁基承載力損失影響評(píng)價(jià)
12.6 隧道施工穿越既有橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)控制
12.7 工程實(shí)例
第13章 大型十字換乘暗挖車(chē)站施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制
13.1 工程概況
13.2 安全風(fēng)險(xiǎn)控制思路
13.3 車(chē)站主體暗挖關(guān)鍵環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素
13.4 工法優(yōu)化及施工影響預(yù)測(cè)
13.5 控制標(biāo)準(zhǔn)制定
13.6 施工中環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制措施
13.7 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制效果評(píng)價(jià)
第14章 城市隧道穿越復(fù)雜建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)控制
14.1 工程概況
14.2 安全風(fēng)險(xiǎn)控制體系的建立
14.3 建筑物現(xiàn)狀調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
14.4 建筑物變形控制指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)值確定
14.5 隧道穿越建筑物施工方案優(yōu)化
14.6 過(guò)程控制方案制定與實(shí)施
14.7 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控及安全預(yù)案
第15章 新建地鐵車(chē)站施工穿越既有地鐵安全風(fēng)險(xiǎn)控制
15.1 工程概況
15.2 安全風(fēng)險(xiǎn)控制工作要點(diǎn)
15.3 既有地鐵結(jié)構(gòu)變形控制標(biāo)準(zhǔn)制定
15.4 施工方案比選
15.5 施工過(guò)程中既有地鐵監(jiān)控量測(cè)分析
15.6 注漿抬升既有地鐵結(jié)構(gòu)機(jī)理及控制
第16章 地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制與管理前景展望
16.1 地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制與管理現(xiàn)狀
16.2 亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題
16.3 前景與展望
參考文獻(xiàn)

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