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我校教育部长江学者创新团队攻克兰州地铁世界级技术难题

发布日期:2017-08-29 17:08:04  点击量:483   信息来源:原创  返回上一页 关闭页面 打印




兰州日报826日消息,随着东方红广场站最后一块顶板浇筑完成,兰州轨道交通1号线一期工程建筑规模最大的车站主体结构顺利封顶。至此,1号线一期工程全线20座车站已有18座主体结构封顶。

据了解,兰州轨道1号线一期东方红广场站地质为上卵石下红砂岩复合型地质,基坑采用切割咬合排桩围护结构进行围护,明挖和局部盖挖方式施工。车站总建筑面积为64798平方米,其建筑规模在全国名列前茅。参建各方先后克服了管线迁改量大、原位保护及迁改困难、交通疏解困难、基坑安全风险高、地质复杂及施工难度大等诸多难题,历经磨难,终于完成了东方红广场站主体结构施工。

东方红广场站在施工过程中遇到了西北地区罕见的红砂岩地层,属于世界级施工难题,国内外可供借鉴的经验非常少。红砂层地质遇水成泥,具有流塑性,给施工带来安全隐患。针对其特点,项目部多次组织专家现场论证,并与兰州理工大学展开科研合作,通过基坑外深井降水和止水帷幕阻水、基坑内轻型井点降水等创新工艺,成功攻克这一难题。

东方红广场站主体结构胜利封顶标志着红砂岩这个世界级地质难题带来的所有施工困难均被克服并取得成功,红砂岩这个地质难题有可能引发的所有安全风险得到了圆满规避,也为红砂岩地质条件下深基坑施工及地下空间开发利用积累了成功的经验。

教育部长江学者创新团队攻克世界级技术难题

受“中铁二十局集团市政工程有限公司”委托,兰州理工大学“西北恶劣环境下土木工程防灾减灾研究”教育部长江学者创新团队承担了“兰州特殊红砂岩地层深基坑围护结构设计与施工技术研究”的研究项目。在项目负责人朱彦鹏教授,主要骨干周勇教授、叶帅华副教授以及20多位博硕士研究生的努力下,成功攻克了兰州特殊红砂岩地层深基坑围护结构设计与施工技术难题。

兰州地铁工程地质条件,全国最复杂?

中国工程院钱七虎院士认为:兰州地铁工程的地质条件,在我们中国是最复杂、最不利的地质条件,在世界上也属于前列

兰州东方红广场站是兰州地铁项目中最大的一个车站,也是全国第三大地铁车站;其基坑深度为17.0-22.0m、地下空间结构复杂、地下管线繁杂、周边建构筑物密集,更重要的是,在施工过程中遇到了西北地区罕见的红砂岩地层。西北地区经验和地勘报告认为兰州地铁开挖遇到的强风化红砂岩成岩作用差,易变形坍塌,地层赋水性差,为相对不透水层。然而,经过东方红广场站及兰州地区多个房建基坑开挖发现,兰州第三系红砂岩透水性明显,将其定义为隔水层明显不妥,遇水易风化、多呈於泥状。

面对难题,工大科研工作者有办法!

面对兰州特殊红砂岩地层深基坑围护结构设计与施工技术难题,兰州理工大学课题组负责人朱彦鹏教授带领团队老师首先通过一系列室内外试验,为车站基坑降排水方案的设计及优化提供理论依据,同时也为数值模拟和理论计算提供可靠参数;其次,通过理论计算和数值模拟对地铁支护结构、抗浮设计等进行验算与优化,提出地铁支护结构优化方案和新型降水方案;最后,进行工程实际应用和现场监测,同时掌握了基坑开挖和降水引起的地面沉降及其周边环境的变化规律;通过改良试验,并给出了建议改良配比及控制参数。

研究成果有这些,一起涨姿势!

1)首次证实了兰州地区的红砂岩具有透水性和弱胶结性,其渗透系数量级介于10-4cm/s10-3cm/s之间,将其定义为隔水层不妥,应为透水层。

2)根据实验结果,红砂岩层为透水层。在此基础上进行抗浮验算,结果表明车站的总体水浮力有一定的增加,但考虑到红砂岩孔隙率较小,红砂岩中水与车站地板和侧壁实际接触面应小于30%,因此,综合考虑将红砂岩渗透引起的水浮力按照30%取值后,则车站原抗浮设计偏于保守。

3)经过进一步计算及数值模拟分析后,将第二道及第三道混凝土支撑变更为钢支撑。变更后现场监测结果显示,桩顶水平位移、支撑轴力、测斜值等各项指标满足基坑稳定性要求。

4)利用坑外及周边降水井(降水井间距10m,深入底板以下15m),降低坑内外水头差;坑内利用真空泵降水,采取降一层水,开挖一层的方式;坑内明水直接开挖集水井及时抽排的三位一体降水方法,有效解决了砂岩降水难题。

5)基于正交试验对基坑开挖产生的红砂岩废料采用水泥、石灰、黄土及其混合料进行不同配合比的改良试验,通过对抗剪强度指标影响次序及其显著性水平对比分析发现,采用黄土改良后的红砂岩经过压实后可以用于路用回填料,最佳配合比:含水率10.5%,黄土25%,水泥7%

中铁集团在验收中指出,兰州理工大学关于红砂岩这一技术难题的研究成果,在兰州轨道交通一号线东方红广场站施工中成功应用,有效节约了东方红广场站支护结构施工费用、缩短了施工工期,取得了良好的社会经济环保效益,应用前景广阔,技术成果总体达到国际先进水平,其中红砂岩的降水技术达到国际领先水平。建议形成工法,以利推广应用。

朱彦鹏教授介绍,从兰州轨道交通开始建设以来,兰州理工大学“西北恶劣环境下土木工程防灾减灾研究”教育部长江学者创新团队就参与到了技术难题的研究中,目前有三项课题成功结题,并在之后的2号线、4号线建设中,继续发挥力量。

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