基于GIS的隧道开挖引发地表建筑物损害评价与防御研究 ——以青黄海底隧道青岛端接线工程为例

论文摘要

城市隧道开挖不可避免会对周围土体产生扰动,进而对邻近的建筑物产生影响,严重时会危及建筑物的安全。随着经济的发展和城市化水平的提高,地表建筑物越来越密集,建筑物价值也越来越高,隧道开挖与地表建筑物的矛盾日益突出。因此,研究城市隧道开挖引起的地表移动与变形及对邻近建筑物的影响、评价建筑物的损害程度、针对损害建筑物提出相应的防御措施,对于保证建筑物的安全和正常使用具有重要意义。本文以青黄海底隧道青岛端接线工程为例,针对隧道云南路主线ZK1+180～ZK1+240段及其右侧的1#建筑物进行了如下几个方面的深入研究。（1）采用基于概率积分法的沉陷预计软件对隧道开挖引起的地表移动与变形进行计算,并详细分析了其变化特点;（2）采用有限元软件ANSYS,将地表移动与变形作为初始条件输入地表建筑物,根据得到的应力、应变结果进一步评价隧道开挖对地面建筑物的损害情况;（3）从隧道施工、地层加固、已建建筑物结构抗变形、拟建建筑物本体加固、建筑物设计方法五个方面研究和分析了隧道开挖引发的地表临近建筑物损害的防御措施,确保隧道开挖对地面建筑物损害最小,从而实现隧道开挖与地面建筑物保护相协调;（4）以ArcGIS地理信息系统为基础平台,利用VB语言强大的二次开发功能,集成专业型隧道开挖区地表建筑物损害评价与防御空间决策系统,编制了专业的数据管理模块、建筑物损害评价模块和防御决策模块。该系统的开发丰富了地理信息系统的功能,实现了程序的模块化和隧道开挖区建筑物损害与防御决策的可视化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出及其研究意义
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.2.1 隧道开挖引发的地表建筑物损害评价的研究历史及现状
• 1.2.2 GIS的发展与研究现状
• 1.2.3 相关研究存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 基于GIS的建筑物损害评价与防御相关理论
• 2.1 隧道开挖引起的地表移动与变形分析
• 2.1.1 地表移动与变形的类型
• 2.1.2 基于概率积分法的地表移动与变形计算
• 2.2 地表移动与变形对地面建筑物的影响分析
• 2.2.1 地表移动与变形对建筑物的影响特征
• 2.2.2 地表移动与变形引起地面建筑物破坏的计算和理论分析
• 2.3 地理信息系统理论基础
• 2.3.1 ArcGIS概述
• 2.3.2 GIS的基本功能
• 2.3.3 基于GIS评价建筑物损害的优越性
• 2.4 本章小结
• 第3章 隧道开挖对地面建筑物损害评价
• 3.1 原型条件
• 3.1.1 工程地质条件
• 3.1.2 隧道原型
• 3.1.3 建筑物原型
• 3.2 地表移动与变形预测
• 3.2.1 地表移动与变形数值计算
• 3.2.2 地表移动与变形结果分析
• 3.3 地表移动与变形对地面建筑物损害有限元分析
• 3.3.1 ANSYS程序简介
• 3.3.2 结构原型有限元建模分析
• 3.3.3 地表移动与变形作用下建筑物的内力分析
• 3.4 地表建筑结构损害评价
• 3.4.1 地面建筑物损害评价方法
• 3.4.2 地面建筑物损害评价标准
• 3.4.3 地面建筑物的损害评价
• 3.5 本章小结
• 第4章 隧道开挖引发的地表临近建筑物损害防御措施
• 4.1 隧道施工措施
• 4.1.1 矿山法施工措施
• 4.1.2 盾构施工措施
• 4.1.3 顶管施工措施
• 4.2 地层加固措施
• 4.3 地表拟建建筑物的结构抗变形措施
• 4.4 地表已建建筑物本体加固措施
• 4.4.1 增大截面法
• 4.4.2 外包钢法
• 4.4.3 外包混凝土法
• 4.4.4 外部粘钢加固法
• 4.4.5 粘贴碳纤维法
• 4.5 建筑物设计方法改善措施
• 4.6 本章小结
• 第5章 隧道开挖区建筑物损害评价与防御空间决策系统的构建
• 5.1 系统的建设思路
• 5.1.1 系统运行环境
• 5.1.2 系统总体框架和流程图
• 5.2 需求分析
• 5.2.1 数据需求
• 5.2.2 功能需求
• 5.3 数据库设计
• 5.3.1 数据库的建立
• 5.3.2 数据库访问机制
• 5.4 功能模块简介
• 5.4.1 沉陷仿真计算子系统
• 5.4.2 损害计算子系统
• 5.4.3 防护决策子系统
• 5.5 功能实现
• 5.5.1 基本功能
• 5.5.2 图形查询
• 5.5.3 损害计算
• 5.5.4 防护决策
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢