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    西安環(huán)球中心金花大樓爆破作用下周邊地鐵的安全性研究

    2018-05-22 11:13:22郭輝
    中國科技縱橫 2018年7期
    關(guān)鍵詞:道床大樓區(qū)間

    郭輝

    摘 要:以國內(nèi)爆破最高建筑-西安環(huán)球中心為工程背景,采用機器人自動化和人工選點監(jiān)測方式,主要從周邊地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)、軌道變形入手,研究爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)對周邊地鐵的影響。監(jiān)測結(jié)果表明,超高層建筑爆破對周邊地鐵區(qū)間隧道有很大影響,利用機器人監(jiān)測能較好的測出區(qū)間隧道各結(jié)構(gòu)部位變形,保證了地鐵結(jié)構(gòu)的安全,同時與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)相比,充分驗證區(qū)間隧道中測量機器人的優(yōu)越性。

    關(guān)鍵詞:西安環(huán)球中心;爆破;地鐵結(jié)構(gòu);測量機器人

    中圖分類號:O329 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-2064(2018)07-0135-03

    隨著我國城市建設(shè)發(fā)展的速度越來越快,原有的地標(biāo)建筑已經(jīng)嚴(yán)重影響了城市的發(fā)展,因此,在世界上很多地方,原有的地標(biāo)性建筑被拆除,例如,重慶的會仙樓,武漢大學(xué)的老牌坊等。[1]在拆除過程中,目前多采用機械化拆除、爆破等,爆破根據(jù)炸藥的類型分為多種爆破形式。[2]在以往的工程爆破中,高層建筑爆破很少,然在地鐵影響范圍內(nèi)爆破超高層結(jié)構(gòu),是前所未有的,近日高達(dá)118m的地標(biāo)建筑-西安市環(huán)球中心金花大樓被成功爆破,成為國內(nèi)目前國內(nèi)爆破最高建筑。[3]因西安環(huán)球中心距西安地鐵三號線較近,爆破產(chǎn)生的巨大沖擊波和堆載對已建成的地鐵結(jié)構(gòu)有很大影響,為了充分保證結(jié)構(gòu)的安全,本文正基于此,展開對距環(huán)球中心41.6m的三號線區(qū)間隧道進(jìn)行監(jiān)測,采用機器人自動化和人工監(jiān)測相校核的方式,主要對地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)振動、平面位移,變形縫沉降,周邊收斂,道床及左右軌道變形等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,研究超高層爆破對周邊地鐵的影響程度。

    1 西安環(huán)球中心爆破概況及監(jiān)測方案

    1.1 西安環(huán)球中心爆破概況

    環(huán)球西安金花辦公大樓爆破工程其主樓地下一層,地上二十六層,樓頂還建有鏤空鋼網(wǎng)架。建筑總高度為118m,距延~科區(qū)間盾構(gòu)隧道直線距離為41.6m,對大樓爆破方案經(jīng)過多方論證,最終確定為金花大樓爆破后遠(yuǎn)離地鐵方向倒塌(即反向倒塌);其平面及剖面位置如圖1所示。[4]

    1.2 監(jiān)測實施方案

    本次監(jiān)測范圍位于地鐵3號線延平門站~科技路站區(qū)間內(nèi),即環(huán)球西安中心金花大廈影響區(qū)間隧道范圍內(nèi),左右線(ZDK16+340.668~ZDK17+023、YDK16+343.121~YDK16+989.478)監(jiān)測范圍長約1400m,主要監(jiān)測項目見表1所示。

    監(jiān)測過程中,按10m布置一個斷面,各設(shè)65個斷面,每個斷面上主要監(jiān)測道床、隧道結(jié)構(gòu)、變形縫、左、右線變形,其中在距離環(huán)球中心爆破最近距離處安裝一臺爆破振動儀,監(jiān)測爆破過程中地鐵結(jié)構(gòu)振動情況。

    2 自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測

    2.1 爆破振動頻率監(jiān)測

    在于環(huán)球中心在直線距離最近的地鐵襯砌上設(shè)置一組爆破測振儀,監(jiān)測地鐵結(jié)構(gòu)的水平和豎直振動情況。[7]

    通過圖2、3分析可得出:金花大樓爆破過程中,對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動速率均未達(dá)到控制爆破振動速率;水平振速與豎直振速相比,水平振速遠(yuǎn)大于豎直振速;經(jīng)過分析,爆破振動速率對地鐵影響不大的主要原因是大樓倒塌方向應(yīng)遠(yuǎn)離地鐵結(jié)構(gòu)。

    2.2 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測

    通過圖4、5所示,分別為區(qū)間隧道平面位置x(與隧道斷面平行)、y方向(與隧道中線平行)上的位移,監(jiān)測發(fā)現(xiàn):機器人監(jiān)測的平面位移有所大幅度增加,距離爆破最近的地鐵結(jié)構(gòu)平面位移超出了規(guī)范規(guī)定的控制值,周邊選取的各個監(jiān)測點也達(dá)到預(yù)警值,而人工監(jiān)測過程中,平面位移增加不大,距離爆破最近的監(jiān)測點僅達(dá)到預(yù)警值,主要原因是機器人監(jiān)測系統(tǒng)是在一時間段內(nèi)實時監(jiān)測的,監(jiān)測到爆破瞬間地鐵的位移變化值,而人工監(jiān)測,是在爆破結(jié)束3個小時后,確保人員安全后才進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道中進(jìn)行監(jiān)測工作,因此監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定的差異,同時也說明金花大樓爆破一瞬間,距離最近的地鐵區(qū)間隧道超出了控制值,平面x方向的位移比y方向的位移大的多,說明大樓爆破后,區(qū)間隧道受到大樓堆載旁壓后,向隧道斷面x方向整體發(fā)生了位移。

    同時,機器人監(jiān)測的數(shù)值比人工監(jiān)測的數(shù)值大,說機器人監(jiān)測爆破引起地鐵位移變化的可靠性。

    2.3 區(qū)間隧道拱頂下沉及周邊位移收斂監(jiān)測

    隧道周邊收斂在隧道底墻和拱肩處分別布設(shè)了收斂監(jiān)測點。分析可得出,區(qū)間隧道周邊收斂在爆破一瞬間數(shù)值很大,爆破后隨著時間的增長,數(shù)值變化很小,速度越來越慢,隧道趨于收斂。拱肩收斂值與底墻收斂值相比較,拱肩的收斂值略大于底墻,說明隧道周邊拱肩受力略大。

    拱頂沉降在大樓爆破后,隧道拱頂剛開始沉降較大,隨著時間的增加,拱頂處的沉降值控制在10mm以內(nèi),滿足規(guī)范要求。

    2.4 軌道平順性監(jiān)測

    爆破對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的沖擊力,為了保證列車的正常通行,除了對隧道結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行監(jiān)測,還應(yīng)對軌道進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測項目主要包括軌道結(jié)構(gòu)縱向差異,水平變形及距離。

    2.4.1 軌道平面位移監(jiān)測

    如圖6、7所示,x表示與軌道垂直方向上的位移,y表示平行于軌道方向上的位移。通過分析可得,距離爆破最近的軌道在爆破一瞬間x方向的位移值達(dá)到2.7mm,但人工監(jiān)測的僅有1.8mm,有一定的差值,但二者均未達(dá)到控制值,與y方向的位移進(jìn)行對比,與軌道平行y方向上的位移在0.8mm-0.36mm之間,比x方向的位移量小很多,說明金花大樓爆破使地鐵結(jié)構(gòu)整體往x方向移動,而y方向的位移是由于軌道向最近距離偏移造成的,位移量很小。

    2.4.2 軌道平面距離監(jiān)測

    軌道受到爆破沖擊及堆載旁壓后,兩根軌道受力后位移并不完全相同,因此還需對軌道平面距離進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果如圖8所示,通過分析可得出,距離爆破最近位置處的兩根軌道間的距離最大相差2mm,爆破一瞬間軌排距離相差較大,但仍在控制范圍內(nèi),其余各軌道距離隨著時間的增加,相差距離趨于平穩(wěn),但距離爆破最近的軌道距離有增加的趨勢。

    2.4.3 道床及軌道平面沉降監(jiān)測

    對軌道和道床沉降分別進(jìn)行監(jiān)測,見圖9-11,通過分析可以看出,道床和軌道的沉降趨勢大體相同,爆破一瞬間位移較大,隨著時間的增加,沉降速率逐漸減小,道床及軌道結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定;道床與軌道的位移經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn),道床與軌道同一監(jiān)測點沉降值存在一定的差異,爆破瞬間沉降差異相差較大,隨著時間的增加,道床與軌道的沉降差異曲線沿著軌道方向類似于“波浪型”,差異值在±0.2mm以內(nèi)波動,符合列車運行的平順性要求。

    3 結(jié)論與建議

    本文以目前國內(nèi)爆破最高建筑—西安環(huán)球中心金花大樓爆破為依托,采用機器人監(jiān)測,并通過人工選點監(jiān)測相擬合,以周邊地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)、道床及軌道變形等參數(shù)為控制基準(zhǔn),研究爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)地鐵的安全性能,得到以下結(jié)論:

    (1)通過爆破過程中對地鐵結(jié)構(gòu)振動速率監(jiān)測發(fā)現(xiàn),大樓爆破瞬間對地鐵結(jié)構(gòu)振動速度較大,水平振動速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎直振動速率,但不論水平還是豎直方向上的振動速率,均在控制范圍內(nèi)。(2)對周邊地鐵區(qū)間隧道平面位移監(jiān)測發(fā)現(xiàn),大樓爆破使地鐵區(qū)間隧道產(chǎn)生了一定的側(cè)向位移,利用機器人監(jiān)測系統(tǒng)很好地監(jiān)測出爆破瞬間隧道的平面位移,x方向的平面位移多點已經(jīng)達(dá)到預(yù)警值,但爆破過后,各個監(jiān)測點的平面位移有一定的減小,均在控制值范圍內(nèi);與人工選點監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合,離散度在8%左右,且人工監(jiān)測未能監(jiān)測出大樓爆破瞬間地鐵區(qū)間隧道平面位移的變化。(3)對軌道及道床平面位移及沉降監(jiān)測,大樓爆破對軌道平面位移影響不大,而對沉降影響較大。道床和軌道的沉降趨勢大體相同,爆破一瞬間位移較大,隨著時間的增加,沉降速率逐漸減小,道床及軌道結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定;道床與軌道的位移經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn),道床與軌道同一監(jiān)測點沉降值存在一定的差異,爆破瞬間沉降差異相差較大,隨著時間的增加,道床與軌道的沉降差異曲線沿著軌道方向類似于“波浪型”,差異值在±0.2mm以內(nèi)波動,符合列車運行的平順性要求。

    綜合考慮了地鐵結(jié)構(gòu)振動速率、隧道結(jié)構(gòu)的沉降及平面位移、軌道的平面位移及軌道之間距離、道床與軌道之間的沉降差等安全參數(shù)可以發(fā)現(xiàn),在地鐵影響范圍內(nèi),爆破超高層建筑結(jié)構(gòu)反向倒塌方案是可行的。

    參考文獻(xiàn)

    [1]陳琦.既有建筑拆除行政審批制度研究[D].北京交通大學(xué),2015,7-13.

    [2]盧文波,耿祥等.深埋地下廠房開挖程序及輪廓爆破方式比選研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2011,30(8):1513-1514.

    [3]李秦.國內(nèi)工程爆破現(xiàn)狀及發(fā)展前景的探討[J].工程爆破,1999,3(5):83-84.

    [4]中鐵隧道勘測設(shè)計院.西安環(huán)球中心金花大樓爆破影響地鐵結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測[M].2015.

    [5]中國建筑工業(yè)出版社.城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(GB50911-2013)[S].2013.

    [6]中國計劃工業(yè)出版社.爆破安全規(guī)程GB6722-2011[S].2011.

    [7]陳慶,王宏圖.隧道開挖施工的爆破振動監(jiān)測與控制技術(shù)[J].巖土力學(xué),2005,25(6).

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