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引領(lǐng)城市隧道上方區(qū)域的開發(fā)

在羅馬尼亞布加勒斯特西部，一家土地開發(fā)商啟動(dòng)了一項(xiàng)總投資為250萬(wàn)歐元的項(xiàng)目，這是這座城市建造在地鐵隧道上方的第一棟住宅樓。最初的結(jié)構(gòu)規(guī)劃是地上十層，外加地下停車場(chǎng)。作為隧道保護(hù)區(qū)的先驅(qū)性項(xiàng)目，它的占地空間不規(guī)則，需要征得地鐵運(yùn)營(yíng)商的批準(zhǔn)，并需要向運(yùn)營(yíng)商演示隧道微乎其微的位移以及對(duì)結(jié)構(gòu)力的影響。SAIDEL Engineering 的任務(wù)是提供結(jié)構(gòu)和巖土工程設(shè)計(jì)，通過(guò)提供安全且經(jīng)濟(jì)高效的地基設(shè)計(jì)，減少建筑物對(duì)隧道襯砌的總體影響。

(資料圖片僅供參考)

這個(gè)項(xiàng)目非常復(fù)雜，需要 SAIDEL Engineering 修改占地空間的形狀，減少建筑物的不規(guī)則性，滿足其功能和建筑需求，還須同時(shí)獲得保守的地鐵運(yùn)營(yíng)商的批準(zhǔn)。在 SAIDEL Engineering 參與進(jìn)來(lái)之前，此項(xiàng)目曾經(jīng)被駁回，隨后拖延了兩年。為了讓項(xiàng)目盡快繼續(xù)下去，他們需要確定一項(xiàng)創(chuàng)新的挖掘計(jì)劃和地基概念設(shè)計(jì)，并征得地鐵運(yùn)營(yíng)商 Metrorex 的認(rèn)可。

提高精確度，優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于 Metrorex 嚴(yán)格要求最大限度降低對(duì)隧道的影響，SAIDEL Engineering 最初開展了二維巖土工程分析，以確定并展示符合位移與結(jié)構(gòu)要求的可行挖掘和地基解決方案。然而，團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)三維巖土工程建模和分析提高概念地基設(shè)計(jì)的安全性。在獲得挖掘批準(zhǔn)的同時(shí)，SAIDEL Engineering 公司還開發(fā)了三維模型，以提高精確度，優(yōu)化巖土工程設(shè)計(jì)，從而獲得批準(zhǔn)。SAIDEL Engineering FEM 設(shè)計(jì)工程師 ?erban Nicolau 表示：“鑒于項(xiàng)目的敏感性，我們希望提高解決方案的安全性。”

但是，SAIDEL Engineering 不僅在對(duì)地樁和墻墩荷載進(jìn)行建模時(shí)面臨著許多障礙，還面臨著模型尺寸帶來(lái)的許多挑戰(zhàn)，模型包含110 萬(wàn)個(gè)單元和150 萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)。他們需要采用先進(jìn)的巖土工程應(yīng)用程序，為地鐵運(yùn)營(yíng)商提供精確、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)和文件，證明結(jié)構(gòu)地基和它上面的10 層住宅樓對(duì)隧道襯砌的影響微乎其微。

推進(jìn)巖土工程建模和分析

作為 PLAXIS 長(zhǎng)達(dá)十年的用戶，SAIDEL Engineering 知道 Bentley 的巖土工程應(yīng)用程序是這個(gè)項(xiàng)目的最佳選擇。Nicolau 表示：“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，使用 PLAXIS 三維分析是自然而然的一步。”他們使用該軟件進(jìn)行了平面應(yīng)變分析，開發(fā)了三維模型，提高了精確度和優(yōu)化程度，比較了三維分析和原始二維模型，以進(jìn)一步增強(qiáng)人們對(duì)項(xiàng)目地基的信心。團(tuán)隊(duì)評(píng)估了在地樁上使用簡(jiǎn)易筏或筏的可行性，同時(shí)考慮了在擴(kuò)大或不擴(kuò)大地基時(shí)不同的直徑和長(zhǎng)度。他們還分析了在包圍隧道的地基地樁之間的筏下面使用 15 厘米厚聚苯乙烯泡沫塑料的可能性。對(duì)于土體結(jié)構(gòu)交互，他們使用 PLAXIS 中獨(dú)特的本構(gòu)土體建模功能進(jìn)行了非線性分析。

為克服建模障礙，SAIDEL Engineering 利用了 PLAXIS 中的其他高級(jí)功能，包括使用六角形棱鏡對(duì)地樁進(jìn)行建模，并使用剛體特征來(lái)對(duì)墻墩荷載進(jìn)行建模，以確保收斂。他們使用該軟件精確地建模和分析了潛在的解決方案，以及這些解決方案在施工和生命周期運(yùn)營(yíng)的各個(gè)階段對(duì)隧道襯砌的影響，從而獲得了地鐵運(yùn)營(yíng)商批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)概念。獲得接受的解決方案是在 37 根樁上搭建 1.5 米厚的筏板，直徑 1.08米，長(zhǎng) 18 米。其公司的三維計(jì)算表明，這種設(shè)計(jì)在挖掘過(guò)程導(dǎo)致了約超過(guò) 6 毫米的隆起，在建筑服務(wù)期間導(dǎo)致了約超過(guò) 6 毫米的沉降，對(duì)地鐵隧道幾乎沒有影響。

釋放未來(lái)開發(fā)潛力

通過(guò)使用 PLAXIS 促進(jìn)高度精確的建模和分析，SAIDEL Engineering 得以在項(xiàng)目中斷兩年后，短短三個(gè)月內(nèi)獲得批準(zhǔn)，使項(xiàng)目重回正軌。該軟件高度先進(jìn)的土體模型和動(dòng)態(tài)施工模擬提供了快速、用戶友好且可靠的工程環(huán)境，加快了精確的有限元建模，改善了整體巖土工程和結(jié)構(gòu)迭代。

SAIDEL Engineering 執(zhí)行經(jīng)理兼設(shè)計(jì)主管 Ion R?ileanu 表示：“自 2000 年以來(lái)，我們的團(tuán)隊(duì)成員成功將 PLAXIS 用于各種國(guó)際項(xiàng)目，以及羅馬尼亞最復(fù)雜的高層建筑深層開挖工程和地基系統(tǒng)。通過(guò)施工和服務(wù)期間的監(jiān)測(cè)，巖土工程分析結(jié)果得到了確認(rèn)。團(tuán)隊(duì)在安全經(jīng)濟(jì)的建模方面獲得了專業(yè)知識(shí)，以保障客戶的利益和對(duì)環(huán)境的積極影響。PLAXIS 軟件的功能部件，也就是用于模擬土體非線性行為的高級(jí)本構(gòu)模型、用于土體結(jié)構(gòu)交互建模的節(jié)理單元、能夠真實(shí)模擬施工的分階段施工，以及其他特殊單元，使其能夠適合所有巖土工程分析的數(shù)值分析?！?/p>

借助其設(shè)計(jì)解決方案，SAIDEL Engineering 在位移和結(jié)構(gòu)力方面將對(duì)隧道襯砌的影響降低50%。鑒于這樣的分析結(jié)果，相關(guān)人員決定將樓層數(shù)從 10 層減少到 9 層，從而最大限度地減少隧道的地震荷載。此外，筏板厚度也從 2 米減少到 1.5 米，節(jié)省了混凝土和鋼筋用量。作為城市的先驅(qū)性住宅項(xiàng)目，它釋放了布加勒斯特地鐵隧道的未來(lái)開發(fā)潛力。在PLAXIS 的助力下，SAIDEL Engineering 成功設(shè)計(jì)了三維巖土工程建模解決方案，提高了企業(yè)的知名度，促進(jìn)了同行對(duì)其方法的效仿以及在巖土工程領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，該項(xiàng)目將成為未來(lái)土木工程的典范。

【審核：閆可欣】

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