地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术研究与应用申报书

1、申报类型：基础设施 密级：公开级中建股份科技研发课题申报书课 题 名 称：地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术研究与应用课题申报单位： 中国建筑股份有限公司技术中心 （盖章）课题负责人： 油新华 （签字）起 止 年 限： 2015 年 1 月至 2017 年12月编 写 日 期： 2014 年 12 月中国建筑股份有限公司二一五年 一 月课题基本信息课题名称地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术研究与应用建议单位中国建筑股份有限公司技术中心参加单位中建交通建设集团有限公司课题负责人姓名油新华职务/职称技术中心副总工/地下所所长电-mailyouxinhua

2、选题背景随着中国经济的飞速发展，城市化进程的不断推进，城市发展与土地资源短缺、城市环境保护之间的矛盾日益突出，开发利用地下空间将是解决这些矛盾的必然之路。而随着地下空间开发利用的规模和范围不断加大，复杂环境下建造的大断面地下空间项目将越来越多。在大量的工程实践中，暗挖法特别是浅埋暗挖法由于对周边环境的影响相对较小且断面适应性强，得到了越来越多的工程应用和创新发展。但是大断面地下空间暗挖建造过程中普遍存在开挖-支护步序多工序复杂、临时支撑多无法做到绿色施工、近接施工周边环境控制难等难题。“浅埋暗挖法”在国内已经形成比较完备的工法体系，可以适用于不同施工条件、洞室断面。如果严格按照“管超前、严注浆

3、、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针，也可以解决上述难题，但是经济性和绿色施工无法得到很好的保证。基于此考虑，我们尝试研究是否有一种新的工法，能大大减少开挖支护步序，降低临时支撑用量，有效控制地层变形并能保证地下作业的良好环境，于是我们提出了“支护-结构一体化”建造理念。其理念是：首先施作加固、支护及主体于一体的永久结构，然后在一体化结构的保护下进行土方开挖。该理念改变了传统暗挖法先加固后支护最后施作主体结构的施工步序，将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型，省去传统大断面地下空间暗挖施工中化大断面为若干小导洞分步开挖以及其中的临时支撑，能加快施工进度，改善地下作业环境，保证周

4、边建（构）物安全。于是，中建市政建设有限公司于2010年从韩国引进了新管幕法（NTR），将传统的“管棚技术”和“浅埋暗挖法”结合起来，消化吸收并再创新了一种“管幕预筑法”，其主要的技术路线是：采用较为传统的顶管技术或盾构技术将一簇大直径钢管顶推或牵引至地层中，在大直径钢管内体进行结构施工，连接成设计预想的地下结构外轮廓，然后在成形结构的保护下开挖结构内部地层，并施工内部结构。该工法中大直径钢管不仅是临时的支护结构或措施，并成为了创造作业空间的结构。该工法首次在沈阳地铁新乐遗址站得到应用，但由于计算模型不清晰，设计偏于保守，造成了工期较长，成本相对较高，推广应用前景不大。基于此，本课题将针对前期

5、存在的这些问题进行详细认真的研究，建立合适的计算模型，利用模型试验和数值计算等手段，研究其受力变形特点，优化设计模型，同时研究各种施工技术手段，保证该工法的有效实施，充分发挥加固-支护-结构一体化的快速、低碳、环保优势，形成一整套设计与施工技术方案，并编制工法和标准，占领行业领先地位。主要研究内容 1、支护-结构一体化的建造理念2、支护-结构一体化模型的计算模型与受力变形分析3、支护-结构一体化设计理论与方法4、支护-结构一体化施工关键技术5、支护-结构一体化的工程示范研究目标与成果本课题的总体目标是：通过对现有管幕预筑法的优化，形成一套地下工程支护-结构一体化暗挖建造成套技术，提升中国建筑在

6、地下工程领域的施工技术水平和业务竞争能力。成果形式：课题的研究成果目标定位于行业领先，国内一流。主要包括：（1）地下工程支护-结构一体化设计图纸一套；（2）暗挖法相关专利2项以上；（3）形成本课题施工工法1项以上；（4）发表学术论文3篇以上；（5）地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术研究与应用研究报告1部。经费总预算申请专项经费200万元自筹经费起始日期2015年1月完成日期2017年12月是否符合费用税前扣除规定项目规定项目满足的文件及其条目目录一、课题需求分析 11.课题研究意义（问题的提出、研究意义） 12.相关领域国内外技术现状、发展趋势 63.课题单位现有工作基础（已有相关成及

7、开展的研究） 274.课题实施的社会、经济效益（国家、公司） 31二、课题目标及主要研究内容 341.研究目标 342.研究具体内容（展开描述） 343.技术路线 474.技术难点、创新点 485.考核指标（专利、软件著作权、标准、规范、工法、新产品、论文、专著、科技成果奖、人才等） 506.进度计划（各阶段性的研究内容、目标、成果等） 51三、课题经费预算 521.经费预算表 522.设备费-购置/试制设备预算明细表 543.材料费预算明细表 564.测试化验加工费预算明细表 575.课题经费支出预算表编制说明 58四、课题的组织管理及相关保障、支撑条件 601.课题的组织构架与管理措施 6

8、02.主要研究团队人员情况表 613.单位开展课题研究具备的条件 644.课题实施风险与不确定性 655.其他 6627课题申报书一、课题需求分析1.课题研究意义（问题的提出、研究意义）1.1问题的提出随着中国经济的飞速发展，城市化进程的不断推进，城市发展与土地资源短缺、城市环境保护之间的矛盾日益突出，开发利用城市地下空间将是解决这些矛盾的必然之路。而随着地下空间开发利用的规模和范围不断加大，复杂环境下建造的大断面地下空间项目将越来越多。在城市中建设地下空间工程面临着复杂多样的城市环境，这些复杂性来自于以下几个方面：（1）地下空间工程大部分都是在既有道路下实施，需要减少或杜绝对城市交通的影响，

9、因为这些道路已经不堪交通重负，没有导改或绕行的条件。（2）道路下存在大量的、多种类的市政管线，这些管线的正常使用支撑着城市的基本运转，虽可进行临时改移和恢复，但是代价巨大。（3）地下工程近邻大量建筑物、构筑物，形成困难的近邻施工关系，地下结构施工时，引起邻近地层的应力释放，打破了原有建筑物、构筑物基础与地基的应力平衡关系，当形成较大的扰动时，形成超出其允许的差异沉降，导致结构缺陷的形成或降低其耐久性。基于以上考虑，在明挖法或盖挖法不能满足环境保护要求时，地下工程施工中大量使用暗挖工法，在城市的地下工程中一般称为“浅埋暗挖法”。“浅埋暗挖法”是针对于城市条件下（或变形要求较苛刻）的第四纪松散地层

10、而形成的开挖技术，隧道周边环境对地层变形或沉降敏感，往往对地层变形有较苛刻的要求，且地层松散，地层在应力释放后没有自承载能力。因此该工法的初期支护采用“强支护”理论，以减少地层的应力释放，初期支护厚度一般较大，需要在施工期间能够独立承载地层荷载作用。“浅埋暗挖法”的各种辅助工法或措施都集中考虑减少应力释放、控制地层变形。如纵向超前支护技术中的小导管、大管棚等，以及对地层实施的各种注浆（拱部超前注浆、全断面地层注浆、径向补偿注浆等），其在开挖中的各种技术措施（保留核心土、临时支撑、多导洞开挖）亦是围绕着减少变形而开展的。“浅埋暗挖法”在国内已经形成比较完备的工法体系，适用于不同施工条件、洞室断面

11、。王梦恕院士在其专著地下工程浅埋喑挖技术通论中对于各种“浅埋暗挖法”有较详尽的对比和描述，提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的18字通用施工技术原则。目前比较常用的“浅埋暗挖法”包括以下具体方法：台阶法（含带临时支撑的台阶法）、CD法、CRD法、双侧壁导坑法（眼镜法）、中洞法、PBA法、洞桩法、“一次扣拱法”等以及以上工法的各种组合工法。“浅埋暗挖法”成功实施需要多种辅助措施，其中较传统的超前支护措施有两种：（1）超前小导管：通常采用直径32或直径42的水煤气管制成，长度1.75m3.50m不等，壁厚t=3.25mm或3.5mm，一般结合注浆工艺制成花管。（2）超前大管棚

12、：如北京地铁复八线中采用直径108无缝钢管，长度18m，壁厚t=5.0mm，也可结合注浆在管体上开孔。以上两种超前支护措施在小断面隧道或分部导洞面积不大的情况下适用，且受机具工艺限制，超前支护的长度受到限制。随着国内城市地下工程数量激增，出现了大量大跨度地下空间结构，业界对“浅埋暗挖法”的超前支护技术越发重视。建筑业对大跨、浅埋、临近等情况下获得更为强大的超前支护系统进行了大量探索。基于传统的“管棚技术”和“浅埋暗挖法”，地下工程领域发展了一种“管幕预筑法”，其主要的技术路线是：采用较为传统的顶管技术或盾构技术将一簇大直径钢管顶推或牵引至地层中，在大直径钢管内体进行结构施工，连接成设计预想的地

13、下结构外轮廓，然后在成形结构的保护下开挖结构内部地层，并施工内部结构。该工法中大直径钢管不仅是临时的支护结构或措施，并成为了创造作业空间的结构。该技术应用于沈阳地铁新乐遗址站，取消了传统大断面地下空间暗挖施工中的临时支撑，减少土体加固工程量60%以上，减少主体结构模架材料90%以上，提高了土方开挖机械化程度。洞周变形小于10mm，地表沉降小于20mm，周边文物遗迹得到了良好保护。管幕预筑法通过在新乐遗址站施工中的应用，体现了该工法具有安全、高效、适用范围广等优点，证明其具有广阔的应用前景。但是现阶段管幕预筑法存在以下局限性，严重影响了它的推广应用：（1）只能针对车站这种具有一定长度的暗挖法采用

14、；（2）形成管幕的钢管直径较大，施工不便；（3）在钢管内进行钢筋绑扎作业条件差，同时混凝土振捣也较为困难，混凝土外观较差；（4）永久结构充当临时支护结构，使得结构设计计算更为复杂；（5）该工法结合管周注浆止水，在富水砂层中施工效果不好，易产生渗漏水且注浆成本偏高；（6）外侧钢板防水层焊缝较多，防水层存在漏水隐患，故在施工中对焊缝需要进行一定防水处理；（7）整体造价要高于其它工法。因此，我们有必要对其进行深入的研究，建立合适的计算模型，利用模型试验和数值计算等手段，研究其受力变形特点，优化设计模型，同时研究各种施工技术手段，保证该工法的有效实施，充分发挥加固-支护-结构一体化的快速、低碳、环保优

15、势，形成一整套设计与施工技术方案，并编制工法和标准，占领行业领先地位。1.2研究意义支护-结构一体化建造理念是一种全新的理念，它突破了传统的暗挖法施工理念，其建造技术具有安全、高效、低碳、环保的优势，而且对环境和地层的适应性也比较强。研究支护-结构一体化建造地下空间的设计理论、施工工艺、施工质量控制、施工监控理论、施工风险监控理论和施工质量评价标准，形成支护-结构一体化暗挖建造成套技术，将大大提升中国建筑在基础设施领域的行业地位，增加市场竞争能力，同时将推动我国地下工程的建造水平上新台阶，具有重大的社会效益和良好的经济效益。2.相关领域国内外技术现状、发展趋势2.1国外研究与应用采用类似的以密

16、排大直径钢管创造作业空间，进而连接成大断面地下空间结构的施工技术可以追溯到上个世纪70年代欧洲的地铁车站建设。韩国技术人员跟踪该项技术，将该工法成功引入韩国，形成所谓“管幕工法”。用该工法在韩国已经修建（包括在建）数十项地下工程，其中包括l座地铁车站的主体结构。具体的技术发展路线如下：（1）上个世纪70年代的欧洲出现了所谓的“安特卫普（Antwerp）技术”。该技术基于比利时安特卫普中央车站（Antwerp Central Station）的暗挖修建提出，车站的结构断面为矩形，结构跨度18m，主要方法为：沿着结构顶板包络轮廓将一排管段水平顶入地层，然后在管内进行切割，连通结构的轮廓空间，在连通

17、空间内绑扎钢筋及浇筑混凝土，形成结构。比利时SMET公司于1983年完成车站建设。由于结构采用矩形断面，结构跨度受到限制。（2）在“安特卫普技术”的基础上，Lunardi教授将该技术进一步发展，形成了所谓“管拱技术”（Cellular Arch）工法。该工法于上世纪90年代初应用于意大利米兰市VENZIA大跨度单拱车站，该车站开挖跨度29m，覆土仅为4m，车站所处地层较差，且工程周边中有若干多层建筑，对于地下工程施工可能造成的沉降较敏感。该工法的主要方法为：沿着隧道结构轴线将管体水平顶入地层，然后沿着隧道纵向适当距离设置环向的拱肋，以连接各管道使之具有一定的整体刚性，后期这些拱肋作为地下结构的

18、主要承载构件。（3）上世纪90年代后期，韩国技术人员承习“管拱技术”的思想，完成了若干地下穿越工程，实现了中型隧道、过街通道下穿高速公路等典型工程的施工。2006年完成了著名的首尔9号线的923车站结构，该车站所在地层上软下硬，上部自上而下依次为第四纪填土、淤泥、砂、砾石地层，隧道下半断面位于中硬片麻岩地层中。9号线923车站下穿既有3号线，3号线之上为大型地下购物中心，既有上部结构对沉降非常敏感，需严控隧道开挖中的沉降，传统的超前支护措施已不能满足需要。韩国工程师采用管幕法TRCM（Tubular Roof Construction Method）和格构拱法CAM（Cellular Arch

19、 Method）完成了车站主体横通道和车站主体拱部的施工，车站下半断面采用矿山法施工。其中“管幕法TRCM”类似于“安特卫普（Antwerp）技术”，“格构拱法CAM”类似于“管拱技术”。实施“格构拱法”的部分钢管最大直径2000m。图1为首尔9号线的923车站采用管幕技术的示意图，a）体现了横通道的修建技术及横通道进入车站主体顶进管幕的空间关系，b）为车站主体的横断面图，车站拱部采用了管幕技术。a）b）图1 首尔923车站管幕技术示意图2.2国内研究与应用国内管棚技术用于大型城市地下工程已经有30余年的历史，但其多作为暗挖工程的主要辅助工法使用，多在个别困难结点和对地层沉降要求严格的局部地段

20、使用，用以提高隧道开挖过程中地层的稳定性，为开挖与支护争取时间。即使车站主体全长采用了管棚支护技术，暗挖洞室的早期受力结构仍然是“格栅+喷射混凝土”所组成的初期支护。沈阳地铁二号线新乐遗址站（全暗挖车站）由中铁工程设计咨询集团有限公司设计，中国建筑市政建设有限公司承建，采用新管幕工法（New Tubular Roof Method，简称“NTR工法”）施工。该工法在中国大陆首次采用，修建工法及建设技术在借鉴韩国既有技术和工程案例的基础上，结合国内标准与规范条件、具体工程地质条件、工程周边环境特点等内容进行了进一步发展，丰富和完善了国内地下工程暗挖技术的内容及手段。NTR工法应用于车站主体及风道

21、施工中，在全第四纪地层中实现了大型暗挖车站的营建，隧道的拱部及边墙结构全部采用管内作业的方式建筑而成，并实现了盾构过站与车站建设同步实施的案例。从研究角度讲，在工程建设阶段邢凯、陈涛、黄常波、谭富圣等依据风道试验段的情况，对于工程的可行性及部分工艺细节进行了分析与探讨。姚春艳对车站采用的工法流程进行了早期探讨，其描述的工法步骤在实际建设中仅为比选方案之一，最终并未实施。金春福博士、阎石教授对NTR工法进行了较系统的研究，主要涉及的技术内容有：大直径钢管顶进施工力学特性分析、肋梁节点构件分析与试验（早期的比选方案）、新管幕结构施工过程力学特性分析。陈涛、刘爽、钱洪福、罗泽华、杨仙、黎永索等针对新

22、管幕工法的辅助结构、施工监测等内容进行了介绍与分析。沈阳地铁2号线新乐遗址站为我国第一例引进新管幕法施工的工程。该技术利用大直径钢管形成管幕一体化主体结构，在一体化结构的保护下开挖土方，施作内部结构。该技术已成功应用于沈阳地铁2号线新乐遗址站，车站跨度26.2m、高度18.9m、断面面积41m2，工后地表沉降20mm，实现了单拱、无柱超大地下空间一次建造成型（如图2所示）。图2 地下空间一次成型建造技术3.课题单位现有工作基础（已有相关成果及开展的研究）中国建筑股份有限公司技术中心作为国家级企业技术中心，下设1个中央研究院（技术中心本部），3个区域技术中心，4个工程技术研究院（所），7个设计研

23、究院、10个专业技术中心，8个直属企业技术中心（5个省部级技术中心），拥有3个博士后科研工作站，5个国家级实验室，1个数值仿真中心，拥有ANSYS、ABAQUS、MIDAS、PLAXIS等有限元软件的正版授权，与国内外各类高校、科研单位、专业公司通过各种形式签署技术合作和共同研发协议387项，有效打造了以企业为研发主体，产、学、研相结合的开放型科技创新实施平台。除常规结构、岩土及材料试验室外，目前中建技术中心正在建设万吨多维多向空间加载系统以及大型岩土工程模型试验室，并将于明年建成投入使用。中建技术中心承担了多项专业领域内前沿性课题的研发工作及重大项目的技术服务工作。中建技术中心地下工程研究所

24、是中国建筑技术中心本部下设的专业科研机构，设立了四个专业研究室，一个数值仿真计算室，一个试验检测室，一个综合管理室。业务范围主要解决房建、市政、桥梁、公路、铁路等领域所涉及的岩土及地下工程专业问题。目前研究所人员14名，4名博士，10名硕士，教授级高级工程师2名，高级工程师4名，中级工程师2名，助理工程师6名。其中国家注册岩土工程师3人，国家一级注册建造师4人，国家注册造价工程师1人。近年来，岩土及地下工程岩土所承担了一些大型工程的勘察、设计、施工、监测和技术咨询等工作。典型项目有北京新保利大厦基坑施工安全监测项目、北京侨福花园广场基坑施工安全监测项目和中国建筑股份有限公司技术中心试验楼改扩建

25、项目等，尤其是试验楼改扩建项目的基坑与桩基工程，从勘察、设计到施工和监测均是由岩土所独立完成，体现了岩土所出色的实力。中建技术中心地下工程研究所在地下工程关键技术方面已经进行了部分工作的研究，取得初步成果。目前已经完成或正在开展和进行的与课题相关的工作主要有以下几方面：（1）紧邻既有建筑深基坑支护技术及周边环境控制研究2010年1月-2013年9月期间，中建技术中心岩土及地下工程研究所成立了以宋福渊高级工程师为首的课题组，通过与清华大学合作，专门研究用于紧邻既有建筑深基坑的支护技术和周边环境控制分析。该课题详细研究了紧邻既有建筑基坑的周边环境影响、紧邻既有建筑基坑支护与周边环境的相互作用、紧邻

26、既有建筑基坑的支护结构设计、施工安全与应急措施、紧邻既有建筑深基坑支护的工程应用等。通过3年多的研究，形成研究报告1部，发表核心论文5篇，申请专利11项，编写标准1部；研究课题的同时，该课题组还形成了一些用于紧邻既有建筑基坑的新型支护结构，并进行了初步分析和研究。（2）地下水控制技术研究2008年8月1日2013年6月31日期间，中建技术中心岩土及地下工程研究所由耿冬青高级工程师牵头，联合北京工业大学、吉林大学等高校研发单位，进行了环境友好型工程降水综合技术的研究。在工程降水对地表及周边建筑物沉降影响、工程降水优化设计与施工新技术、地下水回灌技术和工程降水再利用关键技术等方面，该课题进行了详细

27、研究。通过各研发单位的合作，该研发课题取得了以下研究成果：研究报告1部，发表学术论文6篇，申请专利2项，获得软件著作权2项，编写标准1部。（3）地下空间管幕预筑法施工关键技术中建交通与中南大学等研发单位，在沈阳地铁二号线新乐遗址站进行了管幕预筑法技术的研究应用。该项技术保证了工程工期、质量、安全等各项目标的实现，减少了地铁施工对环境的影响，填补了该领域的空白，发展了国内地下大空间特别是地下交通枢纽的修建技术，社会和环境效益显著，有较大的推广应用价值。新管幕法建造地下空间综合技术科技成果鉴定委员会认为：“新管幕法建造地下空间综合技术”在极其复杂的地质条件下完成了最大尺寸的地铁站建设，创新研究了超

28、长钢管对顶技术，采用管井降水与注浆相结合的方法有效控制了沉降，采用实时轴力补偿技术，保证了工程的安全，填补了该领域的空白，研究成果达到国际领先水平。获得国家授权发明专利2项、实用新型专利3项；形成了省部级工法2篇；已发表学术论文18篇，其中SCI检索1篇，EI检索5篇，中文核心期刊14篇，国际和国内会议4篇。本课题组织了中建技术中心、中建交通等研发人员及工程技术人员，他们有着丰富的地下工程设计、施工及研发经验，人员合理分工、协同工作。经验和成果积累为本课题的顺利开展及完成奠定了坚实的基础。4.课题实施的社会、经济效益（国家、公司）“地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术”为建造地下空间综合

29、技术提供了一种全新的施工理念，发展了国内地下大空间特别是地下交通枢纽的修建技术，填补了该领域的空白，社会和环境效益显著，有较大的推广应用价值。同时，掌握地下空间开发建设的关键技术，也可以提高企业的竞争力，形成的整套理论对于中建在地下空间开发建设领域的竞争力也可以起到提高作用。具体表现在：1、经济效益该项技术减少了暗挖施工工序，节省了所有的临时支撑材料，土方开挖机械化程度高，大大降低了施工成本，经济效益明显。2、社会效益该项技术可以解决修建地下工程影响地面交通和地下管线的重大难题，并且有效地保证了地上建筑物的安全使用，充分体现了“以人为本”的施工理念。同时，该项技术在建造地下空间时无需设置临时支

30、护，减少了对周围土体的扰动，更有利于环境保护，且没有施工前期动迁的要求，具有较高的社会效益。3、环境效益该成果的推广有利于保护环境，主要表现在：施工场地很小，施工对周边的干扰非常小，地面交通几乎不受影响，周边的商铺和居民生活也没有受到影响。该课题的研究成果，可以推广应用，前景广泛，理由如下：（1）市场发展因素具备。我国重大建设项目审批速度开始加快，尤其是城市轨道交通项目发展迅速。中国目前已经建成并开通运营的城市轨道交通为1700多公里，已批复34个城市的近期建设规划一共有177个项目，141条线路，总里程大约是4382公里，总投资超过了2万亿元人民币。根据预计，到2020年，中国将有近50个城

31、市发展轨道交通，网络总规模超过7000公里左右，会覆盖中国主要大城市。（2）符合国家宏观政策的导向。十二五规划要求各个行业应积极转变经济发展方式，对于建筑类企业，应当高度关注相关的绿色设计及施工、工业化建造等，积极采用相关的新技术、新材料，主动承担建设资源节约型社会和环境友好型社会的责任，提高建造过程的节能环保和工业化水平。国家也积极提倡修建城市轨道交通以缓解城市市政基础设施面临的问题。综上，本课题的研究内容是符合国家十二五发展战略目标的。（3）有能力去推广。中建总公司是世界排名前500强企业，是一家集设计院、各种专业施工公司、房地产开发的综合国有大型上市企业集团，一旦课题研究成果能够成熟应用

32、，中建总公司旗下众多的设计集团可以直接在地下空间的设计和施工时优先采用该套技术体系，向社会大量推广。综上所述，中国建筑股份有限公司技术中心承担的这项研究课题，市场发展因素具备、符合国家十二五发展战略目标，课题的承担单位具备推广应用的能力，未来的20年社会应用前景及其效益巨大。二、课题目标及主要研究内容1.研究目标通过对现有管幕预筑法的优化，形成一套地下工程支护-结构一体化暗挖建造成套技术，提升中国建筑在地下工程领域的施工技术水平和业务竞争能力。2.研究具体内容（展开描述）“地下工程支护-结构一体化设计与施工技术”在国内是首次应用，其施工工艺和设计理论没有相关的规范等技术性文件，且其施工工序较多

33、，研究内容也很多，基于研究时间和精力，本课题研究的主要内容如下：1、支护-结构一体化的建造理念“支护-结构一体化”建造理念是：首先施作加固、支护及主体于一体的永久结构，然后在一体化结构的保护下进行土方开挖。该理念改变了传统暗挖法先加固后支护最后施作主体结构的施工步序，将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。本课题将研究此理念的基本含义、理论依据、关键技术等，形成一整套支护-结构一体化建造的理论体系。2、支护-结构一体化结构模型与理论分析支护-结构一体化是指地层加固、初期支护或临时支护、主体结构合并在一起建造成型，与传统暗挖法的初支、防水、二衬的结构体系完全不同，其计算模型也不相同。本课题

34、将在模型试验和数值分析以及工程实际案例的基础上，给出支护-结构一体化的结构模型，并对其受力变形进行理论分析。3、支护-结构一体化设计理论与方法在正确结构模型的基础上，建立支护-结构一体化的设计理论，对现有的管幕预筑法进行优化设计：1）考虑施工方便和钢管受力的因素，对大直径钢管的管径进行优化设计，尽可能地减小直径；2）对钢管内的钢筋混凝土结构进行优化设计，尽可能地减少钢筋用量；3）进行管幕内现浇结构的预制化研究，改善作业条件，保证施工质量；4）研究非管幕结构的一体化结构形式。4、支护-结构一体化施工关键技术为保证支护结构一体化结构的顺利施工，需要对现有管幕预筑法的施工技术进行优化，主要包括如下几

35、点：1）对钢管的间距进行优化，一方面可以减少钢管的数量，另一方面可以保证钢管顶进过程中不会对临近的钢管产生不利影响；2）研究钢管预留切割口的可能性，以减少地下管内切割、焊接的作业量；3）研究不同的钢管顶进方式和顶进设备，增加顶进精度，缩短顶进工期；4）研究不同地层的适应性，即在不同地层中的辅助施工工法。5、支护-结构一体化的工程示范针对“地下工程支护-结构一体化设计与施工技术”的研究成果，选择一项目进行工程示范，在实践过程中优化、总结研究成果。3.技术路线为实现本课题的研究目的，拟采用理论分析、数值模拟及现场试验等方法对地下工程支护-结构一体化设计与施工技术关键问题进行系统的研究。课题研究的技

36、术路线如下：（1）查阅与整理国内外地铁车站与管幕法工程资料，了解国内外地下大空间建造技术研究现状及设计理论，试验方案。（2）进行支护-结构一体化建造技术的理论研究，分析支护机理、结构计算模型和围岩应力等，进行结构设计优化分析。（3）根据施工工艺进行施工过程数值模拟，分析施工过程中预制衬砌结构和围岩的力学响应。（4）根据数值模拟结果在现场进行现场试验，对现场监测方案进行设计、论证和实施，分析中试结果，并与理论分析和数值模拟结果进行对比研究。（5）根据理论分析、数值模拟和现场试验结果，调整施工参数，优化施工过程。4.技术难点、创新点本课题创新点如下：（1）首次提出了地下空间支护-结构一体化建造理念

37、；（2）形成一种全新的暗挖施工工法（3）对现有的管幕预筑法进行全方位的优化设计5.考核指标（专利、软件著作权、标准、规范、工法、新产品、论文、专著、科技成果奖、人才等）课题的研究成果目标定位于行业领先，国内一流，将形成以下研究成果：（1）地下工程支护-结构一体化设计图纸一套；（2）暗挖法相关专利2项以上；（3）形成本课题施工工法1项以上；（4）发表学术论文3篇以上；（5）地下工程支护-结构一体化设计与施工关键技术研究与应用研究报告1部。6.进度计划（各阶段性的研究内容、目标、成果等）课题研究完成年限为：2015年1月2017年12月，总时间为3年。课题整个研究过程依据研究内容大致可分为五个阶段

38、。具体如下：第一阶段：课题前期准备阶段（2015年1月-2015年7月）该阶段主要任务是成立课题组，确定具体的课题组织结构和课题研究计划，针对课题研究内容和研究计划进行人员分工和阶段性任务分配，确定课题阶段性考核手段和评价指标，形成详细具体可执行的课题研究方案。同时，课题组根据课题研究内容进行调研和立项，形成调研报告，确定研究内容和思路。第二阶段：课题研究阶段（2015年7月-2016年12月）按照第一阶段制定的研究方案开展各项关键技术研究，通过理论分析和试验计算，完成试验报告和计算分析。第三阶段：研究成果应用实施阶段（2017年1月-2017年6月）本阶段主要任务是成果应用实施阶段。在第二阶

39、段研究的过程中，对于形成的阶段性成果，基于中建系统大平台，积极应用于实际项目中。该阶段与第二阶段可交叉进行，没有严格的时间划分。第四阶段：应用成果反馈补充研究阶段（2017年3月-2017年6月）课题的研究成果要能禁得起实际工程问题的考验。本阶段主要任务是将前一阶段实际课题成果应用中存在的问题及时整理、总结、反馈，针对存在的问题进行后续研究。第五阶段：成果总结、课题验收（2017年7月-2017年12月）总结研究结果，编写研究报告；整理课题成果，准备课题验收的资料进行课题验收等后续工作。三、课题经费预算1.经费预算表单位：万元序号预算科目名称合计专项经费自筹经费1一、经费支出（合计）20020

40、0021、设备费404003（1）购置设备费202004（2）试制设备费121205（3）设备租赁费（或折旧）88062、材料费6060073、测试化验加工费2525084、燃料动力费88095、差旅费15150106、会议费10100117、出版/文献/信息传播/知识产权事务费770128、人员费15150139、专家咨询费101001410、管理费1511、其他1010016二、经费来源（合计）2002000171、中建股份经费资助200182、自筹经费来源（1）其他财政拨款（2）单位自有货币资金（3）其他资金2、设备费-购置/试制设备预算明细表金额单位：万元填表说明：1.设备分类代码：A

41、购制、B试制；2.试制设备不需填列本表（7）列、（8）列；3.单价1万元的设备需填写明细。序号设备名称设备分类单价（万元/台件）数量（台件）金额购置设备型号购置设备生产国别与地区主要技术性能指标用途（与课题研究任务的关系）1预制结构构件拼装设备A10110预制结构拼装试验2高压注浆泵A515SNS中国江苏地下结构埋入式注浆3手持式数字超声波探伤仪A515中国用于试件钢材及焊缝探伤4基坑内部土方快速传输外运机械设备B12112城市核心区基坑施工土方快速传输单价1万元以上购置设备合计20单价1万元以上试制设备合计12单价1万元以上租赁设备合计8单价1万元以下购置设备0单价1万元以下试制设备0单价1

42、万元以下租赁设备0累计403、材料费预算明细表金额单位：万元填表说明：大宗及贵重材料，是指课题研究过程中消耗数量过多或单位价格较高、总费用在1万元及以上的材料，需填写明细。序号材料名称计量单位单价（万/单位数量）购置数量金额1混凝土材料立方0.06250152预制结构构件模板费平米0.1100103监测元器件（应力计、应变计、土体分层沉降管、测斜管、多点位移计等）个0.05200104钢筋（钢绞线）吨0.425105型钢（H型钢、钢管等）吨0.42086防水材料桶0.51057其他材料2大宗及贵重材料费合计58其他材料费2累计604、测试化验加工费预算明细表 金额单位：万元填表说明：量大及价高

43、测试化验，是指课题研究过程中需测试化验加工的数量过多或单位价格较高、总费用在1万元及以上的测试化验加工，需填写明细。序号试验、装备加工的内容试验、装备加工单位计量单位单价（万元/单位数量）数量金额1一体化结构室内模型加载试验中建股份技术中心项3132结构模型加工费北京中建柏利工程技术发展有限公司项6163防水材料加工费中建股份技术中心项2124加工、测试场地租赁费北京中建柏利工程技术发展有限公司项414量大及价高费合计15其他小额费0累计155.课题经费支出预算表编制说明（一）对各科目支出的主要用途、与课题研究的相关性及测算方法、测算依据进行详细分析说明。（专项经费与自筹经费分开说明，未对支出

44、进行分析说明的，一般不予核定预算，初审不能通过）（1）设备费（40万元）1）专项经费150万元购置设备费20万：预制结构构件拼装设备费用10万元；高压注浆泵5万元；购置地下工程相关无损监测仪器费5万元。试制设备费12万：基坑内部土方快速传输外运机械设备12万元。设备租赁费8万元。租赁1台吊车使用20个台班，按每个台班0.4万元计，共计8万元。2）自筹经费0万元（2）材料费（60万元）1）专项经费60万元混凝土材料15万元；预制结构构件模板费10万元；监测元器件（应力计、应变计、土体分层沉降管、测斜管、多点位移计等）10万元；钢筋（钢绞线）10万元；型钢（H型钢、钢管等）8万元；防水材料5万元。

45、其他材料2万元。2）自筹经费0万元（3）测试化验加工费（15万元）1）专项经费15万元地下预制结构室内模型加载试验费3万元；预制结构构件加工费6万元；防水材料加工费2万元；加工、测试场地租赁费4万元。2）自筹经费0万元（4）燃料动力费（8万元）1）专项经费8万元现场试验及检测设备的燃料和动力驱动消耗，费用合计8万元；2）自筹经费0万元（5）差旅费（15万元）1）专项经费15万元课题组人员出差，交通、住宿、补贴等费用。课题组主要研发人员10人，按每人国内出差3次每次0.5万元，费用共计15万元。2）自筹经费0万元（6）会议费（10万元）1）专项经费10万元课题组全体人员参加课题启动会1次，费用2

46、.5万元；参加课题年中汇报会2次，费用2.5万元；参加课题结题验收会1次，费用2.5万元；共计10万元。2）自筹经费0万元（7）出版/文献/信息传播/知识产权事务费（7万元）1）专项经费7万元主要指标准出版费、论文发表费、专利申请、软件登记等以及课题的中期与结题报告等，费用合计7万元。2）自筹经费0万元（8）人员费（15万元）1）专项经费15万元课题辅助研究人员（在校研究生、博士等）的劳务费用，按5人工作10个月计，每人每月3000元，劳务费15万元。2）自筹经费0万元（9）专家咨询费（10万元）1）专项经费10万元用课题评审、课题验收、成果论证等，共计10万元。2）自筹经费0万元（10）管理

47、费（无）（11）其他（10万元）1）专项经费10万元其它不可预见性费用共计10万元；2）自筹经费0万元（二）其他来源经费说明。（需说明经费的来源、落实和到位情况、用途等）四、课题的组织管理及相关保障、支撑条件1、课题的组织构架与管理措施为了实现课题的总体目标，实现对研发过程中进度、质量、费用进行有效地管理和控制，课题组织构架执行中建总公司的项目管理模式。课题领导组：组长：蒋立红副组长：李景芳、李云贵研发顾问组：王梦恕、肖绪文课题研发组：组长：油新华副组长：秦会来研发监管组：股份公司科技与设计管理部、财务部，技术中心相关管理部门中国建筑总公司技术中心是总公司下属的上百人的一家专业研发机构，有着完

48、善的科研项目管理体制，故课题管理措施执行中国建筑总公司技术中心现有的管理办法，具体有：科技研发课题管理和实施细则、科研经费开支管理办法、科技项目示范工程管理办法、科研项目科技转化管理办法、项目重大采购招投标管理办法等。2、主要研究团队人员情况表课题负责人序号姓名性别年龄工作单位职务/职称投入本课题的全时工作时间（人月）在本课题中承担的具体任务1油新华男42中建技术中心中心副总工/地下所所长/教高18课题负责人主要研究人员2王占奎男28中建股份技术中心工程师/硕士20课题执行负责人及一体化结构设计3秦会来男34中建股份技术中心高工/博士后20一体化结构数值分析4耿冬青男38中建股份技术中心岩土所副所长高工/硕士