城市多功能超大型地下空间建造关键技术

城市多功能超大型地下空间建造关键技术研究12工程概况研究意义汇报345研究内容与研究方法精益建造目录内容创新性与目标6作用与效益u

工程结构概况•

光谷中心城中轴线区域地下公共交通走廊及配套工程位于武汉东湖新技术开发区，沿光谷五路、神墩一路、望月路等道路建设，道路全长约5.8千米，总建筑面积约51.65万平方米，总投资额约100亿元。建成后将成为“中国最长的地下空间走廊”，光谷将成为地面地上地下、室内室外、功能布局、交通市政四位一体化的“立体城”，连通光谷五路两侧街区的地下层，将各种交通设施与开放空间顺畅连接，提升土地价值，成为中国乃至世界地下空间利用开发的典范。•u

项目总体概况设计使用年限结构安全等级基础设计等级100年一级结构耐火等级地下结构防水等级基础类别一级一级甲级桩+筏板结构体系钢筋混凝土框架结构乙类人防抗力标准核6、常66度建筑抗震设防类别结构抗震设防烈度基础垫层为C20，地下底板、地下顶板及顶板梁、地下外墙、水池壁及底板、框架柱、楼面梁及板为C35，构造柱、圈梁、过梁为C30；混凝土强度等级及抗渗要求地下顶板、顶板梁、地下外墙（夹层楼面标高以上）混凝土抗渗等级为P8，地下底板、地下外墙（夹层楼面标高以下）为P10。钢筋等级HPB300、HRB400u

项目典型断面图目前工程总体进展神墩五路神墩三路光谷六路高新四路高新三路高新二路高新大1段高新五路道2段6c段3段5段6a段6b段7段8段9段10段翻交道路正在作业区域即将作业区域结构完工区域豹溪路PART

01课

题

研

究

意

义社会意义•

在我国，随着经济发展，土地资源紧张、交通拥挤问题日益严峻，城市地下空间的开发利用显得尤为重要。•

地下空间建设对于推动城市由外延扩张式向内涵提升式转变，改善城市环境，建设宜居城市，提高城市综合承载能力具有重要意义。理论研究意义•

一、城市地下空间体量大、线路长，往往要下穿或上跨运营地铁、隧道及现有道路等建筑物，施工难度大；•

二、地下工程长度大，接口多，断面形式复杂，面临“水、软、变形难以预测”三大难题，对结构裂缝和结构防水提出更高要求；•

三、地下空间综合体体量大、功能分区多，如何实现复杂环境下的智慧建造，确保创新建造实现最优化，提高客户群体体验感、舒适感。•

因此，城市多功能超大型地下空间建造关键技术研究显得尤为重要。PART

02研

究

内

容

与

研

究

方

法本工程主要依托基础工程、主体结构工程、机电安装工程开展课题研究，主要研究内容如下：2、狭长地下空间深基坑分段开挖引起土体变形时空演化规律及其关键控制技术1、超大地下空间施工复杂结构和节点创新Ø

超长地下空间深基坑开挖对既有建（构）筑物变形影响机理与控制技术研究Ø

交通动荷载对狭长地下空间深基坑变形的影响研究Ø

武汉膨胀性红黏土对狭长地下空间附加应力及基坑稳定性研究Ø

超大型基坑肥槽回填新材料研制及应用技术Ø

超长地下空间外墙防裂、防水施工技术3、5G智慧建造及BIM应用研究4、超大地下空间水平线性多专业接口研究Ø

5G技术在地下空间的运用与研究Ø

基于BIM的智慧建造运维监管平台在地下空间的运用与研究Ø

高品质生态空间营造技术的研究与运用Ø

机电工程数字化装配式建造在地下空间的运用研究Ø

地下空间智慧建造BIM应用Ø

智能楼控系统在地下空间中的运用5、超大地下空间商业、地铁、管廊多功能施工交叉作业的施工组织技术6、地下空间高密闭性施工环境下的新冠肺炎防控措施研究一、超大地下空间施工复杂结构和节点创新（1）超大型基坑肥槽回填新材料研制及应用技术本工程基坑宽度70米，最大深度26米，为超大型基坑，传统基坑肥槽回填一般多采用灰土、砂以及素混凝土回填。上述传统型建筑材料的运用材料性能具有较大单一性和局限性，不仅刚度差异较大，密实性难以保证，同时防水效果也差异明显。因此开展对城市废土充填材料的研究，通过试验得出最优级配，外加剂，配合比，实现既能满足狭小空间的作业需求，也能使肥槽达到密实防水效果，同时还要求具备较强的刚度，避免后期上部道路产生不均匀沉降。一、超大地下空间施工复杂结构和节点创新（2）超长地下空间外墙防裂、防水施工技术u

超长地下空间外墙防裂施工技术本工程地下空间外墙截面大，容易出现裂缝。另外，为提高防水效果，需减少设置施工缝，从而造成一次浇筑构件长度较长，容易产生应力裂缝。在此条件限制下，如何选取最优处理方案，对接缝处理进行优化，严格控制混凝土浇筑质量，同时研究该情况下的后浇带相关参数（后浇带极限长度及浇筑时间研究）。u

超长地下空间外墙防水施工技术本工程结构自防水要求高，施工缝、变形缝站房的交接口防水难度大。一方面对防水施工工艺进行研究，选择最合理的防水施工工艺，另一方面寻求减少施工缝数量，从而在防水与防裂中寻求一种平衡共赢的技术手段和技术措施；同时进行地下结构外墙装配式研究。二、狭长地下空间深基坑分段开挖引起土体变形时空演化规律及其关键控制技术（1）超长地下空间深基坑开挖对既有建（构）筑物变形影响机理与控制技术研究作为“国内最长的地下空间走廊”工程，光谷地下空间项目下穿武汉有轨电车T2线、高新二路等建（构）筑物。为了研究超长地下空间深基坑开挖过程对既有建（构）筑物变形影响模型和机理，分别采用现场监测、室内模型试验、数值模拟和理论分析等方法，揭示狭长深基坑开挖过程中，深基坑开挖—有轨电车—超敏通信管线协调变形机理，提出对武汉有轨电车T2线、超敏线路（华为专线）保护控制技术与方法。二、狭长地下空间深基坑分段开挖引起土体变形时空演化规律及其关键控制技术（2）交通动荷载对狭长地下空间深基坑变形的影响研究光谷地下空间项目狭长深基坑下穿武汉有轨电车T2线、关豹高速等建（构）筑物。为了研究不同荷载条件下深基坑和土体的变形时空演化分布规律，分别采用现场振动监测、沉降监测和数值模拟的方法，结合机器学习理论对深基坑变形规律进行预测，为深基坑的顺利开挖提供科学依据。二、狭长地下空间深基坑分段开挖引起土体变形时空演化规律及其关键控制技术（3）武汉膨胀性红黏土对狭长地下空间附加应力及基坑稳定性研究光谷中心城中轴线区域地下公共交通走廊位于武汉剥蚀堆积平原区，下伏地层有弱-中膨胀潜势的红黏土，干—湿循环作用下膨胀土对狭长型深基坑坑壁附加土压力较大。为了研究膨胀性红黏土地层对狭长深基坑土压力作用机理和规律，采用现场监测，结合室内模型试验、数值模拟和反分析方法，分析围护结构和膨胀土地层相互作用机理，基于神经网络预测深基坑变形和周边地表沉降，提出膨胀土地层中狭长深基坑稳定性控制技术。三、5G智慧建造及BIM应用研究（1）5G技术在地下空间的运用与研究本工程超大地下空间结构复杂、范围大、系统多，传统有线及无线网络均存在一定局限性。兼具灵活性、高带宽和多终端接入特点的5G技术，成为大型建筑设备接入和通信的新选择。本技术可应用于地下空间：（1）远程数据采集；如各类传感器数据的读取。（2）设备的远程控制和调度；如车辆、飞行器的远程遥控。（3）大规模数据传输；如高清视频，远程音视频的实时传输。（4）远程巡检和监测；如管廊长距离远程机器人巡检。三、5G智慧建造及BIM应用研究（2）基于BIM的智慧建造运维监管平台在地下空间的运用与研究基于BIM的智慧建造运维监管平台，把BIM技术与IOT（物联网技术）技术相结合，使得对建筑的精细化管理成为可能。基于建筑竣工验收阶段的BIM模型，采用BIM模型3D空间展现功能，在建筑竣工以后，以BIM模型为载体，实现对各种零碎、分散、割裂的信息数据的运维管理。将智能建筑的安保、消防、能耗、设施设备、空间管理、应急疏散、物业管理等，进一步引入到建筑的日常运维管理工作中，基于BIM实现以人为中心的对建筑工作环境的管理与服务。三、5G智慧建造及BIM应用研究（3）地下空间智慧建造BIM应用项目计划基于BIM技术真实场景仿真模拟技术对本项目的施工全过程进行模拟分析，一方面检查多专业复杂情况下穿插施工的合理性、可行性；将BIM技术和无人机技术进行联系，探索无人机智能放样技术；另一方面运用5D-BIM技术将时间和成本维度加载到三维模型上，实现施工进度和施工成本的动态监控，及时发现偏差，自动预警，甚至于在限定条件下自适应分析调整，辅助项目管理。四、超大地下空间水平线性多专业接口研究（1）高品质生态空间营造技术的研究与运用1）地下空间气流组织分析与空气质量提升研究2）

全过程的Commissioning模式调试研究与运用大多数项目对机电系统优化调试未引起足够的重视，效果差强人意；存在使用舒适度低，系统稳定性差，运行能耗高、维护费用大、建筑寿命短等问题。采用Commissioning模式，通过在设计、施工、验收和运维阶段的全过程监督和管理，推行调试前移管理，实施全过程的调试管理。实施commissioning调试管理理念：对建筑机电设备工程的设计、施工及调试运行维保的三阶段实行全过程管理控制，实现安全、高效的运行和控制，舒适感强，系统稳定，能耗低。地下空间相对封闭，空气流通性差，温湿度稳定；空气品质较差，对人的生理和心理有一定的影响。针对此特点，建立不同业态转换区等区域的通风系统的物理模型，建立适合于本地下空间的动态的工况转换、气流配置模式；利用变频、无级调速、连续调节风量等手段，实现对室内空气品质、温度的控制，并且在最大限度上节省能耗。四、超大地下空间水平线性多专业接口研究（2）机电工程数字化装配式建造在地下空间的运用研究城市地下空间距离长；机电系统分区设置；各分区存在不同业态，机电设计形式不同，但在空间上线性结构、机电系统水平长距离展开，机房点多面广，形式多样。本工程具有数字化、装配化施工的特点，将探索基于BIM的机器人全站仪测量技术、基于BIM的机房的数字化装配技术、城市管廊数字化装配化施工技术等；针对城市地下空间复杂机电建造特点，探索机电工程技术成果从高层建筑的竖向结构形式向水平线性结构的转化；实现城市地下空间的高效、绿色、节能、智慧建造。四、超大地下空间水平线性多专业接口研究（3）智能楼控系统在地下空间中的运用地下超大空间各系统控制范围广，线路复杂，楼控系统的运用可使得建筑地下工程的综合节能及空间环境质量得到有效的提高。楼控系统对地下空间各项数据进行精准采集，包括温湿度传感器和水位传感器的测量值、阀位反馈值、调温除湿机的工作状态参数以及模拟数字信号等，为系统科学化控制提供可靠的基础，从整体上提高地下工程建设的总体质量。随着智能建筑的迅猛发展，楼宇自动化控制逐渐在智能建筑中占有举足轻重的地位，楼控系统是建筑技术与信息网络相结合的产物。五、超大地下空间商业、地铁、管廊多功能施工交叉作业的施工组织技术超大地下空间商业、地铁、管廊多功能施工交叉作业的施工组织技术工程难点研究目标Ø

如何达到施工段落划分最优化，施工流程衔接最简化等，满足工程连续、流水的施工作业面，保证各专业分包单位正常的进行施工（施工流水标准化）。Ø

本工程专业较多，地下空间、地铁、综合管廊等穿插施工，如何进行复杂专业施工穿插，处理好各专业的人员、材料、机械配合是施工重点；Ø

工程移交单位众多（地铁、管廊、商业）、验收标准不一致。Ø

验收标准的统一化、移交界面的清晰化。六、地下空间高密闭性施工环境下的新冠肺炎防控措施研究2020年伊始，全国因新型冠状肺炎病毒疫情暴发，各个工地延迟复工。地铁管廊内通风性差，环境复杂，人员流动性大，工人每天工作强度大，身体疲惫，防疫意识不高。且现场无法设置洗手间等公共场所，无法做到全覆盖消杀，决定了工地防疫情况的复杂性、艰巨性。作为施工现场管理主体，必须按照“预防为主，常备不懈”的应急条例方针，严格做好施工现场的“早安排、早布置、早预防、早落实”防疫措施，在不影响施工进度的前提下，切实做好疫情防控工作。通过研发一种可移动式通风消毒装置，在作业间歇期，对施工现场进行通风和空气消毒，为现场作业人员提供健康保障。PART

03精益建造u

通过精密工艺提升工程品质编号

案例名称案例简述利用布管尺将管线固定图片示意管线布管尺1桥架竖向预埋

与主体结构同步施工23组合式套管优化管道井管道排列，确定组合套管位置，组合式套管采用定型化模具，工厂化集中加工，穿楼板预留洞精准，一次施工到位，无需吊洞修补，提高效率。u

通过精密工艺提升工程品质编号

案例名称

案例简述图片示意联合支架通过机电综合排布与受力计算，将多种管线设计统一用一个支架。4梁内预埋套管

在结构梁内预埋套管。56机电集中加工

布置加工设备、原材料与半成品货架、废料池、车间小型机具等，发挥工厂化、专业化优势，节约人力、物力及现场空间资源，同时也能满足现场管理标准化要求。u

通过精密工艺提升工程品质编号

案例名称案例简述图片示意机电综合管线

利用CAD提前开展机电综合管线排布深化设计，7排布出具机电预留预埋布置图，形成砌体结构固化图，施工时按图预留机电安装洞口。楼板厚度控制

采用定制混凝土预制块做马凳，根据平板马凳8工艺施工优化图确定马凳位置，确保混凝土楼面平整，厚度标准，上部钢筋保护层准确。u

“一体化”实施措施编号

案例名称案例简述图片示意施工便道永临

施工平面布置时，将施工现场所需施工便道与1结合设计的便道相结合，使得不另外新建施工便道，节省便道成本。塔吊基础永临

塔吊布置时，将塔吊布置在基坑内，将小范围23结合底板加厚作为塔吊基础，且利用工程桩作为塔吊桩，节约了了塔吊基础的成本。制作成品后浇

利用混凝土余料制作后浇带盖板，利用资源减带盖板

少投入，并达到更好的后浇带断水效果。u

“一体化”实施措施编号

案例名称案例简述图片示意砌体工程标准

利用CAD对砌体墙进行深化排砖布置。砌筑前，4化管理用砌体深化设计图对工人进行交底并将排版图张贴到待砌筑墙边上的结构上，指导工人砌筑。消防箱孔洞预

由于外墙较厚，可将永久消防柜优化至墙体，56留并在施工外墙时在消防箱孔洞预留出来，既避免了后期再开洞，优化了施工工序，也使消防箱内置比较美观。临电永临结合

提前与安装专业融合，对楼梯间永久电路工程提前介入施工，利用永久电缆作为施工过程中工程照明。u

“一体化”实施措施编号

案例名称案例简述图片示意风机永临结合

后浇带封闭且取得业主同意后，可以提前与安装专业融合，对地下永久风机提前介入施工，7减少地下施工过程中设备投入，从而节约成本。PART

04创新性与目标u

创新性（1）城市废弃土回填材料研究（2）狭长地下空间开发对周边环境影响明确降雨、轨道交通动荷载对多功能地下空间及其周边地层的影响规律，从而提出不均匀地层中城市多功能超长地下空间复杂结构体系状态关键控制技术；通过试验得出最优级配、外加剂、配合比，实现既能满足狭小空间的作业需求，达到密实防水效果，又具备一