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陈湘生院士团队助力深圳地铁“超级枢纽”智能建造

编辑:余嘉惠    发布时间:2022-10-27 21:37    浏览次数:

深圳地铁“两线三枢纽”将于2022年10月底前开通运营,标志着深圳市城市轨道交通建设将迈上新台阶。其中,岗厦北枢纽、黄木岗枢纽、大运枢纽的运营将有效缓解城市交通压力,满足人民群众出行需求,推动区域经济持续健康发展。自2020年4月起,在深圳大学土木与交通工程学院院长陈湘生院士带领下,研究团队开展技术攻关,突破了繁华城市区复杂环境下超大枢纽建造面临的一系列“卡脖子”难题,为三大枢纽顺利开通运营提供了有力的技术支持与安全保障。


图1 2020年4月陈湘生院士带领研究院团队赴大运现场调研考察


图2 未来地下城市研究院团队为枢纽建造提供全过程技术支持


1.地下空间大直径鱼腹型V型柱永-临结构体系转换

黄木岗综合交通枢纽工程是深圳既有地铁7号线、14号线和24号线的三线换乘枢纽,为深圳轨道交通中部发展轴上的重要节点。地铁枢纽24号线核心区首次在地下空间采用了鱼腹型V型柱结构体系,型钢柱共25组合计50根,单根最大长度约38.5m,重量约87t,倾角1.3°-13°。

图3 地下空间鱼腹型V型柱结构体系


枢纽基坑部分采用盖挖逆作法施工,在V型柱形成受力体系前,各层板依靠临时钢管柱提供竖向支撑。在V型柱施工完成后,利用临时柱顶伺服系统完成受力体系转换,结构力系多次变换,存在较大安全风险。团队通过三维精细化有限元分析确定临时柱顶升阈值,采用“分布式光纤+MEMS传感+机器视觉+自动化全站仪”的多源感知技术,系统建立了地下空间结构的“粗-疏-精-密”智能感知体系,通过算法对体系转换风险进行实时研判,结合高精度液压伺服系统,实现了体系转换过程中结构变形的毫米级控制。


图4 “永-临”结构体系转换现场监测与风险评估


2.空间桁架钢结构体系吊装施工

大运枢纽是深圳东部唯一汇集地铁、城际铁路、公交于一体的大型综合交通枢纽,未来将实现3、14、16号线和深大城际的四线换乘。大运枢纽占地面积约6万㎡,规划建筑面积约17.32万㎡。顶棚采用以“湾区之舞”为主题造型,整体飘逸灵动,极具美感。


图5 “湾区之舞”钢结构顶棚


枢纽屋盖采用空间桁架钢结构体系受力复杂,加工和安装精度要求高,建造施工挑战性大。基于大跨度钢结构顶棚设计和施工方案,团队对结构体系及其它影响结构性能的关键参数进行优化,并对施工过程中的防护装备、起重设备、运输设备及其支承结构的安全性进行分析,提升项目从设计到施工全过程的技术先进性、经济性和安全性。


图6 空间桁架钢结构体系吊装安全研究


3.超大深基坑紧邻运营地铁车站施工变形控制

大运枢纽和黄木岗枢纽分别由深圳地铁3号线大运站和深圳地铁7号线黄木岗站扩建而成,枢纽新建基坑面积广、深度大,与既有运营车站间距近,变形控制难度极大。陈院士团队根据枢纽地层和周围结构物特点,建立三维精细化模型,分析了紧邻深大基坑施工过程中既有地上、地下车站结构和桩基的受力变形特征,提出了有针对性的变形控制措施。采用MEMS传感器、自动化全站仪、视觉位移等技术,对基坑和既有车站变形进行智能感知;研发了变形预测预警平台,采用5种人工智能算法嵌入平台,对结构变形进行预测预警,保障了开挖全过程基坑和既有车站结构安全。


图7 超大深基坑紧邻既有车站施工精细化仿真


图8 枢纽变形智能感知与深度学习预测预警系统

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