Содержание к диссертации
Общая характеристика работы 5
1. Состояние изученности вопроса и постановка задач исследований 11
1.1. Состояние изученности вопроса 11
1.1.1. Нормативная база освоения подземного пространства крупнейших и крупных городов 13
1.1.2. Направления использования городского подземного пространства 14
1.1.3. Номенклатура и классификация под земных сооружений 17
1.1.4. Размещение подземных объектов 21
1.1.5. Объемно-планировочные решения 24
1.1.6. Конструктивно-технологические реше ния 26
1.1.7. Оценка изменчивости физико- технических свойств вмещающего массива 32
1.18. Выбор решений в условиях изменчиво сти физико-технических свойств вмещающего массива 34
1.2. Постановка задач исследований 35
2. Приоритетные направления, объекты и схемы ос воения подземного пространства 40
2.1. Анализ приоритетности направлений освое ния подземного пространства в подземном пространст ве 40
2.2. Требования к размещению подземных сооружений в подземном пространстве 55
2.3. Объекты и схемы освоения подземного пространства 58
2.3.1. Комплексное освоение подземного пространства при проектировании и строительстве метро политена 62
2.3.2. Общегородские магистральные тонне-лидля инженерных сетей и коммуникаций 73
2.3.3. Транспортные подземные сооружения 79
2.3.3.1. Автотранспортные тоннели и развязки 73
2.3.3.2. Подземные гаражи и автостоянки 84
2.3.3.3. Подуличные переходы и пеше ходные тоннели 88
2.3.4. Комплексная застройка жилых и про- мышленно-коммунальных зон с использованием подзем ных объектов 92
2.4. Проект программы комплексного освоения подземного пространства г. Екатеринбурга до 2015 г 95
2.5. Выводы по главе 99
3. Выбор эффективных объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений городских под- земных сооружений
3.1. Оценка вмещающего грунтового массива, его изменчивости и изменчивости физико-технических свойств грунтов 103
3.1.1. Оценка вмещающего грунтового массива 103
3.1.2. Оценка изменчивости физико- технических свойств грунтов 121
3.2 Методика расчета уровней рисков 124
3.3. Принципы оценки эффективности инвестиционных проектов при строительстве и эксплуатации подземных объектов 138
3.4. Формирование и реализация моделей выбора решений по эффективному освоению подземного пространства сучетом риска 143
3.4.1. Оценка уровней риска и потенциального ущерба 143
3.4.2. Модели выбора решений в условиях риска 146
3.4.3. Анализ эффективности страхования строительных и эксплуатационных рисков 150
3.5. Выводы по главе 160
Заключение 162
Библиографический указатель 164
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в крупнейших и крупных городах России отсутствует комплексный подход к подземному пространству как к обязательному элементу общегородской архитектурно-планировочной организации, в силу чего недооценивается значимость подземного строительства. Генеральные планы развития городов, включая сверхкрупные города, не содержат специальных разделов, посвященных освоению подземного пространства. Подавляющее большинство крупнейших городов и практически все крупные города не имеют научно-обоснованных программ комплексного подземного строительства, без чего невозможно упорядоченное и эффективное освоение подземного пространства. Между тем выполнение в традиционной постановке полного объема исследований, необходимых для формирования комплексных программ освоения подземного пространства, требует значительных затрат времени и денежных средств. Существующая устойчивая тенденция к развитию городского подземного строительства связана с использованием современных инженерных решений и «высоких» горно-строительных технологий, внедрение которых без детального технико-экономического анализа, учитывающего геомеханические и технологические риски, может привести к весьма тяжелым последствиям вплоть до финансового краха и инвестора, и заказчика, и подрядчика. Поэтому формирование системных процедур и методик, позволяющих оперативно установить приоритетные направления и объекты освоения подземного пространства в крупнейших и крупных городах, разработка критериев и моделей обоснования эффективных объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений с учетом риска является весьма актуальной проблемой.
Объектом исследований являются инженерные решения по освоению подземного пространства крупнейших и крупных городов.
Предмет исследований - методы обоснования инженерных решений по эффективному освоению подземного пространства.
Цель диссертации - разработка моделей, методик и процедур обоснования инженерных решений по эффективному освоению подземного пространства крупнейших и крупных городов на основе методов системного анализа и теории риска.
Основная идея работы заключается в определении приоритетных направлений и проектов освоения подземного пространства крупнейших и крупных городов на основе методов системного анализа с разработкой моделей обоснования эффективных объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений, учитывающих геомеханические и технологические риски в стадии строительства и эксплуатации.
В соответствии с поставленной целью основные задачи исследований заключаются в разработке и реализации:
1) процедур выявления приоритетных направлений, объектов и схем освоения подземного пространства крупнейших и крупных городов с получением количественных оценок приоритетности;
2) моделей обоснования эффективных объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений городских подземных сооружений на основе теории риска.
Методы исследований. При выполнении работы применялся комплекс методов, включающий обобщение результатов ранее выполненных работ, системный анализ, вероятностно-статистические исследования, математическое и имитационное моделирование на ЭВМ.
Защищаемые научные положения.
1. Приоритетные направления освоения подземного пространства крупнейших и крупных городов следует устанавливать методами системного анализа, включающими структуризацию задач, экспертизу, анализ по ресурсным критериям и критериям условий реализации, системное обобщение оценок. Для г. Екатеринбурга с учетом основного планировочного каркаса - метрополитена - определены четыре приоритетных направления, в которых следует разрабатывать схемы размещения, объемно-планировочные и конструктивно-технологические решения подземных сооружений: комплексное освоение подземного пространства при строительстве метрополитена; инженерные коммуникации; транспортные сооружения; комплексная застройка жилых и административных районов с использованием подземных объектов. Количественные оценки, характеризующие приоритетность этих направлений, соответственно составляют 0,959, 0,915, 0,750, 0,625, превышая среднюю оценку приоритетности, равную 0,562.
2. Инвестиции в строительство подземных объектов следует оценивать с учетом нестабильности характеристик природной среды, качества мониторинга вмещающего грунтового массива и окружающих строений, особенностей реализации строящихся объектов, предусматривая сопоставление чистого дисконтированного дохода или суммарных дисконтированных затрат с результатами, полученными при анализе страхования строительных и эксплуата «о г ционных рисков, устанавливаемых методом Монте-Карло с генера цией входных случайных параметров по универсальному закону распределения Грамма-Шарлье.
Достоверность защищаемых, выводов и рекомендаций подтверждается системным характером исследований, материалами технико-экономического анализа с использованием методов математической статистики, реализацией в градостроительных планах и проектах строительства подземных сооружений г. Екатеринбурга.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
- выполнен системный анализ приоритетности направлений и объектов освоения подземного пространства крупнейших и крупных И городов, получены количественные оценки приоритетности в увязке природных особенностей с совокупностью социальных, экономических, архитектурно-планировочных, технических условий городской застройки;
- установлена целесообразность определения уровней рисков методом Монте-Карло с генерацией входных случайных аргументов имитационных моделей по универсальному закону распределения Грамма-Шарлье;
разработаны принципы моделирования, критерии и модели для оптимизации технических решений по освоению подземного пространства, учитывающие уровни геомеханического и технологического рисков, продуктивность геомеханического контроля состоя & ния грунтового массива горных пород, особенности реализации строящихся объектов, рациональные объемы страхования строительных и эксплуатационных рисков.
Практическая значимость работы состоит:
- в разработке процедур экспресс-методики составления программ освоения подземного пространства крупнейших и крупных городов и выбора схем размещения подземных объектов;
- создании и реализации машинно-ориентированных методик оценки уровней риска, вызванного нестабильностью физико-технических свойств массива;
- разработке методики формирования моделей для оценки эффективности инвестиций и выбора объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений, оперирующих в условиях риска.
Внедрение результатов исследований.
Рекомендации диссертации использованы:
в разделе «Схема комплексного освоения подземного пространства» генерального плана «МО Город Екатеринбург до 2025 года»;
при формировании «Программы комплексного освоения подземного пространства г. Екатеринбурга до 2015 г.»;
в эскизных проектах подземных комплексов Екатеринбурга: «Площадь 1905 г.», «Площадь Малышева», «Центр», разработанных по заданию ОАО «Уралстройпроект».
Методики оценки геомеханических рисков и обоснования инвестиций в строительство городских подземных сооружений переданы ЕМУП «УЗПС МЕТРО» (Екатеринбургское муниципальное унитарное предприятие «Управление заказчика по строительству подземных сооружений и метрополитена»).
Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач и формировании программы исследований, научном обосновании приоритетности направлений освоения подземного пространства и схем размещения подземных объектов, организации и проведении экспертиз, выполнении технико-экономических исследований, разработке моделей выбора рациональных инженерных решений, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций.
Апробация работы. Содержание и основные результаты исследований обсуждались:
на семинарах Уральского отделения Тоннельной ассоциации России (2004, 2005 гг., г. Екатеринбург);
семинаре «Гидроизоляция подземных сооружений» (январь 2005 г., Москва);
«Уральской горно-промышленной декаде» (апрель 2005 г., Екатеринбург);
Международной конференции «Геомеханика, механика подземных сооружений» (сентябрь 2005 г., г. Тула);
семинаре кафедры шахтного строительства Уральского государственного горного университета (январь, 2006 г.);
совещаниях при зам. главы администрации Екатеринбурга, в ГлавАПУ Екатеринбурга, ОАО «Уралгипротранс» (2004, 2005 гг).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в пяти печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация включает общую характеристику работы, три главы, заключение, библиографический указатель из 219 наименований. Объем диссертации - 185 страниц компьютерного текста (14 кегль, шрифт «Arial»), 54 таблицы, 18 рисунков.
Похожие диссертации на Обоснование инженерных решений по эффективному освоению подземного пространства крупнейших и крупных городов
