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研究生: 羅鴻展
Lo, Hung-Chan
論文名稱: 三維深開挖模擬與空拍影像處理方法之初步建構─以臺南鐵路地下化工程為例
Three-Dimensional Deep Excavation Simulation and UAV Image Processing - A Preliminary Research of Tainan Underground Railway Project
指導教授: 洪瀞
Hung, Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 臺南鐵路地下化深開挖PLAXIS 3D無人飛行載具攝影測量
外文關鍵詞: Tainan underground railway project, Deep excavation, PLAXIS 3D, Unmanned Aerial Vehicle, Photogrammetry
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  • 在都會區或建物較為密集的地區,深開挖工程可能引致的地表沉陷或鄰近結構物之變位備受重視,傳統方法在預測時多仰賴經驗公式,在監測上佈設量測儀器則有觀測範圍侷限的缺點。本研究探討有限元素模擬與攝影測量法應用於深開挖工程的可行性,以臺南鐵路地下化工程為例,使用有限元素軟體進行數值分析,而由於鑽探資料未提供土壤彈性模數,分析時將假設不同楊氏模數進行討論,並考量擋土結構物的勁度折減情形,初步探討鄰近此開挖工程的建築物是否有安全疑慮,最後再以航空攝影結合影像處理技術進行地表沉陷量判讀之可行性研究。
    研究結果顯示,在採取不同砂土楊氏模數與勁度折減條件下,目標建築物在模擬後之差異沉陷量或角變量的評估中,處於安全建議值範圍內;另一方面,本研究探討無人飛行載具搭配攝影測量方法由不同時期的合成影像分析地表變位量,結果指出在沒有設置控制點的情況下,將會導致欲比對的影像無法完全疊合,使高程差產生不合理數值,反之,若有設置控制點,則能將誤差明顯由公尺級改善至公分級。

    Deep excavations in urban area have the potential to cause unfavorite effects to nearby structures due to wall deformation and ground settlement. In general, the prediction before excavations and the monitoring during excavations were addressed by empirical formulas and traditional survey techniques, respectively. Problems in these approaches for the safety assessment of a deep excavation are full of uncertain, vague, and incomplete information. To fill the gap, this study test two advanced approaches, including three-dimensional finite element analysis (FEA) and Unmanned Aerial Vehicle (UAV) photogrammetry technique, for preliminary evaluating the safety of the building near the deep excavation of Tainan underground railway project. Due to the lack of the project information, this study established FEA model based on adjacent cases and empirical formulas According to the FEA results, the differential settlement and the angular distortion were within the safety range of the construction guideline during the excavation. On the other hand, by comparing the multi-temporal UAV-based digital surface model (DSM), the UAV-photogrammetry was demonstrated to be feasible for observing ground settlement at the site scale. The results show that the control points played an important role in the UAV-based observation. The accuracy of the measured ground settlement could be improved from meter-scale to centimeter-scale after setting the control points in field.

    摘要 I Extended Abstract II 致謝 V 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究方法與流程 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 數值模擬於深開挖工程之應用 5 2.2 深開挖工程引致壁體變形之行為 7 2.3 深開挖工程引致地表沉陷之行為 9 2.3.1 地表沉陷之形態 9 2.3.2 地表沉陷影響範圍 10 2.3.3 地表最大沉陷量與發生位置 13 2.4 建築物安全評估 15 2.4.1 建築物於自重作用下之容許沉陷量 16 2.4.2 開挖引致不同基礎型式之建築物沉陷 19 2.5 航空攝影測量 21 2.5.1 無人飛行載具分類與介紹 21 2.5.2 攝影之像片重疊度 22 2.5.3 數值地形模型介紹 24 第三章 土壤模型與案例介紹 25 3.1 有限元素分析法與土壤組成律模型 25 3.1.1 PLAXIS 3D 25 3.1.2 土壤組成律模型 26 3.2 模型案例驗證:臺北國家企業中心(TNEC) 31 3.2.1 驗證案例概述 31 3.2.2 驗證案例之建模與參數 35 3.2.3 驗證結果 37 3.3 研究案例:臺南鐵路地下化深開挖工程 40 3.3.1 工程概述 41 3.3.2 地質條件 44 第四章 三維開挖模擬與安全性分析 47 4.1 參數說明 47 4.1.1 土壤分析參數 47 4.1.2 結構分析參數 52 4.1.3 模型尺寸與邊界設定 55 4.1.4 模擬施工步驟 57 4.2 模擬結果與安全分析 58 4.2.1 模擬結果與討論 59 4.2.2 差異沉陷量安全分析 69 4.2.3 角變量安全分析 72 第五章 UAV監測開挖引致地表變位量 75 5.1 航空攝影與軟體 75 5.1.1 無人飛行載具 75 5.1.2 影像處理軟體 78 5.1.3 航線規劃 81 5.2 地表高程模型 86 5.2.1 本案例空拍影像與無控制點之地表變位量觀測 86 5.2.2 有控制點之地表變位量觀測 92 5.3 三維建模 96 第六章 結論與建議 100 6.1 結論 100 6.2 建議 101 參考文獻 102

    1. 王建智 (1997),「深開挖引致之軟弱不排水潛變行為之研究」,國立台灣科技大學,博士論文。
    2. 交通部鐵路改建工程局 (2017),「施工期間確保長榮新城建物安全及降低環境影響之對策」,都市計畫公開展覽說明會,臺南。
    3. 交通部鐵路改建工程局 (2017),「臺南市區鐵路地下化計畫(北區長榮新城社區)第二場公聽會會議紀錄」,臺南。
    4. 呂冠霖 (2008),「砂質地盤深開挖之數值模擬-以高雄捷運系統CO2區段標為例」,碩士論文,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所,高雄。
    5. 吳沛軫 (2006),「連續壁變形行為探討」,第七屆大地工程學術研究討論會,臺北,pp.601~608。
    6. 吳偉鳴,「運用土壤硬化模式在鬆砂土層中開挖之參數定義與 GIS 系統在深開挖建物安全評估之初探」,碩士論文,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所,高雄。
    7. 李啟瑋 (2017),「黏土層開挖引至鄰近獨立基礎建物之損害預測研究」,國立臺灣科技大學營建工程系,碩士論文,臺北。
    8. 林孟慧 (2010),「深開挖工程案例之連續壁變形行為分析」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,臺南。
    9. 胡邵敏 (1992),「深開挖工程鄰產保護設計與施工」,地工技術,第40期,pp.35-61。
    10. 徐金煌 (2017),「以Pix4Dmapper進行UAV影像快速空間資料產製之探討」,碩士論文,國立臺灣師範大學地理學系空間資訊碩士班,臺北。
    11. 陳玫臻 (2015),「黏土層開挖引致連續壁側向位移之預測」,碩士論文,立臺灣科技大學營建工程系,碩士論文,臺北。
    12. 曾驛勝 (2015),「台南市區深開挖壁體變形與地表沉陷關係之研究」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,臺南。
    13. 黃鈺婷 (2018),「ABAQUS 3D 深開挖建構:高雄黏土案例研究」,碩士論文,國立成功大學土木工程研究所,臺南。
    14. 黃美甄 (2013) ,「 地面控制點對無人飛行載具數值地形模型精度影響之評估」,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,臺北。
    15. 葉賢輝 (2010),「砂質地盤深開挖之位移及應力路徑探討」,碩士論文,國立高雄應用科技大學土木工程與防災科技研究所,高雄。
    16. 臺灣世曦工程顧問股份有限公司 (2011),「臺南市區鐵路地下化計畫工程設計暨配合工作技術服務補充地質調查工作成果報告」,臺北。
    17. 廖瑞堂 (1996),「逆打深開挖之行為研究」,國立臺灣科技大學營建工程系,博士論文,臺北。
    18. 歐章煜 (2002),深開挖工程-分析設計理論與實務,科技圖書出版。
    19. 歐章煜 (2017),進階深開挖工程分析與設計,科技圖書出版。
    20. 劉駿紘 (2018),「評估控制點於無人機傾斜攝影三維模型精度之影響」,碩士論文,臺北。
    21. 鄭由聖 (2011),「 地下結構物影響地下水流場之研究-以台南市鐵路地下化為例」,碩士論文,國立成功大學地球科學研究所,臺南。
    22. 謝百鈎 (1999),「黏土層開挖引致地盤移動之預測」,博士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,臺北。
    23. 顏東利 (1991),「建物允許沉陷量之探討」,地工技術,第34期,pp.78 -96(Chen &Peng, 2018)。
    24. Bjerrum, L. (1963). “Allowable Settlement of Structures.” Proceeding of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Weisbaden, Germany, Vol. 2, pp.35 – 137.
    25. Bowles, J. E. (1986). Foundation Analysis and Design, 4th Ed, McgrawHill Book Company, New York, U. S. A.
    26. Brinkgreve (2004). R. B. J. PLAXIS Manual 8.2, Plaxis bv, Netherlands, 2004.
    27. Chen, K. H., &Peng, F.Le. (2018). “An improved method to calculate the vertical earth pressure for deep shield tunnel in Shanghai soil layers. ” Tunnelling and Underground Space Technology, Vol 75, pp 43–66.
    28. Clough, G. W. and O’Rourke T. D. (1990). “Construction Induced Movements of In-situ Walls.”, Proceeding, Design and Performance of Earth Retaining Structure, ASCE Special Conference, Ithaca, New York, pp.439-470.
    29. Das, B. M. (1984). Principles of Foundation Engineering, Brook/Cole Engineering Division, Monterey, California, U. S. A.
    30. Duncan J.M. and Chang C.Y. (1970). “Nonlinear analysis of stress and strain in soils.”, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Divisions, Vol 96, pp.637-659
    31. Hsieh, P. G., Ou, C. Y. and Liu, H. T. (2008). “Basal Heave Analysis of Excavations with Consideration of Anisotropic Undrained Strength of Clay.” Canadian Geotechnical Journal, pp.788-799.
    32. Hsieh, P. G. and Ou, C.Y. (1993). “Shape of Ground Surface Settlement Profiles Caused by Excavation.”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 35, No.5, pp.1004-1017.
    33. Hsiung, B. C. (2008). “A case study on the behavior of a deep excavation in sand.”, Computers and Geotechnics Journal, pp. 665-675.
    34. Hsiung B. C., Yang K. H., Aila W., Hung C. (2016). “Three-dimensional effects of a deep excavation on wall deflections in loose to medium dense sands.” Computers and Geotechnics, Vol 80, pp.138-151.
    35. Hsiung B. C., Yang K. H., Aila W., Louis Ge. (2018). “Evaluation of the wall deflections of a deep excavation in Central Jakarta using three-dimensional modeling” Tunnelling and Underground Space Technology, Vol 72, pp.84-96.
    36. Jaky, J. (1944). “The coefficient of earth pressure at rest.” Journal of Society of Hungarian Architects and Engineers, Vol. 78, No.22, pp.355-358.
    37. Janbu N. (1963).“Soil compressibility as determined by oedometer and triaxial tests.” Proceedings of European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ECSMFE), Wiesbaden, Vol. 1, pp.19-25.
    38. Khoiri, M. and Ou, C. Y. (2013). “Evaluation of deformation parameter for deep excavation in sand through case histories.” Computers and Geotechnics, Vol. 47, pp.57-67.
    39. Lin, H.D., Mendy, S., Liao H.C., Dang, P.H., Hsieh, Y.M., Chen, C.C., (2016). “Responses of 3d excavation and adjacent buildings in sagging and hogging zones using decoupled analysis method” Journal of GeoEngineering, Vol. 11, pp.85-96.
    40. Lin D. G. and Woo S.M. (2007). “Three Dimensional Analysis Of Deep Excavations In Taipei 101 Construction Project”, Journal of Geotechnical, Vol.2, No.1, pp. 29-41.
    41. Lim, A., Ou, C. Y. and Hsieh, B. G. (2010). “Evaluation of clay constitutive models for analysis of deep excavation under undrained conditions.” Journal of GeoEnginerring, Vol. 5, No.1, pp. 9-20.
    42. Mana A. I. and Glough G. W. (1981). “Prediction of movements for braced cuts in clay.”, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 107, No. 6, pp. 759-777
    43. Mendy, S. (2014). “Study of Excavation Behavior and Adjacent Building Response Using 3D Decoupled Analysis.” Department of Civil and Construction Engineering, National Taiwan University of Science and Technology, Taipei.
    44. Ou C. Y., Hsieh, P. G. and Chiou, D. C. (1993). “Characteristics of ground surface settlement during excavation.” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 30, No.5, pp.758-767.
    45. Ou. C. Y. and Shiau, B. Y. (1998). “Analysis of the corner effect on excavation behavior”, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 35, pp. 532- 540.
    46. Ou. C. Y. and Chiou, D. C. (1993). ‘‘Three-dimensional finite element analysis of deep excavation.’’ Proc., 11th Southeast Asian Geotech. Conf., Southeast Asian Geotechnical Society, Singapore, pp.769-774.
    47. PLAXIS. (2015) Reference and Material Models Manual . Plaxis bv , Netherlands.
    48. Skempton, A. W., and MacDonald, D. H. (1956). “The allowable settlements of buildings.” Proceeding of Institution of Civil Engineers, London, 6, pp.727 – 768.
    49. Terzaghi, K., Peck, R. B., and Mesri, G. (1996). “Soil Mechanics in engineering practice.” Wiley, New York.
    50. Whittle, A. J., &Davies, R.V. (2006). “Nicoll Highway collapse: evaluation of geotechnical factors affecting design of excavation support system. ” International Conference on Deep Excavations, Singapore.
    51. Whittle A. J., Corral G., Jen L. C., and Rawnsley R. P. (2014). “ Prediction and Performance of Deep Excavations for Courthouse Station, Boston.” Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 141, No.4, pp.1-13.

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