地下工程建筑

新奥法--奥地利人L.v.Rabcewicz根据本国多年隧道施工经验总结出的一种施工法。特点是采用光面爆破；以锚喷作一次支护，必要时加钢拱支架；根据围岩地压及变形实测数据，再合理进行二次支护；对软岩强调封底。新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。新奥法的基本要点可归纳为以下7点：①洞室开挖后，应使围岩自身承担主要的支护作用，而衬砌只是对围岩进行加固，使成为一个整体而共同发生作用。因此，须最大限度地保持围岩的固有强度，以发挥围岩的自承能力。如及时喷混凝土封闭岩壁，就能有效地防止围岩松弛，而不使其强度大幅度降低，同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛。总之应使围岩经常处于三轴应力约束状态，最为理想。②预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。其刚度不能太大或太小，又必须是能与围岩密贴，而要做成薄层柔性，允许有一定变形，以使围岩释放应力时起卸载作用，尽量不使其有弯矩破坏的可能。这种支护和传统的支护不同，不是因受弯矩而是受压剪作用破坏的。由于混凝土的抗压和抗剪强度比抗拉和抗弯强度大得多，从而具有更高的承载能力。一次支护的位移收敛后，可在其光滑的表面上敷设高质量的防水层，并修筑为提高安全度的二次支护。前后两次支护与围岩之间都只有径向力作用。③衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。此外，因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑，空间宽敞，从而提高了安全性和作业效率。④为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性，可在进行室内试验的同时，在现场进行量测。量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位，据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数，以便适应地质情况的变化，及时变更设计和施工。量测监控是新奥法的基本特征，量测的重点是围岩和支护的力学特征随时间的变化动态。衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的。⑤隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒。它是由围岩支承环和衬砌环组成的结构，且两者存在共同作用。圆筒只有在闭合后才能在力学上起圆筒作用，所以除在坚硬岩层之外，敷设仰拱使衬砌闭合是特别重要的。围岩的动态主要取决于衬砌环的闭合时间。当上半断面超前掘进过多时,就相应地推迟了它的闭合时间,在隧道纵方向形成悬臂梁的状态而产生大弯曲的不良影响。另外，为防止引起围岩破坏的应力集中，断面应做到无角隅，最好采用圆形断面。⑥围岩的时间因素还受开挖和衬砌等施工方法的影响，它对结构的安全性起着决定的作用。考虑掘进循环周期、衬砌中仰拱的闭合时间、拱部导坑的长度以及衬砌强度等变化因素，把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。从应力重分布角度去考虑，全断面一次开挖是最有利的；分部开挖会使应力反复分布而造成围岩受损。⑦岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。新奥法的支护结构至今仍处于经验设计的阶段，它的前提是要科学地进行围岩分类，并根据已经修建的类似工程的经验，提出支护设计参数或标准设计模式。这种工程类比法目前还只考虑了岩体结构、岩块单轴抗压强度、弱面特性等工程地质性质、坑道的跨度以及围岩自稳时间等主要因素，需在各种设计与施工规程的实施过程中，依据量测数据加以修正。现场监控设计，一般分成预先设计阶段和最后设计阶段，后者是根据现场监控量测数据，经分析比较或计算后，最后提出设计。理论解析和有限元数值计算，至今还不能得出充分可靠和满意的结果，必须由上述两种方法即经验和量测加以验证。地下水对工程建筑的危害(1)地下水位的变化,对工程建筑的危害影响极大,如地下水位上升,可引起浅基础地基承载力的降低,在有地震砂土液化的地区会引起液化的加剧,岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良的地质作用。再有,在寒冷地区产生地下水的冻胀影响。其实就建筑物本身而言,若是地下水位在基础底面以下压缩层内发生上升变化,水浸湿和软化岩土,因而使地基土的强度降低,压缩性增大,建筑物则会产生过大的沉降,导致地基严重变形。尤其是对于结构不稳定的土(例如湿陷性黄土,膨胀土等)这种现象更为严重,对设有地下室的建筑的防潮和防湿也均为很不利。(2)地下水侵蚀性的影响主要体现在水对混凝土、可溶性石材、管道以及金属材料的侵蚀和危害。突出表现在地下水的侵蚀性和地下水中的化学性质的积极作用,在工程上带来很大的危害,侵蚀性在或快或慢的进行,改变了各种建筑材料的使用预期。(3)在饱和的砂性土层中施工,由于地下水的水力状态的改变,使土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮于水中,随着水一起流出的现象被称为流砂。这种不良地质作用的影响主要表现为在工程施工过程中会造成大量的土体流动,致使地表塌陷或建筑物的地基破坏,会给工程带来极大的困难,或者直接影响建筑工程及附近建筑物的稳定。(4)如果地下水渗流水力坡度小于临界水力坡度,那么虽然不会产生流砂现象,但是土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流带走。其结果是使地基土的强度受到破坏,土下形成空洞,从而导致地表塌陷,破坏建筑场地的稳定,此种现象就是常说的潜蚀。(5)地下水的不良地质作用中,还有一个应尤其注意的是基坑涌水现象。这种现象发生在建筑物基坑下有承压水时,开挖基坑会减小基坑底下承压水上部的隔水层厚度,减小过多会使承压水的水头压力冲破基坑底板形成涌水现象。涌水会冲毁基坑,破坏地基,给工程带来一定程度的经济损失。(6)过度开采地下水,经常造成地面沉陷,塌陷的地面给工程造成极大的危害,经济损失很大。此类的工程实例很多,例如某一工厂为了赚取更大的利润,工业用水采用地下水,由于开采量超大,过度抽取地下水而造成了地面塌陷成很大的漏斗状,因此而造成周边的建筑开裂,地基很多失稳,给人们带来了极大的安全隐患,过渡开采地下水的实例告诉我们,地下水资源可以被利用,但是不能盲目的过度的利用,否则就会受到大自然的惩罚。总之,由于地下水的复杂成分和性质,对工程建筑的不良影响以及危害体现在以上诸多方面,因此工程建筑中要谨防地下水的影响,避免地下水的多种危害。应该做到安全设计、施工和正常使用。基坑开挖边坡失稳的主要原因----落后的设计手段,忽视支护基坑的边坡稳定,是引起基坑土坡失稳的主要原因。基坑开挖边被失稳一般由以下几种情况引起：1．基坑深度过大，而坑壁坡度较陡。2．对于湿土而言，坑壁坡度陡于该湿度下上的天然坡度。3．地下水以下部分开挖，土质易坍塌却没有增设加固措施。4．基坑四周没有设置截水沟、排水沟拦截地表径流。5．弃土位置距基坑太近甚至放在基坑四周。6．在粗、细砂质上层中，水的渗流会挟带细砂颗粒流动，破坏土体结构，引起基坑壁坍塌。7．施工延续时间过长。8．施工所用大型设备在坑周边重复作业或振动较大等。盾构法-----1.用带防护罩的特制机械(即盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞的施工方法。可同时有序进行掘进、出碴、拼装预制混凝土衬砌块。2.用带防护罩的特制机械(称盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞的施工方法。盾构法(ShieldMethod)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构法施工的基本条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m；3、相对均质的地质条件；4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m；5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。盾构法施工步骤盾构施工方法由以下几个步骤组成：第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。盾构法施工的优缺点优点1、安全开挖和衬砌，掘进速度快；2、盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。3、不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；4、穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；5、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。盾构法施工的点缺点1、断面尺寸多变的区段适应能力差；2、新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;③施工操作不受气候条件的影响;④产生的振动、噪声等环境危害较小;⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。锚喷支护是喷射砼、锚杆以及钢筋网（或钢纤维）用于围岩支护的总称。随着围岩稳定程度的不同，它们可以单独设置，也可以综合运用。当围岩稳定性较好时，可以采用锚杆支护或喷射砼支护；当围岩稳定性较差时，可以采用锚网喷联合支护。目前，锚喷支护理论日益完善，但在实际施工实践中，理论成果运用不足，普及知识还须加强。本文阐述了锚喷支护在海军1206工程中应用经验，希望对其它工程建设有参考作用。1锚喷支护的基本构造1.1喷射砼喷射砼是将符合要求的砂、碎石、水泥等按一定比例混合放在喷射机中，借助高压气流喷射（加水）到岩体表面凝固而成的。喷射砼不仅能够隔绝空气，防止围岩风化，而且可以作为结构物承受荷载，从而起到保护围岩稳定的作用。喷射砼分为干喷和湿喷两种，喷射砼的标号不应低于C15，通常应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度等级不应低于32.5MPa。为了尽快获得强度，及早向围岩提供支护力，通常都在混合料中加入一定数量（通过试验确定）的速凝剂。喷射砼喷射作业前的准备工作应达到规范要求，通常都采用分层喷射的方法，每次喷射的厚度应遵守设计要求或规范要求。后一次喷射应在前一层砼终凝后进行，只要将喷射表面冲洗干净，先后喷射的两层砼一般都能粘结良好，不影响其受力性能。喷射作业紧跟开挖工作面时，砼终凝到下一循环放炮的时间，不应少于3小时。为了提高支护的承载能力，也可以在喷射砼中设置钢筋网，称为网喷支护。通常沿洞室横向布置直径较大的受力钢筋，沿纵向布置直径较小的构造钢筋。钢筋网应随岩面铺设，并与锚杆联结牢固，防止喷射砼时震动。近年来，钢纤维喷射砼技术发展较快。在喷射砼中掺入钢纤维或玻璃纤维以取代钢筋网，工艺简单，施工方便，既节约劳动力和时间，又能够提高