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2K313000城市轨道交通和隧道工程本章主要内容：本章主要讲述了隧道工程的施工方法和施工技术要求，同时要了解一些城市轨道交通工程的基本知识。具体要求掌握：1、深基坑支护结构的施工要求和地下连续墙的施工技术2、盖挖法施工技术3、盾构法施工技术4、喷锚暗挖法施工技术重点、难点：1、掌握地下连续墙的施工技术2、掌握盖挖法施工技术3、掌握盾构法施工要求2K313010深基坑支护及盖挖法施工2K313011掌握深基坑支护结构的施工要求一、围护结构的类型基坑围护结构作用：承受基坑开挖卸荷所产生的土压力和水压力，并将此压力传递到支撑。基坑围护结构的性质：是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。围护结构类型：围护结构沉井（箱）法板桩式钢板桩钢筋混凝土板桩钢管桩主桩横档板柱列式钻孔灌注桩挖孔灌注桩地下连续墙可兼作永久结构适于逆筑法、半逆筑法自立式水泥土挡墙深层搅拌桩挡墙高压旋喷桩挡墙组合式SMW工法灌注桩与搅拌桩结合基坑支护围护结构支撑结构我国应用较多的基坑支护结构：钢板桩二、支撑结构类型1、基坑的支撑结构种类:内支撑和外拉锚两类；内支撑:各种型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑等外拉锚:拉锚和土锚两种型式。在软弱地层的基坑工程中，支撑结构主要是承受围护墙所传递的土压力、水压力的。2、支撑结构体系组成：围檩、支撑、立柱及其他附属构件。3、支撑结构挡土的应力传递路径：围护墙→围檩(冠梁)→支撑，在地质条件较好的有锚固力的地层中，基坑支撑可采用土锚和拉锚。4、支撑系统的分类：在深基坑的施工支护结构中，常用的支撑系统按其材料可分为现浇钢筋混凝土支撑体系和钢支撑体系两类。现浇钢筋混凝土支撑体系得组成：围檩、支撑、角撑、立柱、围檩托架、吊筋、托架锚固件等钢结构支撑组成：内围檩、角撑、支撑、轴力传感器、支撑体系监测控制装置、立柱桩及其他附属构件。三、支撑体系的布置要求1、合理选择支撑材料和支撑体系布置方式2、支撑体系受力明确，安全可靠，经济合理3、方便土方开挖和主体结构的快速施工要求四、基坑变形现象基坑变形原因分析：基坑开挖的过程是开挖面上卸荷的过程，由于卸荷而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧压力差的作用下而产生水平位移和墙外侧土体的位移基坑开挖引起周围地层移动的主要原因是坑底的土体隆起和围护墙的位移。(一)墙体的变形1．墙体水平变形当基坑开挖较浅，还未设支撑时，墙顶位移最大，方向为向基坑方向，呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加，支撑的设置，刚性墙体的位移为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移，而柔性墙则墙顶位移不变或逐渐向基坑外移动，墙体腹部向基坑内突出。2．墙体竖向变位由于基坑开挖土体自重应力的释放，围护墙体会上升。(二)基坑底部的隆起隆起分正常隆起和非正常隆起。正常隆起：由于基坑开挖卸载引起的隆起非正常隆起：一种是由于坑底存在承压水层，而上面的隔水层的重量又不能抵抗承压水头压力，就会造成坑底过大隆起。另一种是围护结构插入深度不足，造成坑底隆起。深基坑坑底稳定处理方法深基坑坑底稳定的处理方法：加深围护结构入土深度、坑底土体注浆加固、坑内井点降水等。(三)地表沉降在地层软弱而且墙体的人土深度又不大时，墙底处显示较大的水平位移，墙体旁出现较大的地表沉降。墙体入土较深或入土部分处于刚性较大的地层内时，地表沉降的最大值不是在墙旁，而是位于距离墙一定距离的位置上。(四)基坑工程监控量测对于一级和二级基坑，还必须对周围建(构)筑物和地下管线进行监测措施。基坑工程的量测监控内容有：坑周土体变位、围护结构变形及内力、支撑结构轴力、土压力、地下水位及孔隙水压力、相邻建筑物及地下管线、隧道等。五、地铁及轨道工程常见围护结构的施工特点(一)工字钢桩围护结构施工顺序：基坑开挖前，在地面沿基坑设计边线把钢桩打入地下，桩间距一般为1.0～1.2m；基坑开挖时，随挖土在桩间插入50mm厚的水平木背板，挡住桩间土体。基坑开挖至一定深度后，设置腰梁和横撑。适用范围：工字钢桩围护结构适用于黏性土、砂性土和粒径不大于100mm的砂卵石地层；这种围护结构施工噪声较大，一般宜用于郊区距居民点较远的基坑施工中。基坑范围不大时也可采用。(二)钢板桩围护结构特点：钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好，可重复使用。钢板桩常用断面型式，多为U形或Z形。我国地下铁道施工中多用U形钢板桩，并采用屏幕形式。(三)钻孔灌注桩围护结构钻孔灌注桩一般采用机械成孔。在地铁明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机。正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，广泛应用于地铁基坑和高层建筑的深基坑中。(四)深层搅拌桩挡土结构深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌合，从而达到加固地基的目的。作为挡土结构的搅拌桩一般布置成格栅形，深层搅拌桩也可连续搭接布置形成止水帷幕。(五)SMW工法SMW挡土墙是利用搅拌设备就地切削土体，然后注入水泥系混合液搅拌形成均匀的挡墙，最后在墙中插入型钢，形成一种劲性复合围护结构。特点：止水性好，构造简单，型钢插入深度一般小于搅拌桩深度，施工速度快，型钢可以部分回收、重复利用。2K313011掌握地下连续墙施工技术一、分类：按浇筑方式分：预制钢筋混凝土连续墙、现浇钢筋混凝土连续墙。通常指现浇。按成槽方式分：桩排式、壁式和组合式。按挖槽方式分：抓斗式、冲击式和回转式二、地下连续墙的施工工艺1、沿基坑周边，按照划分好的幅段，开挖沟槽2、施工过程中槽内充满泥浆，借助泥浆的护壁作用，保持土体稳定3、在槽段内放入预制好的钢笼，并浇筑混凝土建成墙段4、各墙段互相连接构成一道完整的地下墙体。选择合适的接头形式，保证槽段之间的止水性和整体性。二、地下连续墙工法的优点施工时振动小、噪声低，墙体刚度大，对周边地层扰动小；可适用于多种土层，除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外，对黏性土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能高效成槽。三、槽段的划分应综合考虑下列因素1．地质条件。2，后续工序的施工能力3．其他因素。四、泥浆的功能泥浆应具有以下功能1．护壁功能。2．携渣作用。3．冷却与润滑功能。五、浇筑混凝土地下连续墙混凝土应采用导管法灌注，管节连接应严密、牢固，施工前应对拼接好的导管接缝进行水密性试验。混凝土应一次浇筑完毕，不得中断。例题解析：单选：1、基坑开挖引起周围地层移动的主要原因是（）A.墙体的变形B.基坑底部的隆起C.地表沉降D.坑底的土体隆起和维护墙的位移2、下列不属于基坑主要变形现象的是（）A.墙体变形B.基坑底部的隆起C.地表沉降D.墙体的扭曲多选：1、地下连续的槽段划分一般需要综合考虑下面哪些因素（）A.地质条件B.气候条件C.后续工序的施工能力D.地面施工荷载和地下水位对槽段的影响E.内部主体结构的布置2、地下连续墙中泥浆的功能主要由（）A.护壁功能B.携渣功能C.冷却与润滑功能D.固定功能E.粘结功能1K413013掌握盖挖法施工技术隧道工程主要施工方法：明挖法、盖挖法、喷锚暗挖法（浅埋暗挖法）、盾构法明挖法：由地面开挖的基坑中修筑地铁车站、隧道的方法。明挖法的特点：拆迁量小，工程造价低、速度快。交通干扰大，不宜在市区，只在郊区、空旷区，有条件敞口开挖时方可采用。明挖顺作法是从地表向下开挖形成基坑，然后在基坑内构筑结构，完成后再填土，从而完成工程的施工方法。盖挖法：盖挖顺筑法、盖挖逆筑法盖挖顺作法：自地表向下开挖一段后先浇筑顶板，在顶板的保护下，自上而下开挖、支撑，由下而上浇筑结构内衬盖挖逆作法：自地表向下开挖一段后先浇筑顶板，在顶板的保护下，自上而下开挖、支撑和浇筑结构内衬对两种方法的定义要注意区分，不要混淆。盾构法：用盾构防止围岩的土砂坍塌，进行开挖、推进、并在盾尾进行衬砌作业修建隧道的方法。喷锚暗挖法：新奥法、浅埋暗挖法。是边挖边支护，约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支护环、实施稳定的人工掘进作业。一、盖挖法施工的优点1、围护结构变形小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，有利于保护临近建筑物和构筑物；2．基坑底部土体稳定，隆起小，施工安全；3，盖挖逆作法施工一般不设内部支撑或锚锭，施工空间大；4．盖挖逆作法施工基坑暴露时间短，用于城市街区施工时，可尽快恢复路面，对道路交通影响较小。二、盖挖法施工的缺点1．盖挖法施工时，混凝土结构的水平施工缝的处理较为困难；2．盖挖逆作法施工时，暗挖施工难度大、费用高。2K313020盾构法施工2K313021掌握盾构法施工控制要求2K313022了解盾构机型的选择了解盾构机分类：盾构机组成：切口环、支撑环及盾尾盾构机密闭式敞开式土压平衡式泥水平衡式手掘式半机械挖掘式机械挖掘式地铁施工用盾构主要是土压平衡盾构和泥水平衡盾构。了解盾构机的选择原则1、适用性原则2、技术先进性原则3、经济合理性原则一、掌握盾构法施工综述1、在拟建隧道的起终端各建一个工作井；2、盾构在起始端工作井内安装就位3、依靠千斤顶的推力将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出4、盾构在地层中按设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片5、盾尾脱出后，及时向衬砌背后的空隙注浆；6、盾构进入终端工作井并拆除盾构掘进控制的内容：开挖面变形、盾构姿态、盾尾处的变形及衬砌质量。控制开挖面变形的主要措施是出土量。控制要素内容开挖泥水平衡式开挖面稳定泥水压、泥浆性能排土量排土量土压平衡式开挖面稳定土压、塑流化改良排土量排土量盾构参数总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力等线形盾构姿态、位置俯仰角、方位角、滚转角铰接角度、超挖量、蛇行量注浆注浆状况注浆量（注浆填充率）、注浆压力注浆材料稠度、固化收缩率、凝结时间、凝结后强度、配比一次衬砌管片拼装椭圆度、错台、螺栓紧固扭矩防水漏水、密封条压缩量不足、裂缝隧道中心位置轴线平面位置偏差、轴线高程偏差二、盾构进出洞控制盾构出洞含义：在始发井内，盾构按设计高程及坡度从预留洞口推出，进入正常土层的过程。盾构进洞含义：盾构从正常土层中进入接收井预留洞口并完全脱离预留洞口的过程。盾构施工中进出洞口外侧的土体一般要进行改良。三、开挖控制开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。土压式盾构与泥水式盾构的开挖控制内容略有不同。土压平衡盾构在盾构推进过程中，依靠开挖面切削面板的临时挡土效果、充满于密闭仓内的切削土土压，以及螺旋输送机排土机构的综合作用，保持开挖面的稳定状态泥水平衡盾构是靠泥水舱内的泥水压力来保持开挖面的稳定。泥水舱是盾构刀盘与刀盘后方的封闭隔板之间的空间。四、土压(泥水压)控制1、开挖面的土压(泥水压)控制值，按地下水压(间隙水压)+土压+预备压设定。地下水压从钻孔数据来掌握。土压：静止土压、主动土压、松弛土压静止土压：是使开挖面不变形的最理想土压。主动土压：是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。松驰土压：地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合采用。预备压：用来补偿施工中的压力损失，土压平衡式盾构通常取10~20kN/㎡，泥水平衡式盾构通常取20~50kN/㎡.2、计算方法：沿隧道轴线取适当间隔（例如20m），按各断面的土质条件，计算出上限值与下限值，并根据施工条件在其范围内设定。（上限值）Pmax＝地下水压＋静止土压＋预备压（下限值）Pmim＝地下水压＋（主动土压或松弛土压）＋预备压为使开挖面稳定，土压变动要小；变动大的情况下，一般开挖面不稳定。五、塑流化改良控制1．土压式盾构掘进时，理想地层的土特性是：(1)塑性变形好；(2)流塑至软塑状；(3)内摩擦小；(4)渗透性低。细颗粒(75μm以下的粉土与黏土)含量30％以上的土砂，塑性流动性满足要求。细颗粒含量低于30％、或砂卵石地层，必须加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流动性和止水性。改良材料一般使用矿物系、界面活性剂系、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类。（二）选择改良材料要依据以下条件1、土质（粒度分布、砾石粒径、砾石含量、黏性土含量、均等系数等）；2、透水系数；3、地下水压；4、离子水电性；5、是否泵送排土；6、加泥（泡沫等）设备空间（地面、隧道内）；7、掘进长度；8、弃土处理条件；9、费用（材料价格、注