地下工程施工技术

2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系1地下工程施工技术2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系2绪论一、本课程的任务和特点二、地下工程应用范围三、地下工程主要施工方法四、地下工程施工技术主要问题注意各种施工方法的适用场合涉及面广，实用性强2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系3一、本课程的任务和特点地下工程：埋于岩土介质中的结构物，施工方法由工程地质和施工条件等因素决定，同一地下工程，可采用多种施工方法基础工程：建筑物基础等1.任务：–学习、掌握地下工程施工技术–独立分析和解决施工过程中的问题2.特点：–综合性强–复杂程度高2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系4二、地下工程应用范围1.城市地下铁道2.越江隧道3.引水隧道4.地下工厂5.地下民用设施6.地下军用设施7.市政工程8.高层建筑地下室9.其他类型2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系5三、地下工程主要施工方法1.明挖法2.暗挖法3.明暗结合开挖法2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系6四、地下工程施工技术1.无支撑基坑工程大开挖、重力式挡土墙、复合土钉墙2.深基坑工程施工地下连续墙施工、SMW工法、柱列式钻孔排桩、板桩、桩板式挡土墙、树根桩等逆作法3.沉井(沉箱)施工4.盾构法隧道施工5.顶管法施工6.沉管法施工7.箱涵施工(顶进法)8.矿山法9.其他施工方法2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系7明挖法1.放坡开挖(大开挖)法2.重力式挡土墙(水泥土搅拌桩)3.高压旋喷桩4.(复合)土钉墙法5.深基坑施工法–地下连续墙施工法–板桩(钢板桩、混凝土板桩等)法–柱列式钻孔桩排桩施工法–SMW工法–土层锚杆法–桩板(市政工程)6.沉井(沉箱)法2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系8暗挖法1.盾构法2.顶管法3.矿山(暗挖隧道)法冻结法管幕法(管棚法)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系9明暗结合开挖法1.逆作法–全逆作法–半逆作法–盖挖法–先顺作后逆作施工法2.沉管法3.箱涵(顶进)法2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系10放坡开挖(大开挖)法优点1.无围护、支撑结构(高渗透性地层必须设置止水结构)2.挖土方便，出土快捷，内部土建结构施工方便3.造价较低缺点1.出土量相对较大，无堆土场地时要回填土，会增加造价2.适用开挖深度不大(一般不大于10m)3.无止水结构时要求地下水位较低或采取降水措施4.要求场地开阔，周围无重要保护建筑物5.雨季施工或施工周期长时必须设置护坡措施，会增加造价2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系11重力式挡土墙(水泥土搅拌桩)优点1.无支撑2.挖土方便、内部土建结构施工方便3.造价较低缺点1.水泥土搅拌桩强度较低(一般0.8MPa)2.水泥土搅拌桩施工时对周边环境影响较大，需要梯形搭接施工3.水泥土搅拌桩水泥用量较大(13～15%)4.需要较大的施工场地5.基坑变形较大2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系12高压旋喷桩优点1.可以作为重力式挡土墙、止水结构，也插型钢作围护结构2.强度较水泥土搅拌桩高(一般1.2～2.0MPa)3.施工时对周边环境影响较水泥土搅拌桩小4.遇障碍物处理方便灵活5.直径较大(单重管0.6～0.8m，二重管0.8～1.2，三重管1.2～1.5m，特殊条件下可达2.5m)缺点1.造价较水泥土搅拌桩高2.水泥土搅拌桩水泥用量较大(20%)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系13(复合)土钉墙法优点1.无支撑2.施工速度快3.挖土方便，内部土建结构施工方便4.相对重力式挡土墙变形较小5.造价低缺点1.挖土必须分层2.软土地区高地下水位时必须设置止水帷幕，会增加造价3.锚体质量控制较困难，土钉承载力较小2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系14深基坑施工法优点1.适用开挖深度大(一般大于10m)2.适用于城市内施工3.采用外拉锚时，基坑内无支撑，方便挖土和内部土建结构施工缺点1.必须设置一至多道支撑2.挖土困难、内部结构施工困难3.造价高4.施工要求高2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系15沉井(沉箱)法优点1.造价较低2.结构整体性好，质量易保证缺点1.大沉井纠偏困难2.不排水下沉时，出土困难3.开挖对周围环境影响大，会形成漏斗形地面4.采用沉箱施工时，可能引起气压病等2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系16盾构法优点1.地面作业少，隐蔽性好，噪音低、震动小2.自动化程度高，劳动强度低，施工速度快3.受地面建筑和构筑物影响小4.不受气候影响5.造价与埋深无关缺点1.造价高2.有一定的地面变形3.覆土浅时开挖面土体稳定较困难4.气压盾构易引发气压病5.小曲线半径会引起转向困难(2005.09.12)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系17顶管法优点1.比盾构法造价低2.适用于市政工程3.对建筑物、地下管线和道路交通影响小缺点1.内部尺寸较盾构小2.无中继环时顶进距离较小3.需要工作井2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系18矿山(暗挖隧道)法特点1.对地层要求高(地质较好、强度较高、地下水位较低)2.必要时需要进行加固(超前导管、锚杆等)缺点大断面施工难度大2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系19逆作法优点1.一般不设临时支撑，而采用内部土建结构作为支撑2.一般可采用二墙合一3.变形小，地面沉降小4.地上、地下同时施工时工期较短缺点1.出土较困难，内部土建结构施工要求高2.临时立柱施工要求高2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系20沉管法优点1.造价低2.现场施工工期较短3.对地质条件适应性强，适用水深范围较大4.施工方便、结构质量易控制5.断面利用率高缺点1.需要大面积干坞2.对河道有影响2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系21箱涵(顶进)法优点造价低缺点一般顶进距离不大特点1.可采用单孔、双孔、三孔及单孔组合成分离式双孔、三孔等不同形式2.有顶推、对顶、顶拉、牵引等多种施工方式2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系22第一章大开挖基坑工程施工1.大开挖土方工程：不采用支撑形式而采用直立或放坡施工方法进行开挖的基坑工程2.优缺点(如前述)3.边坡稳定性安全系数：沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值，一般大于1时边坡是稳定的4.边坡设计两参数：开挖深度(坡高H)和坡度(坡角β或坡高比m)；与土体抗剪强度、地下水位、地面荷载、坑底支承强度和刚度以及施工顺序和施工工期等有关；以上参数同时直接影响边坡的变形2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系23续前5.主要内容边坡稳定性计算放坡开挖的施工组织设计边坡失稳防止措施流砂、管涌的防止降水措施2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系24边坡稳定性计算1.边坡失稳的破坏形式–较均质粘性土：近似圆弧的滑动面–无粘性土或有明显分界的土层：近似平面的滑移2.边坡失稳的破坏原因–受荷：地震、打桩、车辆行驶和爆破等导致水平侧向压力增加–动、静水压力的作用：地下水位上升导致水平侧向水压力和渗流压力增加–土体抗剪强度降低：水的作用(风化、淋溶、矿物成分变化；含水量增加、孔隙水压力上升、土体软化)；蠕变；受荷引起的砂土液化3.边坡稳定性计算(依照土力学理论和施工经验)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系25放坡开挖的施工组织设计1.任务：根据建筑结构设计要求，结合现场条件，提出施工的具体方法和实施途径2.内容：环境调查土方开挖方案：主要包括边坡稳定计算、降水、土方开挖的行进路线和边坡加固方法等施工方法：人工开挖和机械开挖，出土方式和出土路线施工设备选择施工平面图设计地上和地下的原有建筑物和构筑物地上和地下的拟建建筑物和构筑物为施工服务的临时设施2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系26环境调查环境调查–调查内容：建(构)筑物，管线，地表水和地下水，周边道路；–调查目的：确定地面荷载，边坡变形要求和安全系数取值等2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系27边坡失稳防止措施1.施工注意事项–打、压桩控制–堆载控制–土方开挖流程控制–地表水控制和地下水处理–现场观测2.防止边坡失稳的措施–边坡修坡：坡顶卸土、减小坡度和台阶放坡–设置边坡护面：配筋混凝土，主要是减少水的影响–边坡坡脚抗滑加固：抗滑桩、旋喷法、分层注浆法和深层搅拌法(2005-09-19)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系28流砂、管涌的防止1.动水压力：地下水的渗流对土单位体积内的骨架产生的压力，方向为地下水的渗流方向，大小为水重度与水力梯度的乘积2.水力梯度：水头差与渗流路径的比值3.流砂：当渗流自下而上，动水压力等于或大于土的浮重度时，土粒之间的压力消失，土粒处于悬浮状态，会随水流动的现象4.管涌：较大的水力梯度作用下，细土粒在粗土粒之间的孔隙中发生紊流运动而随水流走，导致土体结构的破坏而失去稳定的现象2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系29续前5.防止措施–设置防水帷幕：冻结法、打设板桩、施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩、设置地下连续墙，使渗流长度增加，减小水力梯度–水下开挖：使水头差、水力梯度减小–降低地下水位：消除动水压力2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系30降水措施1.明排水：在基坑范围内基础外侧开挖排水沟，并按一定距离设置集水井，采用水泵将水抽走。边挖边排，对粘性土较为有效，无法处理流砂和管涌2.人工降水：在开挖前预先在基坑四周和中间埋设一定数量的滤水管或滤水井，用抽水设备抽水，使地下水位降落至基坑底面以下一定的深度，使土处于干燥状态，从根本上防止流砂象限的发生，改善工作条件。3.抽水时间：一般必须持续至基坑工程结束。4.降水后可以减小边坡坡度，减少挖土量。5.大开挖基坑一般有以下两种方式：–轻型井点–管井井点2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系31习题1.大开挖基坑工程有和特点？什么情况下采用大开挖方法进行基坑土方开挖？2.边坡稳定的安全系数是如何定义的？影响边坡稳定的因素有哪些？3.边坡失稳的破坏形式主要有哪些？如何防止基坑边坡失稳？4.地下水对大开挖基坑边坡有什么不利影响？流砂和管涌现象发生的机理是怎样的？如何防止发生流砂和管涌现象？2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系32第二章深基坑工程施工深基坑工程：一般为开挖深度大于7m的基坑工程。1.内容基坑支护结构类型、特点与选择基坑稳定性验算钢板桩支护结构施工钻孔灌注桩支护结构施工挖孔灌注桩施工水泥土搅拌桩施工地下连续墙支护结构施工(见第四章)2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地下建筑与工程系33续前2.要点(考虑因素)围护形式选择止水方式选择稳定性、强度、刚度计算支撑形式选择和布置出土方式(开挖方式)工程地质条件和水文地质条件降排水条件周边环境条件和要求施工季节、工期工程造价2020年4月21日星期二11:28主讲：周生华同济大学地