城市地下工程与施工技术试题

《城市地下工程与施工技术》试题2015-04-251.试分析城市地下工程未来的技术发展方向。中国是全球第一人口大国，改革开放以来，其经济发展速度和城市化速度目前位居世界之首。随着经济的发展，我国城市化水平进入了加速发展阶段，城镇人口近5亿。但经济的快速增长和城市化进程的加快却引起了一系列问题，诸如：人口爆炸、破坏性建设、环境污染、资源短缺、以及越来越严重的交通问题等。为解决上述问题，从集约化和可持续的经济发展战略以及国防战备需要出发，大城市向地下空间的开拓已成为21世纪的一个重要的发展方向，包括我国在内的世界各国都日益重视地下空间的开发利用。结合现有资料，从我国的实际情况出发，主要的发展趋势是：①重视TBM和盾构机的引进、消化、应用和开发。②TBM隧道掘进机和混合型盾构掘进机的研制和应用。③异形断面盾构掘进机的研究，如双圆盾构、自由断面盾构、局部扩大盾构、MMSF盾构等，推广应用ECL施工技术。④大力发展浅埋暗挖技术、沉管技术、沉井技术、非开挖技术，促进中小口径顶管掘进机的标准化、系列化和推广应用。⑤开发多媒体监控和仿真系统、三维仿真计算机管理系统，实现管理信息化和智能化。⑥深入研究和充分利用信息技术，重视隧道动态设计与动态施工，提高施工技术水平。充分利用先进的检测技术和方法，特别是三“S”技术等，建立对地表及地下产生形变、位移的数据库，并开发有关自动评判分析系统；进行有关地表荷载及地下空间开拓的仿真模拟试验，以探索自然及人工开拓的复合因素作用下，地下工程施工-地址-生态环境的相互作用机理与耦合效应，为地下工程安全评价提供依据。通过不断积累和总结，及时修订相关规范和技术标准。2.简述基坑施工时各种帷幕止水方法。止水帷幕是在深基坑开挖和地下构筑物施工时防止地下水横向渗流的竖向作业措施或防止基坑地下水突涌的水平作业措施，以保证基坑基本干燥，使基坑开挖和地下构筑物施工得以顺利进行和基坑周边不因土体中地下水渗流而产生过大的位移变形。在工程实践中以帷幕是否嵌入相对不透水层，可分为落底式竖向止水帷幕和悬挂式竖向止水帷幕两大结构类型，它们各自在基坑降水中起着不同的作用。（1）竖向止水帷幕1.落底式竖向止水帷幕帷幕体一直深入到含水层底部且进入下卧相对不透水层一定深度，在降水过程中利用相对不透水层渗透系数较小的特点，有效近似切断基坑内外的水力联系，因此止水效果较好。2.悬挂式竖向止水帷幕基坑底以下的透水层深厚，坑底与不透水层距离很远，做落底式止水帷幕不太现实，所以帷幕体未穿透全部含水层。悬挂式止水帷幕用于隔断上层滞水、潜水及隔渗深度以内的承压水水平方向渗流，延长垂直方向渗径，使基坑侧壁不出露粉土、粉砂。悬挂式竖向止水帷幕必须配合基坑内的降水工程，才能确保基坑干燥施工。（2）水平止水帷幕水平止水帷幕以内高压旋喷法等方法在基坑开挖深度一下一定位置形成足够强度的水泥土隔渗底板，以水平隔渗体自重，工程桩与底板之间的摩擦力和底板与基坑之间一定厚度的自重来平衡地下水的托浮力，防治基坑隆起。常与悬挂式止水帷幕结合，形成周底隔渗。3.简述水域区施工方法。水域区施工方法主要分为沉井法和沉管法。沉井法是通过不稳定含水地层的一种特殊施工方法。其实质是在地下建筑物设计位置上，预先制作好沉井的刃脚和一段井壁，在具掩护下，边掘进边下沉，肋下沉在地面相应接长井壁，直到沉到设计深度的一种施上方法。沉井法又分为不淹水沉井和淹水沉井。先在隧址以外(如临时干坞，造船厂的船台设备等)，制作隧道管段(每节长60~140m，多数为l00m左右，最长达268m)，两端用临时封墙密封，运到隧址指定位置上，(这叫预先已在设计位置，挖好水底沟槽)定位就绪后，向管段内灌水下沉，然后将沉毕的管段在水下连接，覆土回填，进行内部装修及设备安装以完成隧道。用这种沉管法建成的隧道，即称沉管隧道。沉管法施工水底隧道按断面形状分为圆形与矩形两大类。两个方法各有优缺点，根据实际需要选取。4.分析土压平衡盾构和泥水加压盾构的区别？目前，国内外盾构施工工程主要是土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机两种机型，针对特定的地质条件，合理地选用盾构将使施工风险降低。（1）土压平衡盾构盾构在掘进中，盾构的主驱动电机带动盾构主轴承运动，主轴承带动刀盘旋转，刀盘面上布置的刀具切削下掌子面泥土，依靠刀盘后分布的液压推进液压缸的推进，使刀盘对掌子面形成挤压，挤压出的渣土由螺旋输送机输出，通过控制螺旋输送机的速度来控制出渣速度，在掌子面上形成泥土压力稳定，从而产生一种土塞效应。1.土压平衡盾构适用于泥土地质条件。2.当地层中含有砂时，土压平衡盾构在这种地层中掘进时，由于砂料在螺旋输送机上输送连续性差，土压平衡盾构就不易形成土塞效应，掌子面就不易稳定。施工过程连续性差，效率低，刀盘与工作面土体摩擦力大，刀具磨损量大，不利于长距离掘进。3.在地层中富含水时，根据施工经验，土压平衡盾构对高水压的地层适应性差。4.在含有孤石地层中，土压平衡盾构易形成螺旋输送机的堵塞，刀具磨损加剧。5.在大埋深富水地段、粉土地层，采用土压平衡盾构，地层土质黏性较大，极易形成泥饼，必须要求有较强的渣土改良能力，并有防止喷涌的能力。（2）泥水平衡盾构泥水平衡盾构通过向刀盘密封舱内加入泥水(浆)来平衡开挖面的水、土压力，刀盘的旋转切削和推进在泥水（浆）的环境下进行。泥水、渣是通过泥水泵抽出，泥水是通过循环的泥水系统处理添加。由于使用泥水泵和泥水处理系统，能有效地控制掌子面的泥水压力，保持开挖面的平衡稳定性及控制地面沉降。1.泥水平衡盾构施工过程连续性好，效率高，且刀具在泥水环境中工作，由于泥水的冷却与润滑作用，刀具磨损小，有利于长距离掘进。2.泥水平衡盾构在掌子面根据要求添加泥水（浆），对掌子面的地层进行了改良，泥水平衡盾构设置卵石破碎机，对孤石进行破碎处理，所以泥水平衡盾构对高水压和砂、黏性、含孤石等地层都能适应。3.由于泥水平衡盾构不设置螺旋输送机，盾构内部空间变大，在大直径隧道施工具有一定技术优势。5.简述上海长江隧道施工方法的特点和主要内容。上海长江隧桥（崇明越江通道）工程是我国长江口特大型交通建设项目。其南起浦东五号沟，途经长兴岛，向北止于崇明岛东端陈海公路，在南、北港分别采用隧道过江和桥梁过江方案，全长25.5km。上海长江隧道工程采用盾构法穿越长江南港，设计为双向六车道双线隧道，圆隧道外径15.0m，采用φ15.43m泥水平衡盾构连续掘进7.5km，其盾构掘进机直径和一次性连续掘进长度是当今世界之最。深基坑开挖技术:根据地质勘探报告，基坑开挖必须采取井点降水措施及时降低下伏承压含水层的承压水水头，将其降至安全的水头高度，以防止基坑底部突涌的发生，确保施工时基坑底板的稳定性。工作井及暗埋段结构施工技术:试验段工作井设计外包尺寸为48m×22m，围护结构为深45m、厚1m地下连续墙，开挖最深处达26.963m，支撑形式为5道钢筋混凝土围囹支撑和1道钢支撑，其中第一、第二道兼做永久结构顶框架和中框架，设计图纸在支撑围囹处包含内衬结构。原设计内衬结构采用明挖顺作法，逐层开挖，浇筑围囹支撑，开挖到底后由下往上逐层浇筑围囹间内衬结构。根据试验段工程实际情况，工作井与后续暗埋段同步逐层开挖，形成工作井和暗埋段两个工作面，可一处进行挖土，另一处进行结构施工。6.结合某具体工程，谈谈某一施工方法在城市地下工程中的具体实施和相关问题？南水北调中线干渠有两个关键工程，一是渠首，二就是“穿黄”。黄河水文情况太复杂，为确保穿黄工程万无一失，水利部先后组织长江设计院和黄委会设计院分别独立设计渡槽凌空穿黄和隧洞遁地穿黄两个方案，并进行综合研究比选。经过反复论证，专家们最终选择了隧洞穿黄方案。因为与渡槽凌空穿黄相比，隧洞可以避免外界温度、气候等气象条件的干扰，耐久性更好。根据穿黄工程的地质、水文条件，曾比较了埋管法、沉管法、顶管法、盾构法等施工方法，最终采用盾构法施工。专家解释说，穿黄隧洞从水下穿越黄河，除承受较高的内水压力外，还承受外部土水压力，而隧洞却位于粉质壤土及砂层内，因此隧洞施工只能采用盾构法。盾构法施工，就是在地表以下采用专用的盾构机械暗挖隧道的一种施工方法。经过对穿黄隧洞施工条件分析，结合国内外大量工程实践，又对土压平衡盾构、泥水式盾构进行了综合比较，推荐采用泥水式盾构机。盾构机前面有一个刀盘，刀盘上有许多刀片，刀盘旋转起来就像剃须刀刮胡子一样把泥沙切削下。盾构机机头后面是数十米长的后续台车，每往前走一个外衬砌管片的距离，推进油缸把“腿”缩回去，施工人员着手外层衬砌管片的安装、注浆，然后，推进油缸再顶住刚衬砌好的管片，盾构机向前切削。隧洞掘进全部完成后，就在外衬砌管片拼装形成的隧洞内按圆形带车道平台的段面进行混凝土(二次衬砌)浇筑。内外两层衬砌管片厚度分别为45厘米和40厘米，两者之间由弹性防排水垫层相隔。这是穿黄工程与常规的水工隧洞和盾构法施工的交通隧道均有所不同之处。因为穿黄隧洞为输水洞，在考虑外部黄河水和土层的压力之外，还必须考虑洞内水流的压力，因此隧洞实行的是双层衬砌结构，即在用盾构机进行外层衬砌之后，还须进行内层衬砌。穿黄工程以隧洞倒虹吸方式穿越黄河主槽，采用盾构法施工，在盾壳保护下进行开挖，同时采用拼装式管片作一次支护。而决定拼装式管片结构是否可行，关键是衬砌防水是否可靠、稳定、安全。盾构法隧洞衬砌防水设计历来是国内、外盾构隧道工程设计的重点之一，近20年来大量的成功的工程实例已积累丰富的设计理念和经验，针对穿黄工程特性而言，较高的内、外水压力，较长的推进距离，较复杂的地质环境，给穿黄隧洞的设计与施工提出了更高的要求。为此，对穿黄隧洞拼装式管片衬砌防水材料设计和试验进行了专题研究。对水密性、耐久性和稳定性试验，验证了现有防水材料、防水措施和防水布置的合理性，通过管片及接头水密性试验，又确定了穿黄隧洞防水等级和变形控制标准。注：第1~5题，每题15分；第6题25分。