城市轨道交通和隧道工程 3

城市轨道交通和隧道工程31K413000城市轨道交通和隧道工程1K413010深基坑支护及盖挖法施工1K413011掌握深基坑支护结构的施工要求一、围护结构的类型基坑的围护结构主要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，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。围护结构类型可归纳为6种，见教材第73页。对于这6种类型，要做到能够知道板桩式、柱列式各包括哪些？1、主要维护结构特点，见教材第73页。对于此表，同样要求做到考生能够根据特点知道是什么类型的桩。二、支撑结构类型基坑的支撑结构可分为内支撑和外拉锚两类；内支撑一般由各种型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑等构成支撑系统；外拉锚有拉锚和土锚两种型式。内支撑外拉锚在软弱地层的基坑工程中，支撑结构是承受围护墙所传递的土压力、水压力的结构体系。支撑结构体系包括围檩、支撑、立柱及其他附属构件。支撑结构挡土的应力传递路径是围护墙→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。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。（小资料）高压喷射桩就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。SMW是SoilMixingWall的缩写。SMW工法连续墙于1976年在日本问世，该工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机，其中钻杆有用用于粘性土及用于砂砾土和基岩之分，此外还研制了其他一些机型，用于城市高架桥下等施工，空间受限制的场合，或海底筑墙，或软弱地基加固。四、基坑变形现象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，均表现为墙顶位移最大，向基坑方向水平位移，呈三角形分布。随着基坑开挖深度的增加，刚性墙体继续表现为向基坑内的三角形水平位移或平行刚体位移。柔性墙如果设支撑，则表现为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(二)基坑底部的隆起在开挖深度不大时，坑底为弹性隆起，其特征为坑底中部隆起最高。当开挖达到一定深度且基坑较宽时，隆起量也逐渐由中部最大转变为两边大中间小的形式，但对于较窄的基坑或长条形基坑，仍是中间大，两边小分布。(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，墙体的变位类同于梁体的变位，此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等。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。(五)深基坑坑底稳定处理方法深基坑坑底稳定的处理方法可采用加深围护结构入土深度、坑底土体注浆加固、坑内井点降水等措施。五、地铁及轨道工程常见围护结构的施工特点(一)工字钢桩围护结构基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线打入地下，桩间距一般为1.0～1.2m。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；这种围护结构一般宜用于郊区距居民点较远的基坑施工中。(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。(三)钻孔灌注桩围护结构钻孔灌注桩一般采用机械成孔。对正反循环钻机，由于其采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工(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桩特点: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。1K413012掌握地下连续墙的施工技术一、地下连续墙的施工工艺壁式连续墙一般分幅施工，各幅墙体之间用锁结管或钢筋、钢板搭接，连接成整体。(a)成槽；(b)插入接头管；(c)放入钢筋笼；(d)浇注混凝土二、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、地下连续墙分类与施工技术要点按成槽方式可分为桩排式、壁式和组合式三类；按挖槽方式可分为抓斗式、冲击式和回转式等类型。导墙是控制挖槽精度的主要构筑物。四、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。五、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。六、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。1K413013掌握盖挖法施工技术盖挖法可分为盖挖顺作法和盖挖逆作法，目前城市中施工采用最多的是后者。盖挖顺作法的施工顺序：自地表向下开挖—定深度后先浇筑顶板，在顶板的保护下，自上而下开挖、支撑，达到设计高程后由下而上浇筑结构。盖挖逆作法是基坑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的施工方法。对两种方法的定义要注意区分，不要混淆。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。1K413020盾构法施工1K413021掌握盾构法施工控制要求一、盾构法施工综述盾构掘进由始发工作井始发到隧道贯通、盾构机进入到达工作井，一般经过始发、初始掘进、转换、正常掘进、到达掘进五个阶段。开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制“四要素”。对教材中第82页表格应掌握开挖控制因素中的泥水式、土压式盾构的掘进控制内容。学员要注意土压式开挖控制内容中比泥水式多一项“盾构参数”。二、盾构掘进各阶段的控制要点(一)盾构始发施工技术要点盾构自基座上开始推进到盾构掘进通过洞口土体加固段止，可作为始发施工，其技术要点如下。5．由于拼装最后一环临时管片(负一环，封闭环)前，盾构上部千斤顶一般不能使用(最后一环临时管片拼装前安装的临时管片通常为开口环)，因此从盾构进入土层到通过土体加固段前，要慢速掘进，以便减小千斤顶推力，使盾构方向容易控制，盾构到达洞口土体加固区间的中间部位时，逐渐提高土压仓(泥水仓)设定压力，出加固段达到预定的设定值。6．通常盾构机盾尾进入洞口后，拼装整环临时管片(负一环)，并在开口部安装上部轴向支撑，使随后盾构掘进时全部盾构千斤顶都可使用。7．盾构机盾尾进入洞口后，将洞口密封与封闭环管片贴紧，以防止泥水与注浆浆液从洞门泄漏。8.加强观测工作井周围地层变形、盾构基座、反力架、临时管片和管片上部轴向正常的变形与位移，超过预定值时，必须采取有效措施后，方可继续掘进。(二)初始掘进盾构始发后进入初始掘进阶段。1．初始掘进特点(1)一般后续设备临时设置于地面。(2)大部分来自后续设备的油管、电缆等，随着盾构延伸，部分管线必须接长。(3)向隧道内运送施工材料的通道狭窄。(4)施工速度受到制约。2．初始掘进的主要任务初始掘进的主要任务：收集盾构掘进数据及地层变形量测量数据，判断土压(泥水压)、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。3．初始掘进长度的确定决定初始掘进长度有二个因素：一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。(三)转换(台车转换)从初始掘进到正常掘进的作业被称作转换或台车转换。(四)正常掘进转换后进入正常掘进阶段。正常掘进是基于初始掘进得到的数据，采取适合的掘进控制技术，高效掘进的阶段。正常掘进的特点：（1）作业效率高；（2）始发井空间宽阔，施工材料与弃土运输容易；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，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。(一)土压(泥水压)控制开挖面的土压(泥水压)控制值，按地下水压(间隙水压)+土压+预备压设定。按静止土压设定控制土压，是开挖面不变形的最理想土压值，但控制土压相当大。主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合，可采用松驰土压。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。(二)土压式盾构泥土的塑流化改良控制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。细颗粒含量30％以上的土砂，塑性流动性满足要求。在细颗粒含量低于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。3．流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。(1)根据排土性状(2)根据土砂输送效率(3)根据盾构机械负荷(三)泥水式盾构的泥浆性能控制泥水平衡盾构泥浆起着两方面的重要作用：一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的；二是泥浆作为输送介质。(四)排土量控制1．开挖土量计算，2．土压式盾构出土运输方法与排土量控制土压式盾构的出土运输(二次运输)一般采用轨道运输方式。土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。我国目前多采用容积控制方法。3．泥水式盾构排土量控制泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量(干土量)控制两种。QQ3,一般表示泥浆流失。QQ3,一般表示涌水。正常掘进时，泥浆流失现象居多。干砂量。VV3,一般表示泥浆流失。VV3,一般表示超挖。四、管片拼装控制(一)拼装方法1．拼装成环方式盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。2．拼装顺序一般从下部的标准(A型)管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接(B型)管片，最后安装楔形(K型)管片。A→B→K3、盾构千斤顶操作。随管片批准顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要。4、坚固连续螺栓。先坚固环向（管片之间）连接螺栓，后紧轴向（环与环之间）连接螺栓。(二)真圆保持管片拼装呈真圆，并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性、及减少地层沉降非常重要。管片环从盾尾脱出后，到注浆浆体硬化到某种程度的过程中，多采用真圆保持装置。(三)管片拼装误差及其控制盾构纠偏应及时连续，过大的偏斜量不能采取—次纠偏的方法，纠偏时不得损坏管片，并保证后一环管片的顺利拼装。(四)楔形环的使用在盾构工程中，除曲线施工外，为进行蛇行修正，也可使用楔形环管片。五、注浆控制(一)盾构施工注浆目的注浆的主要目的就是防止地层变形，还有其他重要目