地下工程施工技术讲义

地下工程施工技术绪论1.本课程的任务、特点2.地下工程施工技术概要3.学习时要注意的问题本课程的任务1.掌握地下工程施工技术2.研究各类地下工程的施工方法、施工工艺、施工技术3.具有独立分析和解决地下工程施工问题的能力本课程的特点1.综合性的专业技术课2.与多门课程有密切联系，相互联系、影响、渗透3.地下工程位于岩土介质中，施工条件有多种因素决定4.地下工程施工应取得“安全可靠、质量保证、方便施工、技术先进、经济合理”的效果地下工程施工方法概要1.明挖法2.暗挖法3.明暗结合开挖法1.1放坡开挖法（大开挖）1.2重力式水泥土墙法1.3高压旋喷桩法1.4土钉墙法1.5沉井法1.6深基坑施工法2.1盾构法2.2顶管法2.3矿山法（暗挖隧道、钻爆隧道）3.1逆作法3.2沉管法3.3箱涵法1.1放坡开挖（大开挖）法坑内无支护、支撑结构；方便大型挖土机械与主体结构施工；施工速度快,成本低；适用于地下水位低，场地开阔的场合。优点无围护、支撑结构(高渗透性地层必须设置止水结构)挖土方便，出土快捷，内部土建结构施工方便造价较低缺点出土量相对较大，无堆土场地时要回填土，会增加造价适用开挖深度不大(一般不大于10m)无止水结构时要求地下水位较低或采取降水措施要求场地开阔，周围无重要保护建筑物雨季施工或施工周期长时必须设置护坡措施，会增加造价1.2重力式水泥土墙法(浅槽支护)无污染、无噪音、无振动，对周边环境影响小造价低坑内无支撑，方便大型挖土机械与主体结构施工施工速度快SMW工法优点无支撑造价较低缺点水泥土搅拌桩强度较低(一般0.8MPa)水泥土搅拌桩施工时对周边环境影响较大，需要梯形搭接施工水泥土搅拌桩水泥用量较大(13～15%)需要较大的施工场地基坑变形较大施工技术视频\1水泥土搅拌桩施工.mp41.3高压旋喷桩法可形成各种直径的桩体（单重管、双重管、三重管）可方便、灵活地避让地下管线和障碍物；可作为基坑的止水帷幕桩体可形成自立式坝体，坑内无支撑，方便大型挖土机械与主体结构施工无污染、无噪音、无振动，对周边环境影响小(1)高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。(2)当土中含有较多的大粒径块石、坚硬黏性土、含大量植物根茎或有过多的有机质时，对淤泥和泥炭土以及已有建筑物的湿陷性黄土地基的加固，应根据现场试验结果确定其适用程度。应通过高压喷射注浆试验确定其适用性和技术参数。(3)高压喷射注浆法，对基岩和碎石土中的卵石、块石、漂石呈骨架结构的地层，地下水流速过大和已涌水的地基工程，地下水具有侵蚀性，应慎重使用。(4)高压喷射注浆法可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。优点可以作为重力式挡土墙、止水结构，也插型钢作围护结构强度较水泥土搅拌桩高(一般1.2～2.0MPa)施工时对周边环境影响较水泥土搅拌桩小遇障碍物处理方便灵活直径较大(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)缺点造价较水泥土搅拌桩高水泥土搅拌桩水泥用量较大(20%)施工技术视频\2旋喷桩.mp41.4土钉墙法适用于地下水位低的粘性土层。基坑壁与土体共同作用，主动承载，变形小施工速度快，不影响工期坑内无支撑，方便大型挖土机械与主体结构施工无污染，对周边环境影响较小造价低土钉墙不仅应用于临时支护结构，而且也应用于永久性构筑物，当应用于永久性构筑物时，宜增加喷射砼面层的厚度并适当考虑其美观，土钉墙的应用领域主要有：1.托换基础;2.基坑支挡或竖井3.斜坡面的挡土墙;4.斜坡面的稳定;5.与锚杆挡墙结合作斜面的防护钻孔注浆型土钉墙系逐层向下开挖方式，每一台阶高度为1～2米，在施工土钉杆、面层喷射砼期间，坡段处无支撑状态下需能保持自立稳定，因此主要适用于：1.有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂土边坡。2.适用于地下水位低于开挖层或经过降水使地下水位低于开挖标高的情况。3.对于标准贯入击数（N）低于10击的砂土边坡采用土钉法一般不经济。4.对于朔性指数Ip20的土，必须注意仔细评价其蠕变特性后方可采用。5.对于含水丰富的粉细砂层，砂卵石层土钉法是不行的。6.不适用于没有临时自稳能力的淤泥土层，流朔状态的软粘土保持成孔时的孔壁的稳定比较困难且界面摩阻力很低，技术经济效益不理想，因此也不宜采用。7.土钉不适宜在腐蚀性土如煤渣、煤灰、炉渣、酸性矿物废料等土质作永久性支挡结构。优点无支撑施工速度快挖土方便，内部土建结构施工方便相对重力式挡土墙变形较小造价低缺点挖土必须分层软土地区高地下水位时必须设置止水帷幕，会增加造价锚体质量控制较困难，土钉承载力较小施工技术视频\3土钉墙施工.mp41.5沉井法施工占地面积小不需要另外筑围护结构对周围建、构筑物的影响较小操作方便，无需特殊的专业设备按井内淹水与否分为不淹水沉井和淹水沉井两种。淹水沉井又分壁后泥浆淹水沉井和壁后施放压气淹水沉井。按井壁下沉动力可分为自重沉井和加载沉井。后者又分为震动沉井和压水沉井。不淹水沉井在沉井内排水，工人在井底工作面掘进。除井壁在地面浇筑、随掘进随下沉外，其他工序和普通凿井法相同。由于排水造成井内外压力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂层厚的表土层采用。优点造价较低结构整体性好，质量易保证缺点大沉井纠偏困难不排水下沉时，出土困难开挖对周围环境影响大，会形成漏斗形地面采用沉箱施工时，可能引起气压病等施工技术视频\4沉井基础施工技术计算机模拟演示.f4v1.6深基坑施工法1.6.1地下连续墙施工法1.6.2板桩围护结构施工法1.6.3柱列式排桩围护结构施工法1.6.4外拉锚（土层锚杆）法地下连续墙（1）按成墙方式可分为：1.桩排式2.槽板式3.组合式（2）按墙的用途可分为：1.防渗墙2.临时挡土墙3.永久挡土(承重)4.作为基础（3）按墙体材料可分为：1.钢筋混凝土墙2.塑性混凝土墙3.固化灰浆墙4.自硬泥浆墙5.预制墙6.泥浆槽墙7.后张预应力墙8.钢制墙。（4）按开挖情况可分为：1.地下挡土墙(开挖)地下防渗墙(不开挖)。由于受到施工机械的限制，地下连续墙的厚度具有固定的模数，不能像灌注桩一样根据桩径和刚度灵活调整。因此，地下连续墙只有在一定深度的基坑工程或其它特殊条件下才能显示出经济性和特有优势。一般适用于如下条件：1.开挖深度超过10米的深基坑工程。2.围护结构亦作为主体结构的一部分，且对防水、抗渗有较严格要求的工程。3.采用逆作法施工，地上和地下同步施工时，一般采用地下连续墙作为围护墙。4.邻近存在保护要求较高的建（构）筑物，对基坑本身的变形和防水要求较高的工程。5.基坑内空间有限，地下室外墙与红线距离极近，采用其他围护形式无法满足留设施工操作要求的工程。6.在超深基坑中，例如30m-50m的深基坑工程，采用其他围护体无法满足要求时，常采用地下连续墙作为围护结构。施工技术视频\5地下连续墙TRD工法.mp4板桩板桩，防护桩的一种，其形状长而扁，可用于低边坡、基坑等的防护。一般采用强夯的办法打入。钢筋混凝土板桩作为排桩墙支护结构常用的一种类型桩，具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm以上)的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。板桩能够延长渗径，减少渗透坡降，在水利水电施工中，板桩一般设在需防渗建筑物上游侧，一般设在沙性土中。排桩排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。最常用的桩型是钢筋混凝土钻孔灌注桩和挖孔桩，此外还有工字钢桩或H型钢桩。适用条件:1.适于基坑侧壁安全等级一、二、三级;2.悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m;3.当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下连续墙技术要求:1.悬臂式排桩结构桩径不宜小于600毫米，桩间距应根据排桩受力及桩间土稳定条件确定;2.排桩顶部应设钢筋混凝土冠梁连接，冠梁宽度水平方向不宜小于桩径，冠梁高度竖直方向不宜小于400毫米。排桩与桩顶冠梁的混凝土强度等级宜大于C20，当冠梁作为连系梁时可按构造配筋①围护结构刚度大，可控制基坑周边围护变形，围护结构安全②适用于地下水位高、开挖深度一般大于10m的深基坑③基坑内需设多道支撑，坑内不便于机械挖土与主体结构的施工④造价较高其中1.6.1、1.6.2、1.6.3：①适用于锚杆的锚固效应好，施工范围内无障碍物、周围环境允许打设锚杆的地层；②坑内无支撑，方便挖土与主体结构施工；③施工工期较前3种方法短；④施工费用较前3种方法低1.6.4：优点适用开挖深度大(一般大于10m)适用于城市内施工采用外拉锚时，基坑内无支撑，方便挖土和内部土建结构施工缺点必须设置一至多道支撑挖土困难、内部结构施工困难造价高施工要求高施工技术视频\6基坑支护操作.flv2.1盾构法适用于软弱、深埋地层盾构既能支承地层压力，又能在地层中推进采用预制管片衬砌地面作业少，隐藏性好，噪音小，施工时不影响通航、地面通行、地面建筑物、市政管线不受气候变化的影响自动化程度高，工人劳动强度低，施工速度快采用盾构法施工时，首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井，用作盾构及其设备的拼装井（室）和拆卸井（室），特别长的隧道，还应设置中间检修工作井（室）。拼装和拆卸用的工作井，其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定。拼装井的井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座。井的宽度一般应比盾构直径大1.6～2.0米，以满足铆、焊等操作的要求。当采用整体吊装的小盾构时，则井宽可酌量减小。井的长度，除了满足盾构内安装设备的要求外，还要考虑盾构推进出洞时，拆除洞门封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间。中、小型盾构的拼装井长度，还要照顾设备车架转换的方便。盾构在拼装井内拼装就绪，经运转调试后，就可拆除出洞口封板，盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工。盾构拆卸井设有盾构进口，井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。其他施工主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。这些工序均应及时而迅速地进行，决不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。土层开挖在盾构开挖土层的过程中，为了安全并减少对地层的扰动，一般先将盾构前面的切口贯入土体，然后在切口内进行土层开挖，开挖方式有：1、敞开式开挖。适用于地质条件较好、掘进时能保持开挖面稳定的地层。由顶部开始逐层向下开挖，可按每环衬砌的宽度分数次完成。2、机械切削式开挖。用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。大刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种，分别在土质较好的和较差的条件下使用。在含水不稳定的地层中，可采用泥水加压盾构和土压平衡式盾构进行开挖。3、挤压式开挖。使用挤压式盾构的开挖方式，又有全挤压和局部挤压之分。前者由于掘进时不出土或部分出土，对地层有较大的扰动，使地表隆起变形，因此隧道位置应尽量避开地下管线和地面建筑物。此种盾构不适用于城市道路和街坊下的施工，仅能用于江河、湖底或郊外空旷地区。用局部挤压方式施工时，要根据地表变形情况，严格控制出土量，务使地层的扰动和地表的变形减少到最低限度。4、网格式开挖。使用网格式盾构开挖时，要掌握网格的开孔面积。格子过大会丧失支撑作用，过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。在饱和含水的软塑土层中，这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、安全性好等优点。推进操纵与纠偏。推进纠偏推进过程中，主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制盾构推进的纵坡等方法，来操纵盾构位置和顶进方向。一般按照测量