地下建筑结构论文

对地下结构施工技术的介绍陈辉土木二班132100201301.安徽建筑大学合肥安徽；[摘要]随着中国的城市化发展，城市人口急剧膨胀所带来的生存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等问题已凸显，如果听任城市无限制地蔓延扩张，将会严重危害中国土地资源。地下空间的发展正式缓解这一危害的重要途径，而盾构、顶管、沉井、爆破、TBM等是地下结构施工的重要技术。本文对这几种方法作详细的介绍。[关键词]地下结构的发展、地下结构施工技术、盾构、顶管、沉井、爆破、TBMWiththeintroductionoftheconstructiontechnologyofundergroundstructuresCHENHuicivilclass2,132100201301.Hefeiinanhuiprovince,anhuijianzhuuniversity;PicktowiththedevelopmentofChina'surbanization,theurbanpopulationsharpexpansionoflivingspace,trafficcongestion,environmentaldegradationandotherissueshavebeenhighlighted,ifallowcityspreadofunlimitedexpansion,willcauseseriousdamagetoChina'slandresources.Thedevelopmentofundergroundspaceformallytorelievetheimpactsofthisimportantway,andshieldTBM,pipejacking,opencaisson,demolition,etcisanimportanttechnologyoftheundergroundstructureconstruction.Inthispaper,theseveralmethodsfordetail.[keywords]thedevelopmentoftheundergroundstructures,undergroundstructureconstructiontechnique,shield,pipejacking,opencaisson,demolition,TBM地下结构的发展概况人类从利用天然洞穴，到人工构筑地下洞室，从观察、体验和推理中，逐步对地下结构的工作特性有所了解。由洞室承受上部的岩柱重量发展为普氏或泰沙基理论．进而用有限元等方法计算洞室围岩的稳定和应力应变状态。从实际工程上来讲，建成了广布全球的铁路隧道，实藏了各类水电站洞室和地下厂房。铁路隧道的断面比较定型，水电站洞室和地下厂房通常选择在较坚硬的岩体之中，设计和施工相对比较成熟。铁路隧道常遇到的问题是当穿越软弱岩层或地层扩带时如何加固或改良地层的问题，水电站洞室和地下厂房通常涉及的是对断层和薄间壁区域的处理或加固的问题．这方面铁道和水电的同行已有大量的经验．这也是国内外地下结构先驱者们所作的宝贵贡献。城市地下空间建筑类型和规模是多种多样的，加上不同的工程地质和水文地质条件，以及有各种限制要求的环境条件，选择什么样的地下结构和如何实施这些结构．就需要研究它们之间的相互关系．选择相应的设计和藏工方法，才能达到最优的经济技术指标，即安全、经济和快速地建成。为此、地下结构施工技术对我们对地下空间的开发是非常重要的，下面分别介绍几种常见的地下结构施工技术。一、盾构法盾构法(ShieldMethod)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。盾构施工方法由以下几个步骤组成：盾构法施工概貌第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固；第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶；第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道；第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。盾构法施工中，其隧道一般采用以预制管片拼装的圆形衬砌，也可采用挤压混凝土圆形衬砌，必要时可再浇筑一层内衬砌，形成防水功能好的圆形双层衬砌。盾构法施工的优缺点优点1、安全开挖和衬砌，掘进速度快；2、盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。3、不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；4、穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；5、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。盾构法施工的点缺点1、断面尺寸多变的区段适应能力差；2、新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。盾构法的历史和发展盾构法用盾构法修建隧道已有150余年的历史。最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔，他由观察船蛆在船的木头中钻洞，并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发，在1818年开始研究盾构法施工，并于1825年在英国伦敦泰晤士河下，用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。在修建过程中遇到很大的困难，两次被河水淹没，直至1835年，使用了改良后的盾构，才于1843年完工。其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中，英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构法施工工艺，为现代化盾构法施工奠定了基础，促进了盾构法施工的发展。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。从1897～1980年，在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。1969年起，在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法，盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。中国自行设计、制造的盾构，直径最大为11.26米,最小为3.0米。正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道,水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工，盾构的千斤顶总推力为108兆牛,采用水力机械开挖掘进。在上海地区用盾构法修建的隧道，除水底道路隧道外，还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。盾构法的优越性盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;③施工操作不受气候条件的影响;④产生的振动、噪声等环境危害较小;⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。盾构法施工准备工作采用盾构法施工时，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（图2）。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。盾构法盾构法施工工盾构法主要有土层开挖、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。一般按照测量结果提供的偏离设计轴线的高程和平面位置值，确定下一次推进时须有若干千斤顶开动及推力的大小，用以纠正方向。此外，调整的方法也随盾构开挖方式有所不同：如敞开式盾构，可用超挖或欠挖来调整；机械切削开挖，可用超挖刀进行局部超挖来纠正；挤压式开挖，可用改变进土孔位置和开孔率来调整。衬砌拼装常用液压传动的拼装机进行衬砌（管片或砌块）拼装。拼装方法根据结构受力要求，可分为通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，容易定位,衬砌圆环的施工应力较小,但其缺点是环面不平整的误差容易积累。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2～1/3。错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易引起较大的施工应力。衬砌拼装方法按拼装顺序，又可分为先环后纵和先纵后环两种。先环后纵法是先将管片（或砌块）拼成圆环，然后用盾构千斤顶将衬砌圆环纵向顶紧。先纵后环法是将管片逐块先与上一环管片拼接好，最后封顶成环。这种拼装顺序，可轮流缩回和伸出千斤顶活塞杆以防止盾构后退，减少开挖面土体的走动。而先环后纵的拼装顺序,在拼装时须使千斤顶活塞杆全部缩回,极易产生盾构后退，故不宜采用。衬砌背后压注为了防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。压注后还可改善衬砌受力状态，并增进衬砌的防水效果。压注的方法有二次压注和一次压注。二次压注是在盾构推进一环后，立即用风动压注机通过衬砌上的预留孔，向衬砌背后的空隙内压入豆粒砂，以防止地层坍塌；在继续推进数环后，再用压浆泵将水泥类浆体压入砂间空隙，使之凝固。因压注豆粒砂不易密实，压浆也难充满砂间空隙，不能防止地表沉降，已趋于淘汰。一次压注是随着盾构推进，当盾尾和衬砌之间出现空隙时，立即通过预留孔压注水泥类砂浆，并保持一定的压力，使之充满空隙。压浆时要对称进行，并尽量避免单点超压注浆，以减少对衬砌的不均匀施工荷载；一旦压浆出现故障，应立即暂停盾构的推进。盾构法施工时，还须配合进行垂直运输和水平运输，以及配备通风、供电、给水和排水等辅助设施，以保证工程质量和施工进度，同时还须准备安全设施与相应的设备。二、顶管顶管施工法顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式顶管技术。优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小。而且能够深入地下作业，这是开挖埋管无法比拟的优点。但是顶管技术也有缺点，施