地下工程缩印_系统工程缩印

2020-02-27 其他范文下载本文

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地下工程：地下工程是建造在地层环境中（岩体或土体）的工程结构物

地下空间：在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。

地下空间是一种总量有限的自然资源。地下空间资源：包括三个方面的含义：

1）天然存在的资源蕴藏总量；2）一定技术条件下可供合理开发的资源总量；

3）一定历史时期内可供有效利用的地下空间总量。

地下综合体指由城市中不同功能的地下空间建筑共同组合而形成的大型地下空间工程。岩体结构：结构体和结构面在岩体内的排列、组合形式。

不同结构类型岩体的工程地质性质

1）整体、块状结构岩体：成分单

一、结构面稀疏延伸较长，层间有一定结合力，力学强度高、抗变形能力强，可视为均质、各向同性体。2）层状结构岩体：软硬岩层相间的互层形式，结构面以层理面为主，有层间错动及泥化软弱夹层发育。3）碎裂结构岩体：岩体节理、裂隙发育，常有泥质充填，结合力不强，有平行层面的软弱结构面，完整性差。4）散体结构岩体：节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，可视为土体。

地应力：指存在于地壳岩体中的原始应力，又叫天然应力。变异及残余应力、感生应力影响围岩稳定性的主要因素

1、地质因素：(1)岩体结构特征(2)结构面性质和空间的组合(3)岩石的力学性质4)围岩的初始应力场5）地下水作用

2、工程活动所造成的人为因素：(1)地下洞室尺寸和形状(2)施工中采用的开挖方法地下结构的受力特点

主要特点：地下结构的围岩既是作用于支护结构上的荷载来源，又与支护结构共同构成承载体系。（1）除了承受使用荷载之外，地下结构还要承受周围岩土体和地下水的作用，而且后者往往构成地下结构的主要荷载；（3）地下水对结构的力学作用与岩土组成、地下水流场及结构防水系统等因素相关；（4）地下结构埋深足够大时，由于地层的成拱效应，结构承受的围岩竖向应力总是小于其上覆地层自重压力；（5）地下结构的受力可能受到结构与围岩相互作用及施工过程的显著影响；（6）地下结构的荷载具有时空效应。

围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。

围岩压力可分为围岩垂直压力、围岩水平压力及围岩底部压力。

围岩压力按作用力发生形态分为：

⑴松动压力：是指由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构的压力。⑵形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。⑶膨胀压力：是指由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力。⑷冲击压力：是指围岩中积累了大量的弹性变性能之后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。

自然拱的范围的大小受围岩地质条件、支护结构架设时间、刚度以及它与围岩的接触状态等影响，还取决于以下诸因素：

⑴隧道的形状和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度越大，则自然拱越高，围岩松散压力也越大；⑵隧道的埋深：实践证明，只有当隧道埋深超过某一临界值时，才有可能形成自然拱。

⑶施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌方的重要原因之一

围岩压力的确定方法●直接量测法●经验法或工程类比法●理论估算法

地下工程基本作业基本作业〓开挖+支护+衬砌

1、开挖方法选择的考虑因素

2、地下工程开挖方法

3、隧道开挖方法

4、支护与衬砌技术支护技术

明挖法施工方法：由地表自上而下开挖土方至设计标高→由基底自下向上顺做隧道主体工程→回填基坑或恢复地面

盖挖法含义：先用连续墙、钻孔桩等作为围护结构和中间桩，然后施工钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩的保护下进行土方开挖与结构施工。逆做法：土方开挖与结构施工顺序均由上而下进行。顺做法：土方开挖全部结束后由下而上做结构施工

逆作法优缺点

优点：1）可使建筑物上部结构的施工和地下基础结构施工平行立体作业，在建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/3。2）受力良好合理，围护结构变形量小，因而对邻近建筑的影响亦小。3）施工可少受风雨影响，且土方开挖可较少或基本不占总工期。4）最大限度利用地下空间，扩大地下室建筑面积。5）一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。6）逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量。

缺点：1）支撑位置受地下室层高的限制，无法调整高度，如遇较大层高的地下室，有时需另设临时水平支撑或加大围护墙的断面及配筋。2）挖土作业空间狭小，不利于规模机械化施工、土方施工困难3）结构接头处理多4）对围护结构施工精度要求高

3、逆作法施工的关键问题1）降水问题

浅埋暗挖法指在小导管超前支护技术、网构钢拱架设计制造技术、正台阶环形开挖留核心土方法、监控量测技术等基础上，提出软弱地层必须快速施工的理念，突出时空效应对防塌的重要作用。

浅埋暗挖施工技术原则

①管超前——在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管；

②严注浆——打设超前小导管后注浆加固地层，包括初支背后注浆和二衬背后注浆； ③短开挖——每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能缩短；

④强支护——采用格栅钢架和喷射混凝土进行较强的早期支护，以限制地层变形； ⑤早封闭——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件；

⑥勤量测——对规定部位进行动态监测，绘制位移-时间曲线，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。

盾构法(ShieldMethod)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承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

目前在盾构工程中普遍采用的多为封闭式盾构机，其中以泥水平衡式与土压平衡式盾构机最为普及。

1、土压平衡盾构（EPB盾构）工作原理

盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡（即稳定）。刀盘旋

转切削土体，同时液压千斤顶5将盾构机向前推进，并向密封仓内3加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机6向外排土的速度相匹配，经舱内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。

2、泥水平衡盾构工作原理

泥水盾构系靠盾构机的推进力使泥水（水、粘土及添加剂的混合物）充满封闭式盾构的密封舱（也称泥水舱），从而对掘削面上的土体施加一定的压力，该压力称为泥水压力。通常取泥水压力大于地层的地下水压+土压，所以尽管盾构刀盘掘削地层，但地层不会坍落，即处于稳态。刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱，经设置在舱内的搅拌装置拌和后成为含掘削土砂的高浓度泥水，再经泥浆泵将其泵送到地表的泥水分离系统，待土、水分离后，再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱。如此不断循环实现掘削、排土、推进。因靠泥水压力使掘削面稳定故得名泥水加压盾构，简称泥水盾构。

盾构机的选型

1、盾构类型与渗透性的关系（1）当地层的透水系数

（2）当地层的渗水系数在10m/s和10m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用

-4泥水式盾构；（3）当地层的透水系数大于10m/s时，宜选用泥水盾构。

2、盾构类型与颗粒级配的关系

盾构类型与颗粒级配的关系如下：1）淤泥粘土区，为土压平衡盾构适应范围；（2）粗砂、细砂区，既可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构；（3）卵石砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围。

3、盾构类型与水压的关系

当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。

影响TBM使用的地质条件。

（1）影响TBM选用的地质因素

① 隧道地压。是否存在塑性地压？

指标：围岩强度比(软岩)；围岩抗剪强度比(似砂土软岩)

断层破碎带、软弱泥岩以及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难

② 涌水状态。涌水范围、大小与压力会造成工作面崩塌与承载力低下，应慎用。破岩能力影响因素：◆贯入深度◆滚刀间距◆岩体的裂隙

TBM施工方法：在掘进时切削刀盘上的滚刀沿岩石开挖面滚动，切削刀盘均匀地对每个滚刀施加压力，形成对岩面的滚动挤压，切削刀盘每转动一圈，就会贯入岩面一定深度，在滚刀刀刃与岩石接触处，岩石被挤压成粉末，从这个区域开始，裂缝向相邻的切割槽扩展，进而形成片状石碴，从而实现破岩。

顶管：借助顶推设备将工具管或掘进机从工作坑（始发井）内穿过土层一直推到接收坑（到达井）内，与此同时，把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间的一种非开挖施工技术。

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盾构法和顶管法的比较

相同点：（1）二者都属于暗挖法施工大口径（>900㎜）地下工程的主要施工方法。（2）二者都要开挖工作基坑（工作井和接收井）。（3）二者工作面的开挖方法，出、进洞施工技术基本相似。（4）二者都要注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题，都要进行注压浆。

不同点：（1）盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。（2）盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿，而顶管法施工的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继间。3）盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。（4）盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。

沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道

沉管法优缺点

优点

1、对地质水文条件适应能力强(施工较简单、地基荷载较小)

2、可浅埋，与两岸道路衔接容易(无需长引道，线形较好)

3、防水性能好(接头少漏水几率降低，水力压接滴水不漏)

4、施工工期短(管段预制与基槽开挖平行施工，浮运沉放较快)

5、造价低(水下挖土与管段制作成本较低，少于盾构隧道)

6、施工条件好(水下作业极少)

7、可做成大断面多车道结构(盾构隧道一般为两车道)

缺点

1、管段制作砼工艺要求严格，需保证干舷与抗浮系数；

2、车道较多时，需增加沉管隧道高度。导致压载混凝土量、浚挖土方量与沉管隧道引道结构工程量增加。

基坑工程支护结构型式

1放坡开挖及简易支护放坡开挖是选择合理的基坑边坡以保证在开挖过程中边坡的稳定性，包括坡面的自立性和边坡整体稳定性。2水泥土重力式支护结构水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙支挡周围土体，保持基坑边坡稳定。3边坡稳定式支护结构悬臂式支护结构悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持整体稳定和结构的安全；结构对4支、锚体系

土钉墙特点：（1）形成土钉复合体、显著提高边坡整体稳定性和承受边坡超载能力。（2）施工设备简单，由于钉长一般比锚杆的长度小的多，不加预应力所以设备简单。3）随基坑开挖逐层分段开挖作业，不占或少占单独作业时间，施工效率高，占用周期短。（4）施工不需单独占用场地，对现场狭小，放坡困难，有相邻建筑物时显示其优越性。（5）土钉墙成本费较其他支护结构显著降低。（6）施工噪音、振动小，不影响环境。（7）土钉墙本身变形很小，对相邻建筑物影响不大。

土钉墙适用条件：地下水低于土坡开挖段或经过降水措施后使地下水位低于开挖层的情况；适用于有粘性土、粉性土、含有30%上粘土颗粒的砂土边坡；常用于开挖深度不大、周围相邻建筑或地下管线对沉降与位移要求不高的基坑支护。

基坑工程中应用较多的止水帷幕有三种形式：①深层搅拌法水泥土止水帷幕;②高压喷射注浆法水泥土止水帷幕;③素混凝土地下连续墙止水帷幕。

降低地下水位常采用多种降水措施，常见的有轻型井点、喷射井点、明排降水和管井降水自渗井点降水、电渗井点降水、辐射井点降水等。

轻型井点是沿基坑四周将井点管埋入蓄水层内，利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽

出，将地下水位降至基坑底以下

自渗井点降水适用条件： A.在降水范围内的地层结构为三层以上，含水层有两层以上，各含水层之间为相对隔水层（以粉质粘土为主）或隔水层（以粘土为主）。下层含水层的埋深以距离基坑底5~20m为宜。B.下层含水层的水位（或水头）低于上部含水层水位，并低于基坑施工要求降低水位。C.下层渗透系数大于上层含水层的渗透系数，且具有一定厚度（一般大于2m），能消纳的水量大于或等于降水深度内的基坑涌水量。D.上层地下水的水质未受污染，符合引入下层地下水的要求。

流砂现象细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。

产生流砂的原因（1）内因：取决于土的性质，当土的孔隙比大、含水量大、粘粒含量少、粉粒多、渗透系数小、排水性能差等均容易产生流砂现象。（2）外因是地下水在土中渗流所产生的动水压力GD的大小，地下水位较高、基坑内排水所形成的水位差较大时,动水压力也愈大,当GD≥γ(土的浮重)时就会推动土壤失去稳定，形成流砂现象。

流沙防治方法⑴枯水期施工法⑵打板桩⑶水中挖土⑷人工降低地下水位法⑸抢挖并抛大石块法。此外，采用地下连续墙法、止水帷幕法、压密注浆法、土壤冻结法等，都可以阻止地下水流入基坑，防止流砂发生。

基坑工程失效的典型模式

1、整体失稳

2、坑底隆起

3、围护结构倾覆失稳

4、围护结构滑移失稳

5、围护结构底部地基承载力失稳

6、“踢脚”失稳

7、止水帷幕功能失效和坑底渗透变形破坏

8、围护结构的结构性破坏

表土施工方法井圈背板施工法2）吊挂井壁施工法3）板桩法施工

表土施工的特殊方法（特殊凿井）冻结法、钻井法、沉井法

冻结法含义：在井筒掘进之前，在井筒周围钻冻结孔，用人工制冷的方法将井筒周围的不稳定表土层和风化岩层冻结成一个封闭的冻结圈，以防止水或流砂涌入井筒并抵抗地压，然后在冻结圈的保护下掘砌井筒。

冻结原理：井筒周围的冻结圈，是由冷冻站制出的低温盐水在沿冻结管流动过程中，不断吸收孔壁周围岩土层的热量，使岩土逐渐冷却冻结而成。

新奥法指的是在软弱岩层中修建隧道时，开挖后立即喷射水泥混凝土作为临时支撑(必要时加锚杆)以稳定围岩，然后再进行衬砌的施工方法。

新奥法原理是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。

锚杆支护作用机理⑴悬吊作用：锚杆杆作用机理是将直接顶板悬吊到坚硬岩层上。锚杆所受的拉力来自被悬吊的岩层重量，并据此设计锚杆支护参数。

⑵组合梁作用一方面是依靠锚杆的锚固力增加各岩层间的摩擦力，防止岩石沿层面滑动，避免各岩层出现离层现象；另一方面，锚杆杆体可增加岩层间的抗剪刚度，阻止岩层间的水平错动，从而将巷道顶板锚固范围内的几个薄岩层锁紧成一个较厚的岩层（组合梁）。在上覆岩层载荷的作用下，其最大弯曲应变和应力都大大减小，挠度亦减小，且组合梁越厚，梁内的最大应力、应变和梁的挠度也就越小。

地下工程施工量测内容：

1、工程地质与支护状况的观察

2、地表沉降量测

3、洞周收敛位移量测

4、拱顶下沉量测

5、围岩内部位移量测

6、钢支撑应力量测

7、喷层应力量测

8、二衬应力量测

地下工程地质灾害类型：建设期间的灾害（塌方、突水、突泥、岩溶、软岩、岩爆、瓦斯、地温等）；运营期间的灾害（塌方、渗水、火灾、洪水、地震等）。

根据岩溶分类，针对不同类型岩溶，制定基本处治对策：

（1）洞穴型、管道型岩溶：回填方案（2）充填型岩溶：注浆加固+大管棚方案（3）过水型岩溶：引排方案（4）大型干溶洞（主要针对基底处理）：托梁+板跨方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案、梁跨方案（5）岩溶水治理：注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案、绕避方案