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1、第二篇 城市交通軌道工程一、城市軌道交通工程結(jié)構(gòu)與施工方法(一)地鐵車站形式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1、地鐵車站形式及車站組成(1)車站與地面相對(duì)位置:高架車站 :車站位于地面高架結(jié)構(gòu)上,分為路中設(shè)置和路側(cè)設(shè)置兩種;地面車站 :車站位于地面,采用島式和側(cè)式均可,路塹式為其特殊形式;地下車站 :車站結(jié)構(gòu)位于地面以下,有淺埋和深埋兩種。(2)運(yùn)營(yíng)性質(zhì):中間站 :僅供乘客上下乘降用,是最常用、數(shù)量最多的一種形式。區(qū)域站 :因?yàn)橐粭l軌道交通線路中, 客流量是不均勻的, 行車組織往往采取 長(zhǎng)、短交路的運(yùn)營(yíng)模式。設(shè)于兩種不同行車密度交界處的車站,稱之為區(qū)域站。(即中間折返站,短交路列車可以在此處折返。)換乘站 :位于
2、兩條及兩條線以上的線路交叉點(diǎn)的車站,具有中間站的作用和 換乘的用途??梢哉J(rèn)為“ 中南路站” 是換乘站。樞紐站 :樞紐站是由此站分出另一條線路的車站。上的列車。該站可以接、 送兩條線路聯(lián)運(yùn)站 :指車站具有兩種不同性質(zhì)的列車線路進(jìn)行聯(lián)運(yùn)及客流換乘。具有中 間站和換成站的作用。可以認(rèn)為“ 循禮門站” 是聯(lián)運(yùn)站。終點(diǎn)站 :設(shè)在線路兩端的車站。就列車上下而言,終點(diǎn)站也是起點(diǎn)站(或稱 之為始發(fā)站)。終點(diǎn)站設(shè)有可供列車全部折返的折返線和設(shè)備,也可以供列車臨 時(shí)停留檢修。(3)結(jié)構(gòu)斷面:矩形 :矩形斷面是常用的一種斷面形式。適用于明挖或者淺埋暗挖車站。車站可以為單層、雙層甚至多層,跨度可以為單跨、雙跨設(shè)置多跨
3、。拱形 :拱形斷面多用于深埋或淺埋暗挖車站,有單拱和多跨連拱等形式。 單拱因?yàn)橹胁科鸸拜^高, 并且中間無柱, 因此建筑空間顯得高大寬闊,如果處理得 當(dāng),可以達(dá)到很明顯的藝術(shù)效果。明挖車站單跨結(jié)構(gòu)時(shí),也可以采用拱形斷面。圓形 :為盾構(gòu)法施工時(shí)常采用的一種形式。其他形狀 :橢圓形、馬蹄形等等。(4)站臺(tái)形式 島式站臺(tái) :站臺(tái)位于上、下行線路之間。具有站臺(tái)面積利用率高、提升設(shè)施 公用,能靈活調(diào)劑客流量、使用方便、管理集中等優(yōu)點(diǎn)。側(cè)式站臺(tái) :站臺(tái)位于上、下行線路兩側(cè)。島、側(cè)混合式 :將島式站臺(tái)與側(cè)式站臺(tái)同設(shè)在一個(gè)車站內(nèi)。如“ 循禮門站”就是這樣一種形式。2、構(gòu)造組成(1)地鐵車站通常由 車站主體 (站
4、臺(tái)、站廳、設(shè)備用房、生活用房) 、出入 口及通道 ,通風(fēng)道及地面通風(fēng)亭 等三部分組成。(2)地鐵施工通常在城鎮(zhèn)中修建,其施工方法的選擇會(huì)受到地面建筑物、道路、城市交通、環(huán)境保護(hù)、施工機(jī)具以及資金條件等因素影響。因此地鐵修建 不僅要從技術(shù)、 經(jīng)濟(jì)、修建地區(qū)的具體條件考慮, 還要考慮 施工方法對(duì)城市生活 的影響 。3、施工方法(1)明挖法施工 第 1、明挖法是先 從地面向下開挖 基坑至設(shè)計(jì)標(biāo)高,然后再基坑內(nèi)的預(yù)定位置由下而上地建造主體結(jié)構(gòu)及防水措施,最后回填土并且恢復(fù)路面。第 2、這種方法是常用的一種方法。優(yōu)點(diǎn):作業(yè)面多、速度快、工期短、易 保證工程質(zhì)量、工程造價(jià)低。有條件的地方,都用這種方法。第
5、 3、明挖基坑有敞口放坡法和有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑兩類。很明顯敞口放坡式 就是地面有足夠的空間可以利用,才用的一種方法,造價(jià)很低。如因場(chǎng)地限制,可以適當(dāng)將邊坡放陡, 這樣可以再邊坡上采用土釘加混凝土噴抹面對(duì)邊坡加以支 護(hù),即使這樣造價(jià)也較低。如果基坑很深、地質(zhì)條件差、地下水位高、空間不夠,可以加圍護(hù)結(jié)構(gòu)。明挖法基坑類型:敞口放坡基坑:邊坡面不加支護(hù)的基坑和噴混凝土面和錨桿護(hù)坡的基坑;有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑: 工字鋼樁圍護(hù)基坑、 鋼板樁圍護(hù)基坑、 鉆孔灌注樁圍護(hù) 基坑、地下連續(xù)墻圍護(hù)基坑、土釘墻圍護(hù)基坑、復(fù)合式圍護(hù)基坑。(2)蓋挖法施工 第 1、蓋挖法施工也是明挖施工的一種形式,與常見的明挖法施工的主要區(qū)
6、別在于施工方法和順序不同。蓋挖法是先蓋起來然后再開挖,即先以臨時(shí)路面或結(jié)構(gòu)頂板維持地面暢通,再向下施工。施工流程: 在現(xiàn)有道路上按照所需寬度,以定型標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制的棚蓋結(jié)構(gòu) (包括縱、橫梁和路面板)或現(xiàn)澆混凝土頂(蓋)板結(jié)構(gòu)置于樁(或墻)柱結(jié)構(gòu)上維持地面交通,在棚蓋結(jié)構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行開挖和施做主題結(jié)構(gòu)、防水結(jié)構(gòu),然后回填土,并恢復(fù)管、線、路或埋設(shè)新的管、線、路。最后恢復(fù)道路結(jié)構(gòu)。蓋挖法優(yōu)點(diǎn):圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小,能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降,有利于保護(hù)鄰近建筑物和構(gòu)筑物;基坑底部土體穩(wěn)定,隆起小,施工安全;蓋挖逆作法施工一般不設(shè)內(nèi)部支撐或者錨錠,施工空間大; 蓋挖逆作法用于城市街區(qū)施工時(shí),可盡快恢復(fù)路
7、面,對(duì)道路交通影響較小。蓋挖法的缺點(diǎn):蓋挖法施工時(shí),對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的水平施工縫處理較為困難;蓋挖逆作法施工時(shí), 暗挖施工難度大, 費(fèi)用高; 蓋挖法每次分部開挖深度及澆筑 或襯砌的深度, 應(yīng)該依據(jù): 基坑穩(wěn)定、環(huán)境保護(hù)、永久結(jié)構(gòu)形式和混凝土澆筑 作 業(yè)等因素來確定。蓋挖法:蓋挖順作法、 蓋挖逆作法及蓋挖半逆作法。多的就是蓋挖逆作法。第 2、蓋挖順作法我們城市中施工采用最蓋挖順作法主要依賴堅(jiān)固的擋土結(jié)構(gòu),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、 地下水位高低、 開挖深度以及周圍建筑物的鄰近程度可選擇鋼筋混凝土鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻,對(duì)于飽和的軟弱地層應(yīng)以剛度大、止水性能好的地下連續(xù)墻為首選方案。目前,蓋挖順作法的擋土結(jié)構(gòu)常用
8、來作為主體結(jié)構(gòu)邊墻體的一部分或全部。步驟:構(gòu)筑連續(xù)墻構(gòu)筑中間支撐柱構(gòu)筑連續(xù)墻及覆蓋板開挖及支撐安裝開挖及構(gòu)造底板構(gòu)造側(cè)墻、 柱子構(gòu)造側(cè)墻及底板構(gòu)造內(nèi)部結(jié)構(gòu)及路面恢復(fù)。第 3、蓋挖逆作法蓋挖逆作法施工時(shí), 先施做車站周邊圍護(hù)樁和結(jié)構(gòu)主體樁柱,然后將結(jié)構(gòu)蓋板至于樁(圍護(hù)樁)、柱(鋼管柱或混凝土柱)上,自上而下完成土方開挖以及澆筑邊墻、 中隔板和底板襯砌的施工。施工的過程中不需要設(shè)置臨時(shí)支撐,借助 結(jié)構(gòu)頂板、中板自身的水平剛度和抗壓強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑圍護(hù)樁(墻)的支護(hù)作用。工法特點(diǎn):快速覆蓋,縮短中斷交通的時(shí)間;自上而下的頂板、中隔板及水 平支撐體系剛度大,可營(yíng)造一個(gè)相對(duì)安全的作業(yè)環(huán)境;占地少、回填量小
9、、可分 層施工,也可分左右兩幅施工, 交通導(dǎo)改靈活;不受季節(jié)影響、無冬期施工要求,低噪聲、擾民少;設(shè)備簡(jiǎn)單、不需大型設(shè)備,操作空間大、操作環(huán)境相對(duì)較好。蓋挖逆作法對(duì)鋼管柱的加工、運(yùn)輸、吊裝、就位要求精度極高,不論是旋 挖樁鋼管基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)都有一套完整的工藝流程。流程圖:構(gòu)筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑主體結(jié)構(gòu)中間立柱構(gòu)筑頂板回填土、恢復(fù) 路面開挖中層土構(gòu)筑上層主體結(jié)構(gòu)開挖下層土構(gòu)筑下層主體結(jié)構(gòu) 第 4、蓋挖半逆作法 這種方法類似于逆作法, 其區(qū)別僅在于頂板完成及恢復(fù)路面的過程。在半逆 作法施工中,一般都需要設(shè)置橫撐并施加預(yù)應(yīng)力。采用半逆作法和逆作法施工時(shí),都應(yīng)該特別注意混凝土施工縫的處理問題,由于它是上部混
10、凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再接著往下澆筑的,而混凝土的收縮及析水,施工縫處不可避免地要出現(xiàn) 防水性產(chǎn)生不良影響。3-10mm寬的縫隙 ,將對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐久性和如主體結(jié)構(gòu)的中間立柱為鋼管混凝土柱,而柱下基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ),這里涉及到一個(gè)問題, 就是需要解決好兩者之間的連接問題。一般的處理方法就是將 鋼管柱直接插入灌注樁的混凝土內(nèi)1.0m 左右 ,并在鋼管柱底部均勻設(shè)置幾個(gè)孔, 以利于混凝土流動(dòng), 同時(shí)也可以加強(qiáng)樁柱之間的連接。有時(shí)也可在鋼 管柱和灌注樁之間架設(shè) H型鋼加以連接 。施工步驟:構(gòu)筑連續(xù)墻中間支撐柱及臨時(shí)性擋土設(shè)備構(gòu)筑頂板(1)打設(shè)中間樁、臨時(shí)性擋土及構(gòu)筑頂板( 2)構(gòu)筑連續(xù)墻及頂板
11、( 3)依次向下開挖及逐層安 裝水平支撐向下開挖、 構(gòu)筑底板構(gòu)筑側(cè)墻、 柱、樓板構(gòu)筑側(cè)墻及內(nèi)部的其 余結(jié)構(gòu)物。總結(jié):順作法:就是自上而下挖土,然后自下而上構(gòu)筑結(jié)構(gòu)物;逆作法,就 是自上而下挖土,自上而下構(gòu)筑結(jié)構(gòu)(缺點(diǎn)就是混凝土連接肯定會(huì)有問題);半逆作法,就是一步一步構(gòu)筑連續(xù)墻及頂板,上的構(gòu)筑結(jié)構(gòu)物。(3)噴錨暗挖法然后自上而下開挖, 然后就是自下而這種方法(又稱之為礦山法,對(duì)地層的適用性較廣)適用于:結(jié)構(gòu)埋置較 淺、地面建筑物密集、交通運(yùn)輸繁忙、地下管線密布,及對(duì)地面沉降要求嚴(yán)格的 城鎮(zhèn)地區(qū)地下構(gòu)筑物施工。第 1、新奧法:這種方法的精髓就是支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同承擔(dān)變形中的形變應(yīng)力。是否充分考慮
12、圍巖的自承能力,這是淺埋暗挖法與“ 新奧法”主要區(qū)別 。第 2、淺埋暗挖法 在城鎮(zhèn)軟弱圍巖地層中, 在淺埋條件下修建地下工程, 以改造地質(zhì)條件為前 提,以控制地表沉降為重點(diǎn), 以格柵(或其他鋼結(jié)構(gòu)) 和錨噴作為初期支護(hù)手段,遵循“ 新奧法”的大部分原理, 按照“ 十八字”方針:管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工,這就稱之為淺埋暗挖技術(shù)。淺埋暗挖法技術(shù)從減少城市地表沉陷考慮,還必須輔以其他配套技術(shù), 比如 地層加固、 降水 等。淺埋暗挖法是一個(gè)十分重視施工方法選擇的,一個(gè)好的結(jié)構(gòu) 形式和正確的施工方法能起到事半功倍的效果。淺埋暗挖法的適用條件:第一、不允許帶水作業(yè)。大范
13、圍內(nèi)的淤泥質(zhì)土、粉 細(xì)砂地層,降水有困難或經(jīng)濟(jì)上選擇此工法不合算的地層,不宜用淺埋暗挖法;這里對(duì)土體自 第二、很明顯淺埋暗挖法要求開挖面具有一定的自立性和自穩(wěn)性。立性的最低要求是:自立性穩(wěn)定時(shí)間,應(yīng)該足以進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)。對(duì)開挖面 前方土體的預(yù)加固和預(yù)處理, 視為淺埋暗挖法的必要前提, 目的就在于加強(qiáng)開挖 面的穩(wěn)定性,增加施工的安全性。(4)明挖法施工車站結(jié)構(gòu) 第 1、矩形框架結(jié)構(gòu):這是明挖車站中采用最多的一種形式,根據(jù)功能要求,可以分為雙層于單跨、雙跨或者多層多跨形式。第 2、矩形框架結(jié)構(gòu)明挖地鐵車站組成:底板、側(cè)墻及頂板等圍護(hù)結(jié)構(gòu);樓板、梁、柱及內(nèi)墻等內(nèi)部構(gòu)件。它們主要用來承受施工和運(yùn)營(yíng)期
14、間的內(nèi)中外部荷載,車站建筑造型的有機(jī)組成部分。提供地鐵必需的使用空間, 同時(shí)也是頂板和樓板 :可采用單向板(或梁式板) 、井字梁式板、無梁板或密肋板等 形式。底板 :底板主要按照受力和功能要求設(shè)置。幾乎都采用以縱梁和側(cè)墻為支承的梁式板結(jié)構(gòu)。 這有利于整體道床和站臺(tái)下縱向管道的鋪設(shè)。埋置于無地下水的 巖石地層中的明挖車站,可不設(shè)受力底板,但鋪底應(yīng)滿足整體道床的使用要求。側(cè)墻 :當(dāng)采用放坡開挖或用工字鋼樁、鋼板樁等作基坑的臨時(shí)護(hù)壁時(shí),側(cè)墻多采用以頂、底板及樓板作為支承的單向板,裝配式構(gòu)件也可采用密肋板。當(dāng)采用地下連續(xù)墻或鉆孔樁護(hù)壁時(shí), 可利用它們作為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的一部分 或者全部。這種情況下的側(cè)墻
15、,視施工場(chǎng)地土質(zhì)情況不同,可以分為兩類:一是 灌注樁與內(nèi)襯墻組成的樁墻結(jié)構(gòu), 二是地下連續(xù)墻或者地下連續(xù)墻與內(nèi)襯墻組成 的結(jié)構(gòu)。無地下水時(shí),可以為分離式;在保證柱間土體穩(wěn)定(必要時(shí)可施做噴混 凝土層)的前提下,選擇較大的樁徑;當(dāng)有地下水時(shí),可以結(jié)合注漿形成止水帷 幕或改用相搭接的灌注樁(鉆孔咬合樁) 。但是在飽和軟土或流沙地層中,從提 高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、止水性和保護(hù)環(huán)境等方面考慮,尤其是當(dāng)挖深超過 10 米時(shí),多采用地下連續(xù)墻。當(dāng)連續(xù)墻直接作為主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻或者內(nèi)襯墻形成主體結(jié)構(gòu)時(shí),設(shè)計(jì)中需要 考慮頂、樓、底板與連續(xù)墻的連接問題。立柱 :明挖車站的立柱一般采用混凝土結(jié)構(gòu),可采用方形、矩形
16、、圓形及橢 圓形截面形式。 按照一般的荷載設(shè)計(jì), 樁間距為 6-8 米。當(dāng)車站與地面建筑合建 時(shí),由于柱的設(shè)計(jì)荷載很大時(shí), 需要采用鋼管混凝土柱或者勁性鋼筋高強(qiáng)混凝土 柱。第 2、拱形結(jié)構(gòu)一般用于站臺(tái)寬度較窄的單跨單層或單跨雙層車站。結(jié)構(gòu)由拱形和平底板組成,墻角與底板之間采用鉸接, 并在其外側(cè)設(shè)有與底板整體澆筑的擋墻,用以抵抗剛架的水平推力。(5)蓋挖法施工的車站結(jié)構(gòu) 第 1、在城鎮(zhèn)交通要到區(qū)段,我們采用蓋挖法施工的地鐵車站多采用矩形框 架結(jié)構(gòu)。第 2、軟土地區(qū)地鐵車站一般采用地下墻或鉆孔灌注樁作為施工階段的圍護(hù)結(jié)構(gòu) 。地下墻可以作為側(cè)墻結(jié)構(gòu)的一部分,與內(nèi)部現(xiàn)澆鋼筋混凝土組成雙層襯砌結(jié)構(gòu);也可
17、將單層地下墻作為主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻結(jié)構(gòu)。第 3、單層側(cè)墻即地下連續(xù)墻在施工階段作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu),建成后使用階段又是主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的板直接與單層墻相接。在地下墻中采用預(yù)埋“ 錐螺紋鋼筋連接器”將板的鋼筋與地下墻的鋼筋相接,確保單層墻與板的連接強(qiáng)度及剛度。砂性地層中不宜采用單層側(cè)墻。雙層側(cè)墻即地下墻施工階段作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),回筑時(shí)在地上墻內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土內(nèi)襯側(cè)墻, 這樣就會(huì)形成疊合結(jié)構(gòu), 共同承擔(dān)土水壓力, 板與雙層墻組成現(xiàn) 澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。第 3、中間豎向臨時(shí)支撐系統(tǒng)由臨時(shí)立柱及基礎(chǔ)組成,系統(tǒng)的設(shè)置方法又三 種: 在永久柱的兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)柱、永久柱與臨時(shí)柱合一、臨時(shí)柱與永久柱合一 而
18、且兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)柱 。(6)錨噴暗挖(礦山法)施工車站結(jié)構(gòu) 這種方法見到的隧道為 單拱式車站、 雙拱式車站、 三拱式車站 ,并根據(jù)需要可施作為單層或者雙層。此類車站的開挖斷面一般為150-250m2。由于斷面大,開挖方法對(duì)洞室穩(wěn)定、地面沉降和支護(hù)受力等重大影響,在第四紀(jì)地層施工時(shí),要用輔助施工方法。二、地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)與施工方法 第一、明挖法施工 1、在場(chǎng)地開闊的地方,適用于此種方法的施工。一般為矩形斷面,一般為 整體澆筑或者裝配式結(jié)構(gòu)。2、整體式襯砌結(jié)構(gòu), 其結(jié)構(gòu)斷面分為單跨、 雙跨等形式。 由于其整體性好,防水性能容易得到保證,可適用于各種工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況。3、預(yù)制裝配式襯砌結(jié)構(gòu),裝配
19、式襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的接頭構(gòu)造,除了要考 慮強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性之外,還要求構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便。因?yàn)槠湔w性差,在 有特殊要求(防護(hù)、抗震等)的地段要慎重選用。第二、噴錨暗挖(礦山)法施工隧道 1、斷面形式有單拱(單線或雙線的區(qū)間隧道或聯(lián)絡(luò)通道)、雙拱三拱(用于 停車線、折返線或喇叭口岔線上) 。襯砌又稱之為支護(hù)結(jié)構(gòu),與圍巖構(gòu)成整體,一起承擔(dān)可能出現(xiàn)的各種荷載,保證隧道斷面的使用凈空, 防止地表下沉, 提供空氣流通的光滑表面, 堵截或者 引排地下水。 根據(jù)對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的基本要求以及隧道所處的圍堰條件、地下水 狀況、地表下沉的控制、 斷面大小和施工方法等, 可以采用基本結(jié)構(gòu)類型及其變 化方案。2、
20、襯砌的基本結(jié)構(gòu)類型復(fù)合式襯砌 這種襯砌結(jié)構(gòu)是由初期支護(hù)、 防水隔離層和二次襯砌所組成。 復(fù)合式襯砌外 層為初期支護(hù),其作用是加固圍巖,控制圍巖變形,防止圍巖松動(dòng)失穩(wěn),是襯砌 結(jié)構(gòu)中的主要承載單元。一般應(yīng)在開挖后立即施作,并應(yīng)與圍巖密貼。所以,最適宜采用噴錨支護(hù),根據(jù)具體情況,選用錨桿、噴混凝土、鋼筋網(wǎng)和鋼支撐等單一或并用采用。3. 襯砌結(jié)構(gòu)的變化方案 在干燥無水的堅(jiān)固圍巖中, 區(qū)間隧道襯砌可以只為錨噴支護(hù),不作防水隔離 層和二次襯砌。但是錨噴支護(hù)表面應(yīng)平整,不得出現(xiàn)大量的裂縫。在防水要求不高, 圍巖有一定的自穩(wěn)能力時(shí), 區(qū)間隧道亦可以采用 單層的模 注混凝土 。單層模注混凝土又稱為 整體式襯砌
21、 ,為適應(yīng)不同的圍巖條件, 整體式襯砌可以做為等截面直墻式或變截面曲墻式,軟弱圍巖。第三、盾構(gòu)法施工隧道前者適用于堅(jiān)硬圍巖, 后者試用于1、在松軟含水地層、地面構(gòu)筑物不允許拆遷,施工條件困難地段,采用盾 構(gòu)法施工。盾構(gòu)法修建的區(qū)間隧道襯砌有預(yù)制裝配式襯砌 、預(yù)制裝配式襯砌和模注鋼筋混凝土整體襯砌相結(jié)合的雙層襯砌以及擠壓混凝土整體式襯砌 三類。2、預(yù)制裝配式襯砌預(yù)制裝配式襯砌是用工廠預(yù)制的構(gòu)件,稱為管片 ,在盾構(gòu)尾部拼裝而成的。管片的種類按照材料可以分為:鋼筋混凝土、 鋼、鑄鐵以及由幾種材料組合而成的復(fù)核管片 。鋼筋混凝土管片的耐壓性能和耐久性能都比較好;目前已可生產(chǎn)抗壓強(qiáng)度達(dá)到 60Mpa、滲
22、透系數(shù)小于 10-11m/s 的管片,而且,這幾種管片剛度大,由其組 成的襯砌防水性能有保證。鋼管片的強(qiáng)度高,具有良好的可焊性, 便于加工和維修,重量輕也便于施工。與混凝土管片相比,其剛度小、易變行,而且鋼管片的抗銹蝕差,在不施做二次 襯砌的時(shí)候,必須有抗腐、抗銹措施。鑄鐵管片強(qiáng)度高,防水和抗銹蝕能力好,易于加工。和鋼管片相比,剛度也較大,故在早期的地鐵工程中應(yīng)用十分廣泛?,F(xiàn)在的地鐵工程, 除了在需要開口的襯砌環(huán)或預(yù)計(jì)將承受特殊荷載地段采用 外,一般我們推廣采用鋼筋混凝土管片。按管片螺栓手孔成型大小, 可將管片分為箱型和平板型兩類。箱型管片是指 因手孔較大而呈肋板型結(jié)構(gòu), 手孔較大不僅方便了接
23、頭螺栓的穿入和擰緊,而且 也節(jié)省了材料,是單塊管片重量減輕,便于運(yùn)輸和拼裝。但因截面削弱較多,在 盾構(gòu)千斤頂推力作用下容易開裂,故只有強(qiáng)度較大的金屬管片才采用箱型結(jié)構(gòu)。當(dāng)然直徑和厚度較大的鋼筋混凝土管片也有采用箱型結(jié)構(gòu)。在箱型管片中縱向加勁肋是傳遞千斤頂推力的關(guān)鍵部位,一般沿襯砌環(huán)向等距離布置, 加勁肋的數(shù)量應(yīng)大于千斤頂?shù)呐_(tái)數(shù)。 平板型管片是指因螺栓手孔較小或無手孔而呈現(xiàn)曲板型結(jié)構(gòu)的管片, 由于管片結(jié)構(gòu)削弱少或者根本就沒有削弱,故對(duì)盾構(gòu)千斤頂具有較大的推力,對(duì)通風(fēng)的阻力也較小。 無手孔的管片稱為砌塊, 現(xiàn)代的鋼筋混凝土管片 多采用平板型結(jié)構(gòu)。襯砌環(huán)內(nèi)管片之間以及各襯砌環(huán)之間的連接方式,為柔性連
24、接和剛性連接。柔性連接:相鄰管片之間產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動(dòng)和壓縮,生相應(yīng)的變形,以改善襯砌環(huán)的受力狀態(tài)。從其力學(xué)特性來看, 可分使襯砌環(huán)按照內(nèi)力分布產(chǎn)剛性連接:通過增加螺栓的排數(shù), 力圖在構(gòu)造上使得接縫處的剛度與管片本 身相同 。很明顯,剛性連接容易產(chǎn)生較大的次應(yīng)力。螺栓連接、銷釘連接及無連接件 等。3、雙層襯砌廣泛使用的為柔性連接, 有單排雙層襯砌主要用在含有腐蝕性地下水的地層中。為了防止隧道滲水和襯砌腐蝕, 修正隧道施工誤差, 減少噪聲和振動(dòng)以及作 為內(nèi)部裝飾,可以在裝配式襯砌內(nèi)部做一層整體式混凝土襯砌或鋼筋混凝土內(nèi)襯。根據(jù)需要可以再兩者之間做一層防水隔離層。4、擠壓混凝土襯砌擠壓混凝土襯砌就是隨
25、著盾構(gòu)向前掘進(jìn),用一套襯砌施工設(shè)備在盾尾同步灌注的混凝土或鋼筋混凝土整體式襯砌,因其灌注之后, 就承受盾構(gòu)千斤頂?shù)淖饔?力,因此冠名。應(yīng)用最多的為鋼纖維混凝土。這種襯砌,需要使混凝土成型的框模, 拼裝框模的系統(tǒng), 混凝土配置車、泵、閥、管等組成的混凝土配送系統(tǒng)。且混凝土的制備、配送、鋼筋架立等工藝特別 復(fù)雜,在滲透層不容易達(dá)到防水要求,因此用途不廣。第四、施工方法的比較與選擇1、新奧法施工:新奧法施工隧道適用于穩(wěn)定地層,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、 施工機(jī)具條件, 盡量采用對(duì)圍巖少的支護(hù)方法。 巖石地層當(dāng)采用鉆爆法開挖時(shí),應(yīng)采用光面爆破、 預(yù)裂爆破技術(shù),盡量減少欠挖、超挖。采用噴射混凝土錨桿為初期支護(hù)時(shí)的施工
26、順序一般為先噴混凝土后打錨桿;圍巖條件惡劣時(shí), 則采用 初噴混凝土鋼支撐打錨桿二次噴混凝土。錨桿桿位、孔徑、孔深及布置形式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,噴混凝土層厚度。2、淺埋暗挖法施工錨桿桿體露出巖面的長(zhǎng)度不宜大于淺埋暗挖法的工藝流程和技術(shù)要求:埋置深度較淺、 松散不穩(wěn)定土層和軟弱 破碎巖層施工面而形成的。與新奧法相比,淺埋暗挖法相比,更強(qiáng)調(diào)地層的 預(yù)支護(hù)和預(yù)加固 。地鐵工程,因?yàn)樵诔擎?zhèn)施工, 對(duì)地表沉降的控制要求比較嚴(yán)格。淺埋暗挖法的初期支護(hù)的剛度比較大, 初期支護(hù)允許變形比較小。 這樣對(duì)保護(hù)周圍地層自承作用和減少對(duì)地 層的擾動(dòng)是必須的。(1)地層預(yù)加固和預(yù)支護(hù):在城市地鐵建設(shè)中,我們經(jīng)常遇到砂礫土、砂
27、性土、粘性土或強(qiáng)風(fēng)化基巖等不穩(wěn)定地層。這類型的土, 在還沒來得及進(jìn)行初期支護(hù)的時(shí)候, 就會(huì)出現(xiàn)坍塌, 因此進(jìn)行預(yù)支護(hù)和預(yù)加固是必須的。常常采用的方法:小導(dǎo)管超前預(yù)注漿、開挖面深孔注漿及管棚超前支護(hù)。(2)隧道土方開挖與支護(hù): 預(yù)支護(hù)、預(yù)加固一段,開挖一段;開挖一段;支護(hù)一段;支護(hù)一段,封閉成環(huán)一段。初期支護(hù)封閉成環(huán)后,隧道處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài),必須通過監(jiān)控量測(cè),確認(rèn)達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí),可以進(jìn)行二次襯砌。如果監(jiān)控結(jié)果顯示有失穩(wěn)的趨勢(shì)時(shí), 那么必須連同設(shè)計(jì)單位一起協(xié)商。 確定加固方案。(3)初期支護(hù)形式:在軟弱地層及松散地層中采用淺埋暗挖法時(shí),除需對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固和預(yù)支護(hù)外, 隧道初期支護(hù)的及時(shí)性及強(qiáng)度和
28、剛度,對(duì)保證開挖后隧道的穩(wěn)定性、 減少地表擾動(dòng)和地表沉降, 都具有決定性的影響。 鋼拱錨噴混凝土初期支護(hù)時(shí)最佳的形式。(4)二次襯砌: 通過監(jiān)控量測(cè),掌握隧道動(dòng)態(tài),提供信息,指導(dǎo)二次襯砌施作時(shí)機(jī) 。這是淺埋暗挖法中二次襯砌施工與一般隧道襯砌施工的主要區(qū)別。二次襯砌模板可以采用臨時(shí)木模板或金屬定型模板,更多的采用模板臺(tái)車。 模板臺(tái)車使用前應(yīng)在樣板臺(tái)上進(jìn)行校核;重復(fù)使用時(shí),應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行檢修。(5)監(jiān)控兩側(cè): 利用監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工時(shí)淺埋暗挖法施工工序的重要組成部分 。設(shè)計(jì)文件中應(yīng)提出具體的要求和內(nèi)容,監(jiān)控量測(cè)的費(fèi)用應(yīng)納入工程成本。經(jīng)驗(yàn)證明拱頂下沉是控制穩(wěn)定較直觀和可靠的判斷依據(jù),水平收斂和地表下
29、沉有時(shí)也是重要的判斷依據(jù)。第五、盾構(gòu)法施工 1、盾構(gòu)法施工的施工步驟:(1)在盾構(gòu)法隧道的始發(fā)端和接收端各建一個(gè)工作(豎)井;盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)皮帶運(yùn)輸機(jī)斗車電瓶車渣土儲(chǔ)艙和料斗;泥漿 處理設(shè)備泥漿注入車;管片運(yùn)輸車。(2)盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)端安裝就位;(3)依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?(反作用于已拼裝好的襯砌環(huán)和工作井后壁上),推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)掘土前進(jìn);(4)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的過程中不斷出土和安裝管片;(5)及時(shí)向襯砌背后空隙注漿;(6)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收井并且拆除。三、輕軌高架橋 1、高架橋墩臺(tái)和基礎(chǔ) 地質(zhì)情況良好時(shí), 應(yīng)該盡可能采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。 在軟土地基地段, 為保證基礎(chǔ) 的承載能力,宜采用樁基礎(chǔ)。2、高價(jià)橋橋墩的選
30、型:倒梯形橋墩、T 形橋墩、雙柱式橋墩和Y形橋墩。T 型橋墩中,大伸臂蓋梁,承受較大的彎矩和剪力,可以采用預(yù)應(yīng)力混凝土 結(jié)構(gòu)。墩高一般為 8-10 米。雙柱式橋墩,一般高度為30 米以內(nèi)。我們有時(shí)候在這種結(jié)構(gòu)中居然不設(shè)計(jì)蓋梁,而將上部梁體結(jié)構(gòu)直接放在墩臺(tái)上,但是這種需在梁體內(nèi)有強(qiáng)大的橫隔板結(jié)構(gòu)。Y形橋墩,這種結(jié)構(gòu)可以分析為結(jié)合了 3、高架橋的上部結(jié)構(gòu) 大量采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁。4、施工要點(diǎn):T 型橋墩和雙柱式橋墩的優(yōu)勢(shì)。(1)鉆孔灌注樁施工時(shí)應(yīng)采用有效措施防止泥漿外泄污染道路,影響正常 交通和道路排水設(shè)施,保持環(huán)境清潔。(2)空心板梁: 高架橋上部結(jié)構(gòu)宜采用工廠預(yù)制結(jié)構(gòu),對(duì)于跨度 22 米以
31、內(nèi) 的橋跨,可以采用梁寬 1.5 米的先張法空心板梁。T 梁:設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)豐富。 不僅減小自重,而且避免了箱梁內(nèi)模拆除困難。箱梁(單室雙箱梁,單室但箱梁,雙室但箱梁):這種情況一般為現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工。鋼混凝土組合梁結(jié)構(gòu),可較少現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間和難度。(3)高架橋兩側(cè)擋板通常采用定型設(shè)計(jì),應(yīng)考慮與主體結(jié)構(gòu)連接牢固和預(yù)留聲屏障的安裝施工。5、減振結(jié)構(gòu) 一般減振軌道結(jié)構(gòu)可采用無縫線路、 彈性分開式扣件和整體道床或碎石道床;線路中心距離住宅區(qū)、賓館、機(jī)關(guān)等建筑物小于20 米及穿越地段,宜采用較高減振的軌道結(jié)構(gòu), 即在一般減振軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,采用軌道減振器扣件或彈性短枕式整體道床或其他較高減振軌道結(jié)構(gòu)形式。
32、線路中心距離醫(yī)院、音樂廳等建筑物小于20 米及穿越地段,采用特殊的減振方式,采用浮置板式減振道床或其他特殊的減振軌道結(jié)構(gòu)形式。四、明挖基坑施工(一)基坑工程是地面向下開挖一個(gè)地下空間,深基坑四周一般設(shè)置垂直的擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu), 圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般是在開挖面基底下插入一定的深度的板(樁)墻結(jié) 構(gòu)。(二)圍護(hù)結(jié)構(gòu) 1、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系:基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系包括板(樁)墻、圍檁(冠梁)及其他附屬構(gòu)件; 地鐵基坑采用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式很多,其施工方法、 工藝和所用的施工機(jī)械也各異, 因此應(yīng)根據(jù)基坑深度、 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、 地面環(huán)境條件 等,特別考慮城市施工特點(diǎn),經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后確定。2、深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型:板柱
33、式、柱列式、重力式擋墻、組合式以及土層 錨桿、逆筑法、沉井等。第 1、柱板式墻板式樁 :H鋼的間距在 1.2 米1.5 米,止水性差,地下水 位高的地方不適宜采用, 坑壁不穩(wěn)定的地方不適用, 開挖深度在上海有案例, 達(dá) 到了 6 米不設(shè)支撐;第 2、鋼板樁 :可以反復(fù)使用,施工簡(jiǎn)便,剛度小,變形大,與多道支撐配 合,新的時(shí)候止水性能尚好,如有漏水現(xiàn)象,需增加防水措施;第 3、板式鋼管樁 :截面剛度大于鋼板樁,在軟弱地層中開挖深度可大,在 日本開挖深度達(dá)到 30 米;需要有防水措施進(jìn)行配合;第 4、預(yù)制混凝土板樁 :施工簡(jiǎn)便,但施工有噪聲;需輔以止水措施;自重大,受到起吊設(shè)備限制,不適合大深度基
34、坑。用于10 米以內(nèi)基坑;第 5、灌注樁 :剛度大,可用于深大基坑;施工對(duì)周邊地層,環(huán)境影響小;需要降水或者止水措施配合使用,如攪拌樁、旋噴樁;第 6、地下連續(xù)墻 :剛度大、開挖深度達(dá)、適用于所有地層,強(qiáng)度大、變形 小、隔水性好,同時(shí)可以兼作主體結(jié)構(gòu)的一部分,可臨近建筑物和構(gòu)筑物使用,環(huán)境影響??;但是造價(jià)高;第 7、SMW工法 :強(qiáng)度大、止水性好, 內(nèi)插的型鋼可以重復(fù)使用, 經(jīng)濟(jì)性好,開挖深度 8.65 米,具有較好的發(fā)展前景,國(guó)內(nèi)上海等城市已有工程實(shí)踐;第 8、自立式水泥擋土墻 / 水泥土攪拌樁擋墻 :無支撐、墻體止水性好、造 價(jià)低;墻體變位大。3、圍護(hù)結(jié)構(gòu) 第 1、工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu):作為基
35、坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體的工字鋼,一般采用 I50 號(hào)、I55 號(hào)和 I60 號(hào)大型工字鋼。在基坑開挖之前,在地面用沖擊式打樁機(jī)沿基坑設(shè)計(jì)邊線打入地下, 樁間距一般為 1.0-1.2 也可采用靜力壓裝機(jī)和振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行沉樁。米。若地層為飽和淤泥等松散地層 基坑開挖時(shí), 隨挖土方隨在樁間插入 50mm厚的水平木板,以擋住樁間土體?;娱_挖至一定深度后,若懸臂工字 鋼的剛度和強(qiáng)度都?jí)虼?,就需要設(shè)置腰梁和橫撐或錨桿(索),腰梁多采用大型 槽鋼、工字鋼制成,橫撐則可采用鋼管和組合鋼梁。工字鋼樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用于粘性土、砂性土和粒徑不大于 100mm的砂卵石地 層;當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí),必須配合人工降水措施。打設(shè)的時(shí)候,
36、施工噪聲一般為 100db 以上,大大超過環(huán)境保護(hù)法規(guī)定的限值。這種工字鋼樁適用于郊遠(yuǎn)地區(qū)。當(dāng)基坑范圍不大時(shí), 例如地鐵車站的出入口, 臨時(shí)施工豎井可以考慮采用工字鋼 樁做圍護(hù)結(jié)構(gòu)。第 2、鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu): 鋼板樁強(qiáng)度高, 樁與樁之間連接緊密, 隔水效果好,可重復(fù)使用 。因此,沿海城市修建地下鐵道時(shí), 在地下水位較高的基坑中采用較 多。鋼板樁的斷面形式,我國(guó)多采用 U型結(jié)構(gòu)。其構(gòu)造方法有,單層鋼板樁圍堰、雙層鋼板樁圍堰和屏幕等。由于地鐵施工時(shí)基坑較深, 為保證其垂直度且方便施工, 并使其能封閉合龍,多采用帷幕式構(gòu)造(見上圖構(gòu)造形式) 。第 3、鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu):鉆孔灌注樁一般采用機(jī)械成孔。地
37、鐵明挖基坑 中多采用螺旋鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)和正方循環(huán)鉆機(jī)等。 對(duì)于正反循環(huán)泥漿護(hù)壁成孔,故成孔時(shí)噪聲低,在地鐵基坑和高層建筑深基坑中得到廣泛的應(yīng)用。第 4、深層攪拌樁擋土結(jié)構(gòu):深層攪拌樁是用攪拌機(jī)將水泥、石灰等和地基 土相拌合,從而達(dá)到加固地基的目的。 作為擋土結(jié)構(gòu)的攪拌樁一般布置成格柵形,深層攪拌樁也可連續(xù)搭接形成止水帷幕。第 5、SMW樁: SMW樁就是利用攪拌設(shè)備切削土體,然后注入水泥類混合液 攪拌形成均勻的擋墻,最后,在墻中插入型鋼,形成一種勁性的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種圍護(hù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為止水性好, 構(gòu)造簡(jiǎn)單,型鋼插入深度一般小于攪拌樁深 度,施工速度快,型鋼可以部分回收、重復(fù)利用。第 6、地下連續(xù)墻
38、:地下連續(xù)墻主要有預(yù)制鋼筋混凝土連續(xù)墻和現(xiàn)澆鋼筋混 凝土連續(xù)墻。地下連續(xù)墻的施工優(yōu)點(diǎn):施工振動(dòng)小、噪聲低、墻體剛度大,對(duì)周邊地層擾動(dòng)??; 可適用于多種土層, 除夾有孤石、 大顆粒卵礫石等局部障礙時(shí)影 響成孔效率外,對(duì)粘性土、無粘性土、卵礫石層均有高效成孔。地下連續(xù)墻施工采用專門的挖槽設(shè)備,沿著基坑的周邊, 按照事先劃分好的副段,開挖狹長(zhǎng)的溝槽。挖槽的方式可分為抓斗式、沖擊式和回轉(zhuǎn)式等類型。在 開挖過程中, 為保證槽壁穩(wěn)定, 采用特制的泥漿護(hù)壁。 泥漿應(yīng)根據(jù)地質(zhì)和地面沉 降控制要求經(jīng)適配確定, 并在泥漿配置和挖槽施工中對(duì)泥漿的密度、黏度、含砂 率和 PH值等主要技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)和控制。每個(gè)副
39、段的溝槽開挖結(jié)束后,在槽段內(nèi)放置鋼筋, 并澆筑水下混凝土。 然后將若干個(gè)副段連成一個(gè)整體,形成 一個(gè)連續(xù)的地下墻體,即現(xiàn)澆鋼筋混凝土壁式墻。(三)支撐結(jié)構(gòu) 1、內(nèi)支撐一般由各種 型鋼撐、鋼管撐、鋼筋混凝土撐 等構(gòu)成支撐系統(tǒng);外 拉錨有 拉錨和土錨 兩種形式。2、支撐結(jié)構(gòu)擋土的應(yīng)力傳遞路徑:圍護(hù)樁(墻)圍檁(冠梁)支撐,在地質(zhì)條件較好的有錨固力的地層中,式?;又慰梢圆捎猛铃^和拉錨等外錨的形3、在深基坑的施工支護(hù)結(jié)構(gòu)中,常用的支撐系統(tǒng)按照其材料可以分為現(xiàn)澆 鋼筋混凝土支撐體系和鋼支撐體系兩類。第 1、現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐:有對(duì)撐、邊桁加、環(huán)梁組合邊桁架等,形式靈活多樣。因?yàn)檫@種支撐需要養(yǎng)護(hù)的時(shí)間
40、長(zhǎng),如果控制變形有較高要求時(shí),需對(duì)被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固。施工工期長(zhǎng),拆除困難,爆破拆除對(duì)周圍環(huán)境有影響。第 2、鋼結(jié)構(gòu) : 單管鋼、雙管鋼、單工字鋼、雙工字鋼、H型鋼、槽鋼及以上 鋼材組合 。豎向布置有水平撐、 斜撐,平面布置形式一般為對(duì)撐、 井字撐、角撐。也有與鋼筋混凝土支撐結(jié)合使用,但要謹(jǐn)慎處理變形協(xié)調(diào)的問題。裝拆施工方便, 可以周轉(zhuǎn)使用, 支撐中可加預(yù)應(yīng)力, 可調(diào)整軸力而有效控制 圍護(hù)墻變形; 施工工藝要求較高, 如節(jié)點(diǎn)和支撐結(jié)構(gòu)處理不當(dāng),或施工支撐不及 時(shí)、不準(zhǔn)確,會(huì)造成失穩(wěn)。第 3、現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐體系:圍檁(圈梁)、支撐及角撐、立柱和圍檁托架或吊筋、立柱、托架錨固件等其他附屬構(gòu)件組
41、成。鋼結(jié)構(gòu)(鋼管、型鋼支撐) 支撐體系: 由圍檁、角撐、支撐、預(yù)應(yīng)力設(shè)備 (包 括千斤頂自動(dòng)調(diào)壓或人工調(diào)壓裝置) 、軸力傳感器、支撐體系監(jiān)控檢測(cè)裝置、立 柱樁及其他附屬裝配式構(gòu)件等等。第 4、支撐體系的布置:因地制宜,合理的選擇支撐材料和支撐體系布置形式,使其技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)得以優(yōu)化;支撐體系受力明確, 充分發(fā)揮各桿件的受力特性,保證穩(wěn)定性及控制變形;支撐體系布置能在安全、可靠的前提下,最大 限度的方便土方開挖和主體結(jié)構(gòu)的快速施工。4、基坑變形控制 第 1、基坑開挖時(shí),由于坑內(nèi)開挖卸載造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)外壓力差作用下產(chǎn) 生水平向位移,進(jìn)而引起圍護(hù)外側(cè)土體變形,造成基坑外土體或建(構(gòu))筑物沉降;同時(shí),開挖卸載也會(huì)引起坑底土體隆起。可以認(rèn)為,基坑周圍地層移動(dòng)主要是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移和坑底土體隆起造成的
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