01地下工程ppt課件

1、第 1 章 緒論 地下施工技術(shù)主要包括：1、盾構(gòu)施工技術(shù) 2、頂管施工技術(shù) 3、沉管施工技術(shù)4、沉井施工技術(shù)5、深基坑圍護(hù)施工技術(shù) 6、非開挖施工技術(shù) .第 1 節(jié)盾構(gòu)施工技術(shù) 一、國(guó)外盾構(gòu)施工技術(shù)開展概述 1.世界上第一條人工開挖盾構(gòu)隧道： 人物：Marc BrunelIsambart Brunel 地點(diǎn)：倫敦泰晤士河下 概略：呈矩外形寬11.6m高7m，總長(zhǎng)366m 歷時(shí)：耗時(shí)20年左右 開展：1869年，圓形敞開式盾構(gòu)在泰晤士河下再建了一條外徑為 2.18m的行人隧道。 1886年，倫敦地鐵時(shí)初次運(yùn)用了緊縮空氣盾構(gòu)。 .2.第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu)的專利： 1876年，由英國(guó)的John Dick

2、inson Brunton和Gerge Brunton協(xié)作懇求。如圖1-1所示，第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu)的設(shè)想是用由幾塊板構(gòu)成的半球狀刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，然后靠徑向轉(zhuǎn)動(dòng)的土斗將切削下來(lái)的土體運(yùn)到皮帶保送機(jī)上。 1896年，J.Price的專利圖1-2比圖1-1有較大改良，刀盤由假設(shè)干輪輻構(gòu)成，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)由長(zhǎng)軸傳送，其外形也與現(xiàn)代盾構(gòu)較為接近。 .圖1-1第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu) 圖2-2輪輻式刀盤盾構(gòu) .3.削土密封式壓力平衡盾構(gòu) 1965年日本首先制造了泥水盾構(gòu)。 根本原理：是用液體水或加膨潤(rùn)土的水平衡開挖面的土體。圖1-3泥水盾構(gòu) 特點(diǎn)：泥水處置系統(tǒng)比較復(fù)雜，可用于粘土地層，大多數(shù)情況是在含水砂層中運(yùn)用。.

3、1974年，日外鄉(xiāng)壓平衡盾構(gòu)。在此之前，雖然緊縮空氣盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)己能抑制含水層中的施工問(wèn)題，但緊縮空氣對(duì)人體的危害和泥水對(duì)環(huán)境的不利影響促使日本的隧道專家尋覓一個(gè)更好的處理問(wèn)題的方法，土壓平衡盾構(gòu)便應(yīng)運(yùn)而生了。圖1-4土壓平衡盾構(gòu) .4.盾構(gòu)技術(shù)的新開展 20世紀(jì)進(jìn)入80年代后，盾構(gòu)技術(shù)開展的主流大致從以下兩個(gè)方面延伸：1日本人注重的開發(fā)不同幾何外形的盾構(gòu)技術(shù)；2歐洲諸國(guó)特別是德國(guó)努力于研討能適宜不同地層的多功能盾構(gòu)技術(shù)Combined Shields。.圖1-5矩形盾構(gòu)端部 圖1-6雙圓形盾構(gòu) .圖1-7三圓形盾構(gòu).圖1-8豎井隧道一體化盾構(gòu).圖1-10混合盾構(gòu).a泥程度衡 b上壓平衡c機(jī)

4、械平衡圖1-11合成盾構(gòu).5.管片及其聯(lián)接方式的新開展 管片的聯(lián)接方式主要是螺栓聯(lián)接和銷釘聯(lián)接兩種方式。 圖1-12 塑料銷釘 圖1-13 鋼銷釘 .Wagner的銷釘技術(shù)具有以下特點(diǎn): 1施工速度大大提高，這是由于減少了穿螺栓和擰螺栓的時(shí)間；2可以實(shí)現(xiàn)延續(xù)施工，這是由于在管片拼裝時(shí)，盾構(gòu)可以不停頓地繼續(xù)推進(jìn)，大大提高了任務(wù)效率；3可以減少隧道上方的土體沉降，這是由于盾構(gòu)可以堅(jiān)持延續(xù)推進(jìn)氣并能及時(shí)進(jìn)展壁后注漿，有效地充填建筑孔隙；4可以減少管片的厚度，這是由于在管片的設(shè)計(jì)中可以省略因穿放螺栓的手孔；5可以大大提高管片內(nèi)壁光潔度，減少水流的摩擦因數(shù)，這對(duì)用于水工隧道是非常有利的；6可以大大提高隧

5、道的成環(huán)質(zhì)量和管片防水性能，這是由于銷釘技術(shù)提高了管片拼裝精度，接縫間隙大大減小。 .管片的拼裝方式有通縫拼裝和錯(cuò)縫拼裝兩種。 圖1-14 圓形隧道 通用管片的任務(wù)機(jī)理:是管片成環(huán)后將成為非等寬襯砌環(huán)，經(jīng)過(guò)對(duì)相鄰管片環(huán)的旋轉(zhuǎn)陳列可以到達(dá)拼裝成三維曲線含曲率半徑為無(wú)窮大的直線隧道隧道的目的。 .二、中國(guó)盾構(gòu)技術(shù)開展概述 1.第一個(gè)五年方案期間,東北阜新煤礦用直徑2.6m盾構(gòu)及小型混凝土預(yù)制塊建造了疏水巷道。 2. 1957年在北京下水道工程中也用過(guò)直徑為2.0m及2.6m的盾構(gòu)。 3.1963年上海隧道公司在浦東塘橋第四紀(jì)脆弱含水地層進(jìn)展的4.2m盾構(gòu)隧道實(shí)驗(yàn)。 4. 1964年隧道公司開發(fā)了網(wǎng)

6、格式盾構(gòu)。5. 1966年用可封鎖式網(wǎng)格盾構(gòu)建造了直徑為10m的上海第一條黃浦江越江隧道打浦路隧道。 6. 1978年在地鐵實(shí)驗(yàn)段運(yùn)用了本人消費(fèi)的高精度管片。7. 1984年上海隧道工程公司英文縮寫名:STEC用日本進(jìn)口的4.33m小刀盤土壓平衡盾構(gòu)，建造了內(nèi)徑為 3.6m的下水道總管。8. 1988年STEC設(shè)計(jì)和運(yùn)用了加泥式土壓平衡盾構(gòu)。 9. 1990年STEC設(shè)計(jì)了刀盤削土土壓平衡盾構(gòu)。10. 1991年STEC運(yùn)用以法國(guó)FCB公司為主制造的土壓平衡盾構(gòu)施工了上海地鐵一號(hào)線的大部分區(qū)間隧道。11. 1995年STEC運(yùn)用以日本為主制造的11.22m泥水盾構(gòu)建造了上海黃浦江下的延安路南線

7、隧道。 12. 1998年至今，STEC在承接新加坡東北線地鐵工程的施工過(guò)程中，掌握了當(dāng)今流行的通用管片的運(yùn)用方法等國(guó)際最新盾構(gòu)施工技術(shù) 。.第 2 節(jié)頂管施工技術(shù) 頂管施工技術(shù)： 其機(jī)頭的掘進(jìn)方式同盾構(gòu)，但其推進(jìn)的動(dòng)力由放在始發(fā)井內(nèi)的后頂安裝提供，故其推力要大于同直徑的盾構(gòu)隧道。頂管管道是由整體澆筑預(yù)制的管節(jié)拼裝成的，一節(jié)管節(jié)長(zhǎng)24m，對(duì)同直徑的管道工程，采用頂管法施工的本錢比盾構(gòu)法施工的要低。 頂管施工主要用于： 地下給排水管、煤氣管、電訊電纜管的施工。 頂管施工的開展： 在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，先后開發(fā)了水力機(jī)械頂管機(jī)、反鏟頂管機(jī)、土壓平衡頂管機(jī)和泥程度衡頂管機(jī)。長(zhǎng)間隔頂管技術(shù)也得到了

8、開發(fā)和運(yùn)用。混凝土管節(jié)制造技術(shù)和管節(jié)防水技術(shù)也得到了開展和提高。 .一、部分氣壓反鏟式頂管機(jī) 德國(guó)較早開發(fā)反鏟式頂管機(jī)技術(shù)，開挖面施加氣壓可用于含水地層，尤其適用砂性土和混有礫石、卵石的地層。1990年，上海污水治理一期3.2標(biāo)工程采用德國(guó)崔柏林公司的4000反鏟頂管機(jī)一次頂進(jìn)800m。1993年，上海隧道公司研制的2200反鏟頂管機(jī)，用于深圳華僑城排水管道工程，一次頂進(jìn)1053m。 .二、土壓平衡頂管機(jī) 日本是最早開發(fā)土壓平衡盾構(gòu)，并把該項(xiàng)技術(shù)用于頂管工程。 德國(guó)在土壓平衡頂管機(jī)技術(shù)方面也處于領(lǐng)先位置。 隧道公司在1989年研制出國(guó)內(nèi)第1臺(tái)2200土壓平衡頂管機(jī)，并開發(fā)了土壓平衡頂管工法 。

9、土壓平衡頂管機(jī)特點(diǎn)： 具有刀盤切削土體、開挖面土壓平衡、對(duì)土體擾動(dòng)小、地面和建筑的沉降較小等特點(diǎn)，適用于軟粘土地層的城市建筑密集區(qū)內(nèi)進(jìn)展頂管施工。在砂性土或礫石土層中采用土壓平衡頂管機(jī)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加注泥漿使土體塑流。 .三、泥程度衡頂管機(jī) 泥程度衡頂管機(jī)可分為： 泥水機(jī)械平衡和泥水加壓兩種頂管機(jī)。 任務(wù)原理： 泥水加壓頂管機(jī)采用泥水加壓盾構(gòu)的原理，以膨潤(rùn)土泥漿充溢開挖面密閉艙，在開挖面土體接觸面構(gòu)成泥膜，起到止水作用，以泥水壓力平衡開挖面水土壓力。 特點(diǎn): 適用砂性高水壓條件下的頂管施工，其平安性好，施工機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，但制造和施工本錢也較高。 .第 3 節(jié)沉管、沉井施工技術(shù)的開展 一、沉

10、管隧道施工技術(shù) 1.沉管法的歷史 目前全世界用沉管法己建筑了107條水下隧道，按國(guó)別或地域的分布見表1-1。 表1-1各國(guó)或地域建筑的沉管水下隧道條數(shù) 國(guó)家地域美國(guó)荷蘭日本德國(guó)加拿大法國(guó)數(shù)量條25.5222072.55國(guó)家地域瑞典比利時(shí)丹麥阿根廷俄羅斯英國(guó)數(shù)量條233112國(guó)家地域澳大利亞希臘古巴西班牙中國(guó)愛(ài)爾蘭數(shù)量條111181.2.沉管法在我國(guó)的開展 在國(guó)外有些國(guó)家用沉管法建筑水下隧道是一種成熟的方法，而在我國(guó)尚屬起步階段。 目前，我國(guó)用沉管法建筑的水下隧道有: 1.寧波常洪隧道; 2.上海外環(huán)線下游越江隧道； 預(yù)備建筑的隧道有： 1.武漢長(zhǎng)江隧道。 .二、沉井施工技術(shù) 沉井是一種古老的施

11、工技術(shù)，深沉井施工易發(fā)生周圍土體塌陷和沉井偏斜，于是開發(fā)了不排水下沉施工法和氣壓沉井又稱“沉箱施工法。 德國(guó)首創(chuàng)的中心島法沉井工法采用沿井壁內(nèi)周挖槽施工、泥漿護(hù)壁、中間留島，待下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)再挖去中間土體，這是一種對(duì)周圍地表沉降影響非常小的新工藝。 沉井施工在施工機(jī)械化程度較高的年代仍將是一種十分有效的地下工程施工技術(shù)，但在工藝和設(shè)備上仍有待不斷改良。 .沉井施工.第 4 節(jié)深基坑圍護(hù)施工技術(shù)一、地下延續(xù)墻的開展 1.地下延續(xù)墻的來(lái)源與開展 米蘭法從利用泥漿護(hù)壁打石油鉆井和利用導(dǎo)管澆灌水下混凝土等施工技術(shù)的運(yùn)用中，引申開展起來(lái)的新技術(shù)。1950年前后在意大利城市米蘭用得最多 。地下延續(xù)墻施工

12、方法處理：不允許采用放坡開挖 ；不能采用沉井方法施工 ；降水會(huì)引起地面沉降 ；難以保證工程自身和周圍環(huán)境的平安。 .2.隧道公司從事地下延續(xù)墻施工的歷史 1960年，上海市為理處理黃浦江越江交通和城市交通問(wèn)題，籌建黃浦江越江隧道和地下鐵道 。 1963年，隧道公司筑成了國(guó)內(nèi)第一幅用“槽壁法施工的地下墻。 1973年，中斷多年的“槽壁法實(shí)驗(yàn)在黃浦江邊隧道公司的一個(gè)工地上重新開場(chǎng)。 1976年，“槽壁法實(shí)驗(yàn)移師漕河涇三角地，結(jié)合上海地鐵實(shí)驗(yàn)工程。 在以后至今的20多年中，隧道公司先后承建了上海地鐵一號(hào)線中 大部分車站等及其他地下延續(xù)墻工程。.二、深基坑圍護(hù)支撐和開挖施工技術(shù) 深基坑開挖施工中普通都

13、要對(duì)圍護(hù)構(gòu)造進(jìn)展內(nèi)支撐或打錨桿以控制擋土墻的變形。在軟土地層不宜施工錨桿的情況下，普通需求進(jìn)展內(nèi)支撐體系。 為確?；臃€(wěn)定和環(huán)境平安，深基坑施工順序應(yīng)思索時(shí)空效應(yīng)，必需進(jìn)展信息化施工和采取部分注漿加固等綜合技術(shù)措施。 .第 5 節(jié)微型頂管機(jī)及非開挖技術(shù)的開展 非開挖施工技術(shù)： 是指利用各種巖土鉆掘的技術(shù)手段，在地表不開溝槽的條件下鋪設(shè)、改換或修復(fù)各種地下管線的施工新技術(shù)，即改傳統(tǒng)的“挖槽鋪管和修復(fù)施工方式為“鉆孔鋪管和修復(fù)。 .優(yōu)點(diǎn)： 具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、綜合施工本錢低、社會(huì)效益顯著等。適用范圍： 穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流； 在鬧市區(qū)、古跡維護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和植被維護(hù)區(qū)

14、進(jìn)展市政、供水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等管線的鋪設(shè)、更新或修復(fù)。.一、小口徑頂管或微型隧道施工法 根據(jù)施工方法和出碴系統(tǒng)的不同，可將微型隧道施工法分成以下三種:1先導(dǎo)式微型隧道施工法；2螺旋出土式微型隧道施工法；3泥程度衡式微型隧道施工法。 二、氣動(dòng)矛施工法 施工時(shí)，在壓氣的作用下氣動(dòng)矛內(nèi)的活塞作往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，不斷沖擊矛，鋒芒擠壓周圍的土層構(gòu)成鉆孔，并帶動(dòng)矛體前進(jìn)。隨著氣動(dòng)矛的前進(jìn)，可將直徑比矛體小的管線拉入孔內(nèi)，完成管線鋪設(shè)。 .三、夯管施工法 夯管施工法是指用夯管錘低頻、大沖擊力的氣動(dòng)沖擊器將待鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計(jì)道路直接夯入地層，實(shí)現(xiàn)非開挖穿越鋪管。 圖1-15 氣動(dòng)矛施工法 圖1-16 夯管施工法 .四、定向鉆進(jìn)施工法 施工時(shí)，按照設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡普通為弧形，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)先施工一個(gè)近似程度的先導(dǎo)孔，隨后在鉆桿柱端部換接大直徑的擴(kuò)孔鉆頭和直徑小于擴(kuò)孔鉆頭的待鋪設(shè)管線，在回拉擴(kuò)孔的同時(shí)，將待鋪設(shè)的管線拉入鉆孔，完成鋪管作業(yè)。 鉆孔軌跡的監(jiān)測(cè)和調(diào)控是程度定向鉆進(jìn)最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。 . 目前普通采用隨鉆丈量的方法來(lái)測(cè)定鉆孔的頂角、方位角和工具面向角，采用彎接頭來(lái)控制鉆進(jìn)方向， 圖1-17 定向鉆進(jìn)施工法 .五、我國(guó)非開挖施工技術(shù)及設(shè)備的開展現(xiàn)狀 我國(guó)自行研制的主要非開挖施工設(shè)備分類如下:1程度鉆機(jī):管徑401050mm，鉆進(jìn)間隔