地下建筑规划与设计-10.ppt

地下建筑规划与设计 主讲人：陈海明 2009年10月21日,安徽理工大学土木与建筑学院课件,地下工程施工,第10章,10.1 概述 10.2 地下工程明挖法施工 10.3 逆作法 10.4 隧道新奥法 10.5 浅埋暗挖法 10.6 盾构法 10.7 其他施工法,提 纲,10.1 概述 10.2 地下工程明挖法施工 10.3 逆作法 10.4 隧道新奥法 10.5 浅埋暗挖法 10.6 盾构法 10.7 其他施工法,第10章 地下工程施工,10.1 概述,10.1 概述,在选择施工方法时，要综合考虑场地条件、工程地质和水文地质条件、地面交通状况、工期要求，并做一定的技术经济比较，从而确定最为经济合理的施工方法。 本章主要介绍地下工程的明挖法施工、隧道新奥法施工、城市地下工程的浅埋暗挖法施工及盾构法施工。 目标：对地下工程的主要施工方法有一个总体认识，能够建立起地下工程施工的基本概念，了解地下工程主要施工方法、施工方案及工艺，为今后从事地下工程设计与施工打下良好的基础。,10.1 概述 10.2 地下工程明挖法施工 10.3 逆作法 10.4 隧道新奥法 10.5 浅埋暗挖法 10.6 盾构法 10.7 其他施工法,第10章 地下工程施工,10.2 地下工程明挖法施工,明挖法是构建地下工程常用施工方法，具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量、工程造价低等优点；因此在地面交通和环境条件允许的前提下，应该尽可能采用。 按地下工程主体结构的施工顺序，明挖法又可分为明挖顺作法、盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等，后3种施工方法又统称为明挖覆盖施工法。 根据基坑是否设置围护结构，将明挖法基坑分为敞口放坡开挖基坑和有围护结构基坑两类。,10.2 地下工程明挖法施工,明挖法施工的一般程序是：从地表向下开挖基坑至设计标高，然后自下向上构筑防水设施和主体结构，最后回填恢复路面。图10.2为某地铁车站（两层三跨结构）明挖法施工步骤图。,地下工程明挖法施工步骤,地下工程明挖法施工步骤,地下工程明挖法施工步骤,地下工程明挖法施工步骤,10.2.1 敞口放坡施工法,放坡基坑是指不采用支撑形式，而采用放坡施工方法进行开挖的基坑工程，有些学者也称之为大开挖基坑，一般认为对于基坑开挖深度较浅，施工场地空旷，周围建筑物和地下管线及其他市政设施距离基坑较远的情况，可以采用大开挖方式。 当基坑开挖深度较大时，如果考虑采用放坡开挖，一般在坡面上要设置土锚或土钉等临时挡土结构。保证基坑边坡的稳定非常重要，否则一旦边坡坍塌，不但地基受震，影响承载力，而且也影响周围地下管线、地面建筑物和交通安全。,10.2.1.1 影响基坑边坡稳定的因素,基坑边坡坡度是直接影响基坑稳定的重要因素，当基坑边坡土体中的剪应力大于土体的抗剪强度时，边坡就会失稳坍塌。其次，施工方法不当也会造成边坡失稳，主要表现为： 1.没有按设计坡度进行边坡开挖。 2.基坑边坡坡顶堆放材料、土方，以及运输机械车辆等增加附加荷载。 3.基坑降排水措施不力。地下水未降至基底以下，而地面雨水、基坑周围地下给排水管线漏水渗流至基坑边坡的土层中，使土体湿化，土体自重加大，增加土体中的剪应力。 4.基坑开挖后暴露时间过长，经风化而使土体变松散。 5.基坑开挖过程中，未及时刷设，甚至挖反坡，使土体失去稳定性。,10.2.1.1 影响基坑边坡稳定的因素,为保持基坑边坡的稳定，可采取以下措施： 根据土层的物理力学性质确定基坑边坡坡度，并于不同土层处做成折线形或留置台阶； 必须做好基坑降排水和防洪工作，保持基底和边坡的干燥； 基坑放坡坡度受到一定限制而采用围护结构又不太经济时，可采用坡面土钉、挂金属网喷混凝土或抹水泥砂浆护面； 严格控制基坑边坡坡顶12m 范围堆放材料、土方和其他重物，以及较大的机械等荷载； 基坑开挖过程中，随挖随刷边坡，不得挖反坡； 暴露时间在1年以上的基坑，一般可采取护坡措施。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,确定基坑边坡坡率（度）有3种方法，即计算法、图解法和查表法。 1.计算法 （1）位于无黏性土层的基坑边坡坡率计算 图10.3所示为一坡角为的无黏性土边坡，斜坡上土颗粒的下滑力T和抗滑力T分别为：,10.2.1.2 基坑边坡的确定,（1）位于无黏性土层的基坑边坡坡率计算 定义边坡稳定性安全系数K为： 由上式可知，只要满足 1，边坡均为稳定的，且与开挖高度无关。 是针对均质土层和边坡上无渗流的简单情况而言，如实际情况较为复杂时，可用加大安全系数的方法予以解决,10.2.1.2 基坑边坡的确定,（2）位于黏性土层的基坑边坡 黏性土边坡由于剪切破坏产生滑移，其滑动面大多呈现圆簸形，在工程应用上常假定为圆弧形，并按平面问题进行分析。常用的分析方法为瑞典法，又称瑞典条分法。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,（2）位于黏性土层的基坑边坡 黏性土边坡由于剪切破坏产生滑移，其滑动面大多呈现圆簸形，在工程应用上常假定为圆弧形，并按平面问题进行分析。常用的分析方法为瑞典法，又称瑞典条分法。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,（2）位于黏性土层的基坑边坡 由于每次计算的滑动圆弧的圆心都是任选的，故选定的滑动面不一定为最危险滑动面。为了求得最危险滑动面，需采用试算法，即选择多个旋转中心，按上述方法分别计算其相应的稳定性安全系数，其中最小安全系数所对应的滑动面就是最危险滑动面，如这个最小安全系数小于允许值（1.11.5），表明所设计的边坡坡率（度）过大，边坡不能维持稳定，应重新设计坡率（度），直到其最小安全系数大于允许值为止。 试算法的计算工作量很大，一般都编成计算机程序进行。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,22.图解法 对于基坑边坡坡度为直线，坡顶为一平面，而土质均匀时，其稳定边坡率（度）或极限坡高，可由根据计算资料综合整理而得到的图10.5来求得。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,3. 查表法 在地下铁道的建设中，特别是北京地下铁道一、二期工程的明挖施工中，一般在地质条件良好、土质较均匀而地下水位低或通过降水将地下水位维持在基底面以下时，常采用查表法确定基坑边坡的坡度，根据地基基础设计规范并结合北京地下铁道一、二期工程施工经验给出表10.1和表10.2，施工时可作为参考。,10.2.1.2 基坑边坡的确定,3. 查表法 表10.2 土质基坑边坡坡度表,10.2.2 围护结构施工法,10.2.2.1 工字钢桩围护结构 作为基坑围护结构主体的工字钢，一般采用50号、55号和60号的大型工字钢，基坑开挖前，在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线逐根打入地下，桩间距一般为1.01.2m。若地层为饱和淤泥等松软土层，也可采用静力压桩机和振动打桩机进行沉桩。基坑开挖时，随着挖土方及时在桩间插入5cm 厚的水平木背板，以挡住桩间土体。在基坑开挖至一定深度后，若悬臂工字钢的刚度和强度都不够了，就需要设置腰梁、横撑或锚杆（索），腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成，横撑则可采用钢管或组合钢梁。,10.2.2.1 工字钢桩围护结构,10.2.2.2 钢板桩围护结构,温州基坑,钢板桩加土钉围护结构,10.2.2.2 钢板桩围护结构,钢板桩常用断面形式，多为U型或Z型。我国地下铁道施工中多用U型钢板桩，其沉放、拔除方法、使用的机械均与工字钢桩相同，但其构成方法则可分为单层钢板桩围堰、双层钢板桩围堰及屏幕等等。由于地下铁道施工时基坑较深，为保证其垂直度又方便施工，并使其能封闭合拢，多采用 屏幕式构造。 钢板桩围护结构 适用范围基本与 工字钢相同。,10.2.2.2 钢板桩围护结构,上海印钞厂,钢板桩的打入 已打入的钢板桩,10.2.2.3 钻孔灌注桩围护结构,上海浦东金桥新村排水系统雨水泵站排水管道,灌注桩基坑全貌,10.2.2.3 钻孔灌注桩围护结构,钻孔灌注桩一般采用机械成孔，如图10.8所示。明挖基坑中所用的成孔机械，多为螺旋钻机和冲击式钻机。正反循环钻机，由于采用泥浆护壁成孔，故成孔时噪声低，适于城区施工，在地下铁道基坑和高层建筑深基坑施工中得到了广泛的应用。,10.2.2.3 钻孔灌注桩围护结构,钻孔,灌注桩钢筋笼,10.2.2.3 钻孔灌注桩围护结构,主要成孔方法： 螺旋钻机成孔 钢丝绳冲击钻机成孔 正循环回转钻机成孔 反循环回转机成孔 混凝土灌注方式： 干孔灌注 水下混凝土灌注,10.2.2.4 挖孔灌注桩围护结构,挖孔桩通常是由工人用手持式工具挖掘成孔，并用手摇或电动绞车和吊桶出土的。每挖一节桩身土方后，随即立模、灌注混凝土护壁，逐节交替地由上往下进行直至设计标高。,10.2.2.4 挖孔灌注桩围护结构,特大直径的挖孔桩，其混凝土护壁的尺寸和构造应专门设计。混凝土护壁均留在挖孔内成为桩身的一部分。,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,地下连续墙的施工方法是在拟建地下建筑的地面上，用专门的成槽机械沿着设计部位，在泥浆护壁的条件下，分段开挖一条狭长的深槽、清基，在槽内沉放钢筋笼并浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙幅。将若干墙幅连接成整体，形成一条连续的地下墙，可作为地下建筑、高层建筑地下室的外墙，又可作为深基坑工程的围护结构，起支挡水土压力、承重与截水放渗之用。,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙成槽机,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙导墙未浇筑,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙导墙已浇筑,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙钢筋笼,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙接头管,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙接头管放置,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海市卢湾区117地块,地下连续墙混凝土浇筑,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海外滩观光隧道,上海外滩观光隧道全貌,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,上海外滩金融中心,基坑土方开挖,10.2.2.5 地下连续墙围护结构,按受力特性可分为：,10.1 概述 10.2 地下工程明挖法施工 10.3 逆作法 10.4 隧道新奥法 10.5 浅埋暗挖法 10.6 盾构法 10.7 其他施工法,第10章 地下工程施工,10.3 逆作法,在地下工程结构施工时不架设临时支撑，结构本身既作挡墙又作内支撑，施工顺序与顺作法相反，从上往下依次开挖和构筑结构本体的施工方法，称为逆作法。 逆作法自诞生以来已有30多年的历史，特别是日本，在逆作法的实践与研究上已积累了大量的经验。近年来，逆作法在我国上海、南京和北京等地的地铁车站施工中有应用。例如，上海地铁1号线淮海路下面的常熟路站、南京地铁1号线新街口站、北京地铁复 -八线的天安门东站和永安里站等。,10.3 逆作法,逆作法可分为“全逆作法”与“半逆作法”。通常全逆作法是地上、地下同时进行立体交叉施工；半逆作法是地下结构自上而下逐层施工，地上结构不能与地下结构同时施工。如果先浇 筑地下结构顶板， 在顶板保护下， 自上而下分部开 挖、支撑和浇筑 结构内衬，则称 为“盖挖法“。,10.3.1 逆作法的优缺点,逆作法的优点 由于结构本身用来作为支撑，所以它具有相当高的刚度。这样使挡墙的应力、变形减小，提高了工程施工的安全性，也减小了对周边环境的影响。 适用于任何不规则形状平面或大平面。 由于最先筑好顶板，可以与地下施工并行，早期展开地上结构的施工。这样地下、地上结构的同时施工，缩短了整体工程的工期。 由于开挖和施工的交错进行，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，降低了地基回弹量。,10.3.1 逆作法的优缺点,逆作法的缺点 需要设临时立柱及立柱桩，增加了施工费用。且由于支撑为建筑结构本身，自重大，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。 为搬运开挖出的土砂，需在顶板处多处设置临时孔，必须对顶板采取加强措施。 地下工程在板下进行施工，闭锁的空间使大型机械设备难以进场，带来了施工作业上的不便。 混凝土的浇筑在逆作施工的各个阶段都分有先浇和后浇，产生先后交接处。这不仅给施工带来不便，而且为避免结构、防水上等问题，对施工计划及质量管理提出了很高的要求。,10.3.2 逆作法的应用,逆作法的采用须考虑到地下结构施工的全面内容，即必须对周边环境条件、地质条件、工期、造价、安全性、建筑物规模形状等多方面进行探讨研究。 作为逆作法被采用的最适当的场合，主要有： 大平面的地下工程； 大深度的地下工程； 复杂形状的地下工程； 周边状况苛刻，对环境要求较高； 作业空间较小； 工期要求紧迫。,10.3.3 盖挖逆作法施工过程,如果开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起邻近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，可采用盖挖逆作法施