地下工程建筑

1、新奥法-奥地利人L.v.Rabcewicz 根据本国多年隧道施工经验总结出的一种施工法。特点是采用光面爆破；以锚喷作一次支护，必要时加钢拱支架；根据围岩地压及变形实测数据，再合理进行二次支护；对软岩强调封底。新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破  和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建

2、隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。新奥法的基本要点可归纳为以下7点：洞室开挖后，应使围岩自身承担主要的支护作用，而衬砌只是对围岩进行加固，使成为一个整体而共同发生作用。因此，须最大限度地保持围岩的固有强度，以发挥围岩的自承能力。如及时喷混凝土封闭岩壁，就能有效地防止围岩松

3、弛，而不使其强度大幅度降低，同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛。总之应使围岩经常处于三轴应力约束状态，最为理想。预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。其刚度不能太大或太小，又必须是能与围岩密贴，而要做成薄层柔性，允许有一定变形，以使围岩释放应力时起卸载作用，尽量不使其有弯矩破坏的可能。这种支护和传统的支护不同，不是因受弯矩而是受压剪作用破坏的。由于混凝土的抗压和抗剪强度比抗拉和抗弯强度大得多，从而具有更高的承载能力。一次支护的位移收敛后，可在其光滑的表面上敷设高质量的防水层，并修筑为提高安全度的二次支护。前后两次支护与围岩之间都只有径向

4、力作用。衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。此外，因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑，空间宽敞，从而提高了安全性和作业效率。为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性，可在进行室内试验的同时，在现场进行量测。量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位，据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数，以便适应地质情况的变化，及时变更设计和施工。量测监控是新奥法的基本特征，量测的重点是围岩和支护的力学特征随时间的变化动态。衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的。隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒。它是由围

5、岩支承环和衬砌环组成的结构，且两者存在共同作用。圆筒只有在闭合后才能在力学上起圆筒作用，所以除在坚硬岩层之外，敷设仰拱使衬砌闭合是特别重要的。围岩的动态主要取决于衬砌环的闭合时间。当上半断面超前掘进过多时,就相应地推迟了它的闭合时间,在隧道纵方向形成悬臂梁的状态而产生大弯曲的不良影响。另外，为防止引起围岩破坏的应力集中，断面应做到无角隅，最好采用圆形断面。围岩的时间因素还受开挖和衬砌等施工方法的影响，它对结构的安全性起着决定的作用。考虑掘进循环周期、衬砌中仰拱的闭合时间、拱部导坑的长度以及衬砌强度等变化因素，把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定。从应力重分布角度去考虑，全断面一次开挖是最有利的；

6、分部开挖会使应力反复分布而造成围岩受损。岩层内的渗透水压力，必须采取排水措施来降低。新奥法的支护结构至今仍处于经验设计的阶段，它的前提是要科学地进行围岩分类，并根据已经修建的类似工程的经验，提出支护设计参数或标准设计模式。这种工程类比法目前还只考虑了岩体结构、岩块单轴抗压强度、弱面特性等工程地质性质、坑道的跨度以及围岩自稳时间等主要因素，需在各种设计与施工规程的实施过程中，依据量测数据加以修正。现场监控设计，一般分成预先设计阶段和最后设计阶段，后者是根据现场监控量测数据，经分析比较或计算后，最后提出设计。理论解析和有限元数值计算，至今还不能得出充分可靠和满意的结果，必须由上述两种方法即经验和量

7、测加以验证。地下水对工程建筑的危害  (1)地下水位的变化,对工程建筑的危害影响极大,如地下水位上升,可引起浅基础地基承载力的降低,在有地震砂土液化的地区会引起液化的加剧,岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良的地质作用。再有,在寒冷地区产生地下水的冻胀影响。其实就建筑物本身而言,若是地下水位在基础底面以下压缩层内发生上升变化,水浸湿和软化岩土,因而使地基土的强度降低,压缩性增大,建筑物则会产生过大的沉降,导致地基严重变形。尤其是对于结构 不稳定的土(例如湿陷性黄土,膨胀土等)这种现象更为严重,对设有地下室的建筑的防潮和防湿也均为很不利。 (2)地下水侵蚀

8、性的影响主要体现在水对混凝土、可溶性石材、管道以及金属材料的侵蚀和危害。突出表现在地下水的侵蚀性和地下水中的化学性质的积极作用,在工程上带来很大的危害,侵蚀性在或快或慢的进行,改变了各种建筑材料的使用预期。 (3)在饱和的砂性土层中施工,由于地下水的水力状态的改变,使土颗粒之间的有效应力等于零,土颗粒悬浮于水中,随着水一起流出的现象被称为流砂。这种不良地质作用的影响主要表现为在工程施工过程中会造成大量的土体流动,致使地表塌陷或建筑物的地基破坏,会给工程带来极大的困难,或者直接影响建筑工程及附近建筑物的稳定。 (4)如果地下水渗流水力坡度小于临界水力坡度,那么虽然不会产生流砂

9、现象,但是土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流带走。其结果是使地基土的强度受到破坏,土下形成空洞,从而导致地表塌陷,破坏建筑场地的稳定,此种现象就是常说的潜蚀。 (5)地下水的不良地质作用中,还有一个应尤其注意的是基坑涌水现象。这种现象发生在建筑物基坑下有承压水时,开挖基坑会减小基坑底下承压水上部的隔水层厚度,减小过多会使承压水的水头压力冲破基坑底板形成涌水现象。涌水会冲毁基坑,破坏地基,给工程带来一定程度的经济损失。 (6)过度开采地下水,经常造成地面沉陷,塌陷的地面给工程造成极大的危害,经济损失很大。此类的工程实例很多,例如某一工厂为了赚取更大的利润,工业用水

10、采用地下水,由于开采量超大,过度抽取地下水而造成了地面塌陷成很大的漏斗状,因此而造成周边的建筑开裂,地基很多失稳,给人们带来了极大的安全隐患,过渡开采地下水的实例告诉我们,地下水资源可以被利用,但是不能盲目的过度的利用,否则就会受到大自然的惩罚。 总之,由于地下水的复杂成分和性质,对工程建筑的不良影响以及危害体现在以上诸多方面,因此工程建筑中要谨防地下水的影响,避免地下水的多种危害。应该做到安全设计、施工和正常使用。基坑开挖边坡失稳的主要原因-落后的设计手段 ,忽视支护基坑的边坡稳定 ,是引起基坑土坡失稳的主要原因。基坑开挖边被失稳一般由以下几种情况引起：1基坑深度过大，而坑壁坡度较

11、陡。2对于湿土而言，坑壁坡度陡于该湿度下上的天然坡度。3地下水以下部分开挖，土质易坍塌却没有增设加固措施。4基坑四周没有设置截水沟、排水沟拦截地表径流。5弃土位置距基坑太近甚至放在基坑四周。6在粗、细砂质上层中，水的渗流会挟带细砂颗粒流动，破坏土体结构，引起基坑壁坍塌。7施工延续时间过长。8施工所用大型设备在坑周边重复作业或振动较大等。盾构法-1.用带防护罩的特制机械(即盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞的施工方法。可同时有序进行掘进、出碴、拼装预制混凝土衬砌块。2. 用带防护罩的特制机械(称盾构)在破碎岩层或土层中掘进隧洞的施工方法。盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机

12、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。盾构法施工的基本条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法，即，1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m；3、相对均质的地质条件；4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m，竖直方向1.5m；5、从经济

13、角度讲，连续的施工长度不小于300m。盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。  盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。 它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。盾构法施工步骤盾构施工方法由以下几个步骤组成：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

14、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

15、区段短的工程不太经济。盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：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；地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;施工操作不受气候条件的影响;产生的振动、噪声等环境危害较小;对地面建筑物及地下管线的影响较小。锚喷支护是喷射砼、锚杆以及钢筋网（或钢纤维）用于围岩支护的总称。随着围岩稳定程度的不同，它们可以单独设置，也可以综合运用。当围岩稳定性较好时，可以采用锚杆支护或喷射砼支护；当围岩稳定性较差时，可以采用锚网喷联合支护。    目前，锚喷支护理论日益完善，但在实际施工实践中，理论成果运用不足，普

16、及知识还须加强。本文阐述了锚喷支护在海军1206工程中应用经验，希望对其它工程建设有参考作用。1  锚喷支护的基本构造1.1  喷射砼    喷射砼是将符合要求的砂、碎石、水泥等按一定比例混合放在喷射机中，借助高压气流喷射（加水）到岩体表面凝固而成的。喷射砼不仅能够隔绝空气，防止围岩风化，而且可以作为结构物承受荷载，从而起到保护围岩稳定的作用。    喷射砼分为干喷和湿喷两种，喷射砼的标号不应低于C15，通常应优先选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且强度等级不应低于32.5MP

17、a。为了尽快获得强度，及早向围岩提供支护力，通常都在混合料中加入一定数量（通过试验确定）的速凝剂。    喷射砼喷射作业前的准备工作应达到规范要求，通常都采用分层喷射的方法，每次喷射的厚度应遵守设计要求或规范要求。    后一次喷射应在前一层砼终凝后进行，只要将喷射表面冲洗干净，先后喷射的两层砼一般都能粘结良好，不影响其受力性能。喷射作业紧跟开挖工作面时，砼终凝到下一循环放炮的时间，不应少于3小时。    为了提高支护的承载能力，也可以在喷射砼中设置钢筋网，称为网喷支护。通常

18、沿洞室横向布置直径较大的受力钢筋，沿纵向布置直径较小的构造钢筋。钢筋网应随岩面铺设，并与锚杆联结牢固，防止喷射砼时震动。近年来，钢纤维喷射砼技术发展较快。在喷射砼中掺入钢纤维或玻璃纤维以取代钢筋网，工艺简单，施工方便，既节约劳动力和时间，又能够提高抗拉强度，增大结构韧性，改善抗冲击荷载的性能，可能成为今后发展的一种趋向。1.2 锚杆支护    锚杆支护是在岩石中钻孔，并在其中固定各种材料或形式的锚杆，用来加固和支护围岩的一种是形式。它和喷射砼一起，广泛使用在地下工程中。    锚杆的种类很多，本文重点介绍

19、钢筋砂浆全长锚固锚杆（简称砂浆锚杆）。锚杆杆体钢筋宜采用、级钢，钻孔直径为2832mm时，宜采用Q235钢筋。杆体直径一般为1632mm。固结锚杆的水泥砂浆强度等级不应低于M20,锚固力必须满足设计要求。    锚杆通常成梅花形布置，间距不宜大于杆体长度的二分之一。锚杆一般应与主结构面垂直或尽可能有较大的交角。当主结构面不明显时，则沿周边径向布置。砂浆锚杆又有两种注浆方法。其一，在钻孔中先灌注水泥砂浆，然后插入锚杆；其二，在钻孔中先安设杆体，然后用真空法压注水泥砂浆。无论采用那一种注浆方法都必须保证砂浆在钻孔中充填饱满。砂浆锚杆的承载能力取决于钢筋与砂浆

20、间的握裹力和砂浆与钻孔岩壁间的粘结力，它与钢筋的类型、直径以及锚杆的锚长度等因素有关，一般都由试验直接测定。2 锚喷支护的作用机理    锚喷支护的基本原理就是把作为荷载看待的围岩转化成能够承受外荷的一种结构（岩石结构），而把衬砌（人工结构）转变成扶持围岩稳定的一种支护措施。锚喷支护和围岩粘结在一起，形成一个统一体，二者互相依存，彼此制约，共同变形，联合受力，而真正起作用的是围岩。    和模注式衬砌相比，锚喷支护特点如下：    (1)工艺简单，操作方便，能在爆破

21、后几小时内及时加固围岩；    (2)和围岩紧密连接共同工作，直接提供径向和切向抗力；    (3)能够根据需要在不同时段分层构筑；    (4)厚度薄，刚度小，具有较大的韧性。在实践中，初喷层厚度掌握不好，有时会出现裂隙现象，这正是初喷层材料强度被充分利用的一种表现，如果及时进行补喷，喷层的应力状态得到调整，不仅可以阻止裂隙的发展，甚至可以使裂隙重新闭合。灌注桩-是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩

22、，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。按成桩工艺，钻孔灌注桩可以分为：干作业法钻孔灌注桩；泥浆护壁法钻孔灌注桩；套管护壁法钻孔灌注桩。钻孔灌注桩具有以下技术特点：a. 施工时基本无噪音、无振动、无地面隆起或侧移，因此对环境和周边建筑物危害小；b. 大直径钻孔灌注桩直径大、入土深；c. 对于桩穿透的土层可以在空中作原位测试，以检测土层的性质；d. 扩底钻孔灌注桩能更好地发挥桩端承载力；e. 经常设计成一柱一桩，无需桩顶承台，简化了基础结构形式；f. 钻孔灌注桩通常布桩间距大，群桩效应小；g. 某些利用“挤扩支盘”钻

23、孔灌注桩可以有效减少桩径和桩长，提高桩的承载力，减少沉降量；h. 可以穿越各种土层，更可以嵌入基岩，这是别的桩型很难做到的；i. 施工设备简单轻便，能在较低的净空条件下设桩；j. 钻孔灌注桩在施工中，影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥会随着工艺而变化，且又在较大程度上受施工操作影响；k. 因为钻孔灌注桩的承载力非常高，所以进行常规的静载试验一般难以测定其极限荷载，对于各种工艺条件下的桩受力，变形及破坏机理现在尚未完全被人们掌握。设计理论有待进一步完善。钻孔灌注桩的施工，因其所选护壁形成的不同，有泥浆护壁方式法和全套管施工法两种。

24、泥浆护壁施工法冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔等均可采用泥浆护壁施工法。该施工法的过程是：平整场地泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼灌注水下混凝土拔出护筒检查质量。施工顺序全套管施工法全套管施工法的施工顺序。其一般的施工过程是：平场地、铺设工作平台、安装钻机、压套管、钻进成孔、安放钢筋笼、防导管、浇注混凝土、拉拔套管、检查成桩质量。全套管施工法的主要施工步骤除不需泥浆及清孔外，其它的与泥浆护壁法都类同。压入套管的垂直度，取决于挖掘开始阶段的56m深时的垂直度。因此应该随使用水准仪及铅垂校核其垂直度。钢筋笼安装质量问题 钢筋笼安装与设计标高不符预防措施

25、：钢筋笼制作完成后，注意防止其扭曲变形，钢筋笼入孔安装时要保持垂直，砼保护层垫块设置间距不宜过大，吊筋长度精确计算，并在安装时反复核对检查。 钢筋笼的上浮钢筋笼上浮的预防措施：严格控制砼质量，坍落度控制在18±3cm，砼和易性要好。砼进入钢筋笼后，砼上升不宜过快，导管在砼内埋深不宜过大, 严格控制在10m以下，提升导管时，不宜过快，防止导管钩钢筋笼，将其带上等。水下砼灌注问题 堵管预防措施：商品砼必须由具有资质，质量保证有信誉的厂家供应，砼的级配与搅拌必须保证砼的和易性、水灰比、坍落度及初凝时间满足设计或规范要求，现场抽查每车砼的坍落度必须控制在钻孔灌注桩施工规范允许的范围以内。灌注

26、用导管应平直，内壁光滑不漏水。 桩顶部位疏松预防措施：首先保证一定高度的桩顶留长度。因受沉渣和稠泥浆的影响，极易产生误测。因此可以用一个带钢管取样盒的探测，只有取样盒中捞起的取样物是砼而不是沉淀物时，才能确认终灌标高已经达到。 桩身砼夹泥或断桩预防措施：成孔时严格控制泥浆密度及孔底沉淤，第一次清孔必须彻底清除泥块，砼灌注过程中导管提升要缓慢，特别到桩顶时，严禁大幅度提升导管。严格控制导管埋深，单桩砼灌注时，严禁中途断料。拔导管时，必须进行精确计算控制拔导管后砼的埋深，严禁凭经验拔管。水泥搅拌桩-水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌

27、，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。软土基础经处理后，加固效果显著，可很快投入使用。适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土土。水泥搅拌桩按材料喷射状态可分为湿法和干法两种。湿法以水泥浆为主，搅拌均匀，易于复搅，水泥土硬化时间较长；干法以水泥干粉为主，水泥土硬化时间较短，能提高桩间的强度。但搅拌均匀性欠佳，很难全程复搅。水泥搅拌桩施工工艺流程1、施工准备1.1搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。1.2水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，承包人应将水泥的样

28、品送中心试验室或监理工程师指定的试验室检验。1.3水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。监理工程师每天收集电脑记录一次。1.4水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。2、施工工艺流程桩位放样钻机就位检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵反循环提钻并喷水泥浆至工作基准面以下0.3m重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度反循环提钻至地表成桩结束施工下一根桩。桩位放样：根据桩位设计平面图进行测量放线，定出每一个桩位，误差要求小于钻机定位：依据放样点使钻机定位，钻头正对桩位中心

29、。用经纬仪确定层向轨与搅拌轴垂直，调平底盘，保证桩机主轴倾斜度不大于1%。钻进：启动钻机钻至设计深度，在钻进过程中同时启动喷浆泵，使水泥浆通过喷浆泵喷入被搅动的土中，使水泥和土进行充分拌合。在搅拌过程中，记录人应记读数表变化情况。重复搅拌和提升：采用二喷四搅工艺，待重复搅拌提升到桩体顶部时，关闭喷浆泵，停止搅拌，桩体完成，桩机移至下一桩位重复上述过程细碎机。3、施工控制3.1水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。3.2为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。3.3对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。3.4为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。3.5水泥搅拌配合比：水灰比0.450.55、水泥掺量12、每米掺灰量46.25kg、高效减水剂0.5。3.6水泥搅拌桩施工采用二喷四