第4章现代气压沉箱工艺与施工技术.

1、全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材全国师资培训班城市地下空间建设新技术住房和城乡建设部执业资格注册中心2014年10月2426日弟4草现代气丿土沉箱丄艺与万也丄茂不4.1概述4.2技术介绍4.3工程应用4.4小结4丄概述in4丄概述4.1. 1气压沉箱工法的工艺原理口工法除理：在沉箱下部设置一 个气密性髙的钢筋混凝土结构工 作室，并向工作室内注入压力与 刃口处地下水压力相等的压缩空 气，使在无水的环境下进行无人 化远程遥控挖土排土，箱体在本 身自重以及上部荷馥的作用下下 沉到指定探度后，在沉箱结构面 底部浇筑混凝土底板的一种地下 工程施工方法4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理4. 1

2、. 1气压沉箱工法的工艺原理4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理口突出优势：利用气体压力平衡箱体外水压力,沉箱底土体在无水状态下进行无人化远程遥 控开挖，通过远程监视系统，沉箱在下沉过程 中可以直接辩别并较方便地处理地下障碍物， 同时避免了坑底隆起和流砂伶涌现彖相比常 规的沉井施工方法，智能化气压沉箱施工方法 由于气压反力的作用，箱体容易纠偏和控制下 沉速度，可以防止突沉、超沉，且周边地层沉 降小.对环境形响小：相比地下连续增施工方 法，可显著减少围护结构的插入深度，具有可 观的经济性.还有4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理气压沉箱工法因为延垂宜方向下沉结构体.所以能防止art引发的事故.气

3、压沉箱的压气（垂直方向）作蠱气压设在只比肋詢底部低一点点的地方（水头20an= 0. 0 0 2MPa 左右水位连动型 压力自动控制装置 微调作业气压（可以 10c m 的 MftiMfiE）4.1概述4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理 口适用?智能化气压沉箱施工技术可 适用于软土、點土、砂性土和碎（卵）石类 土及软罠岩等各种地质条件，适合在城市 建筑密集区，周边环境复杂，地表沉降要 求高，对周边建筑保护力度大的区城进行 滦基坑建设，以及旧城改适区域障碍物较 多时采用，并可以向大凍度、大面积的方 向发展，满足城市地下空间的开发需求。 目前开挖深度可达40m

4、4丄概述4. 1. 1气压沉箱工法的工艺原理4.1. 1气压沉箱工法的工艺原理民营大楼的地下室首都高速大宫JR下的沉箱气压沉箱基础；沉箱形似有顶盖的沉 井。沉箱基础是一种较好的施工方法 和基础型式。当沉箱就位后，将压缩 空气压入沉箱室的内部，排出存在于 工作室中的水，施工人员在箱内进行 挖土施工，并且通过升降筒和气闸， 把弃土外运，从而使沉箱在自重和顶 面压重的作用下逐步下沉至设计标高 ,最后用混凝土填实工作室。沉井基础的特点是埋探大、鞍体性强、稳 定性好，P稣受较人的竖向作用和水平作 用.沉井井歳既是基础的一部分，又是昨 工时的档土和挡水结构物.施工工艺也不 复杂.4. 1. 2气压沉箱工法

5、与沉井工法的区别沉井基吧：是以沉井作为基 础结构，将上部荷载传至地 基的一种深基础.沉井是一 种四周有壁、下部无底、上 部无離、侧駆下部有刃脚的 筒形结构物.沉井迥常用钢 筋混凝土制成.它通过从井 孔内挖土，借助自身的寛量 来克服井壁的糜阻力下沉至 设计标高.4.1概述4. 1. 3气压沉箱工法的工艺流程沉箱间连接完成41概述4. 1. 3气压沉箱工法的工艺流程整平沉箱装配所用的地坪， 建砂土胚模（浇注工作室底 板混凝土时的模板支架）.4丄概述4.1. 3气压沉箱工法的工艺流程在地面上，建造最初的底板结构（能确保沉箱施工的刚性所襦的高度位SD4丄概述4.1. 3气压沉箱工法的工艺流程设置用于撮

6、运博工资材的 塔吊、用于搬运砂土的材 料舱、作业人员出入涵箱 的人施.傍装设备等。人4. 1. 3气压沉箱工法的工艺流程4. 1. 3气压沉箱工法的工艺流程沉至所定深度后.在工作电 内填入地下混凝七.使梵与 结构体一体化然后.搬出 设备.进行回填.4.2技术介绍4. 2.1气压沉箱工法的功能系统口气压沉箱工法主要设备系统包括:(1) 遥控沉箱液压挖机研制：(2) 远程遥控系统研制；(3) 液压升降出土皮带机研制；(4) 物料出入塔的研制；(5) 人员出入塔研制；(6) 螺旋出土机研制；7)地下(挖掘操作)监视系统;8)供排气系统；9) 3D地貌显示系统；10)移动氧舱；(11)其它辅助设备.4

7、2技术介绍4. 2.1气压沉箱工法的功能系统口气压沉箱内部主要设备:(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)物料塔人员塔螺旋出土机遥控挖机、皮带出土机地下监控系统设备地下照明通讯设备4. 2. 2地貌与信号监测技术气压沉箱存在两级系统：(1) 地下开挖卸载的工作系统(2) 地面的管理与操作系统(3) 要进行两级的无缝对接：对 地下要有快速的识别一地貌与佢号 监测系统4. 2. 2地貌与信号监测技术口常规气压沉箱的地下地上交流存在的问題： 现代气压沉箱施工过程中无人进箱，管理人员 仅通过摄像机传来的图像来观察沉箱工作情况 .不能对沉箱工作室内地貌挖掘情况进行有效 测量，也无法形成真实感的

8、沉箱H作室场最. 同时挖掘机操作人员是運过观察摄像机二维图 像来垛纵挖掘机，操作人员缺乏身临其境的感 觉.其次在多部挖拥机协同作业，在协同作业 的过程中，挖期机容劾发生碰撞.4亍技术介绍4. 2. 2地貌与信号监测技术口3D地貌与信号监测系统：可对沉箱 工作室内地貌挖掘情况进行有效测量 和三维显示，并有效警示多部挖掘机 协同作业中的相互碰掠.系统主要包括：(1) 系统便件：(2) 三维数据；(3) 3D地貌建模研究与实现：(4) 数据库系统.4亍技术介绍4. 2. 2地貌与信号监测技术口系统可实现的主要功能*1)利用激光扫描技术，开发了一套三维激光扫描系统，该系统可适用 沉箱环境.实现沉箱3D

9、地貌数据扫描功能。(2) 研究开发了气压沉箱3D地貌建模系统，该系统使用OponGL实现了3D 地貌的实时建模.并可实时测量沉箱工作室地面任意处的挖拥深度.(3) 采用倾角传感器，实时测量沉箱体的X利Y釉的倾角值，利用此值实 时测盘沉箱体的四角高差，实现了对沉箱体姿态的实时监视.(4) 釆用激光测距仪等传感器实时测址挖掘机的位置，实现了挖掘的实 时位置显示和挖掘机理碰智能语音报警.(5) 开发了3D地貌显示系统、数据处理系统、控制系统等一孩套软件.该3D地貌与信号监测系统硬件软件经过工程应用检验了其成效，为 工程的顺利实施提供了伯息保证.技术介绍4. 2. 2地貌与信号监测技术沉箱地貌三维建模

10、流程技术介绍技术介绍皮帯机螺社机伯息I三维散据集-1挖拥机位？?利逐态识别皮带机分割挖推机分割蝶校机分別4也的数世奸烦衣更卜地貌匝建縹更机核空 事带机模吃 丄挖热机模型沉箱地貌三傩建模流程田技术介绍技术介绍4. 2. 2地貌与信号监测技术口云图像及深度测量FJ42. 2地貌与信号监测技术三维面及测量42. 2地貌与信号监测技术数据库系统4. 2. 3气压沉箱结构设计技术(1)沉箱设计要点口沉箱结构设计耍点：重点要解决强度.变形、稳定等安全性口沉箱设计主要内客：沉箱结构尺寸确 定、下沉稳定性分析与结构内力变形分 析、沉箱支承、压沉及自主纠偏一体化 系统.口需要解决的问题：(1)沉箱结构设计 :(

11、2)下沉稳定性计算与抗浮验算：(3)结构分析；(4)沉箱支承、压沉 装宣的设计与研究；(5)对覘工反馈 的设计修正与总结.2技术介绍4. 2. 4现代气压沉箱工艺与施工技术口总体工法涉及到的专顼技术包松：(1) 现代气压沉箱滋工工艺：(2) r压沉箱下沉控制技术；包括气压自动调节系统、出土控制系统、支承及压沉 系统及相互间的协调系统：(3) 气压下沉箱混凝土自密实対底技术：(5)髙气压环境下作业的技术； (6)编制现代新型气压沉箱旌工规程，其中包括高气压环境下的操作规程等。：2技术介绍4. 2. 4现代气压沉箱工艺与施工技术工法涉及到的专用装备：4. 2. 4现代气压沉箱工艺与施工技术监疸、遥

12、控挖机系统4.2技术介绍4. 2. 4现代气压沉箱工艺与施工技术口工法涉及到的专用装备：螺旋出土机4. 2. 4现代气压沉箱工艺与施工技术口工法涉及到的专用装备：医疗减压舱程应用一上海市轨道交通7号线12A标甯浦站縄华站中间风井工程4. 3. 1工程槪况本工程为浦江南浦站浦江罐华站区间的一个中间风井工程.位于原上海浦东钢铁（集团）有限公词内材料场.风井主体为全埋地下四层结构.平面外包尺寸为 25.24mX15.6m,凤井顶板以下髙 度为27m结构顶板面标高3. 938ii 主体结构采用气压沉箱施丄丄 艺，总下沉深度29. 062m程应用上海市轨道交通7号线12A标甯浦站縄华站中间风井工程4. 3. 1工程概况工程口沉箱首节制作开始.历时近10个月完成封底顺利竣工.情况可控良好.沉箱下沉平稳连续、有关平面与标高備差控制均好于沉井；从对沉箱本体及周边环境的监测反愤表明.沉箱本身以及周边环境在靈个2工过程中完全处于安全状态，尤其是周边建构筑物的沉降量明显低于围护明挖.4.4小结气压沉箱技术有效解决了常规施工方法难以突破的应对大深度与管涌、流 砂及承压