东湖隧道之六明挖隧道施工（PPT127）

第６章章明明挖隧隧道施施工明挖法法：基基坑法法它是按按照隧隧道的的宽度度和高高度，，包括括必要要的施施工操操作余余量，，从地地面开开挖出出一个个基坑坑，并并在其其中修修筑钢钢筋混混凝土土箱涵涵，做做外防防水，，再进进行回回填的的方法法。明挖隧隧道结结构形形式：：直墙式式单跨双跨多跨短短形闭闭合框框架明挖法法优点点：施工作作业面面大，，各项项施工工工序序可以以全线线铺开开，进进行平平行流流水作作业，，因因而施施工速速度较较快，，工期期较短短，适适应性性强，，可以以使用用高效效率的的挖土土机械械和运运输车车辆，，也可可采用用简易易的施施工机机械设设备，，操作作技术术简单单，工工程质质量容容易控控制。。明挖法法缺点点：土方工工程量量大，，对地地面街街道干干扰大大，地地下管管道拆拆迁量量大，，降水水和地地层加加固费费用较较高。。明挖法法施工工的一一般程程序：：测量定定位－－挖表表层土土－打打桩（（护坡坡桩））－打打降水水井点点管－－开挖挖路面面－设设置支支撑防防护与与开挖挖－开开挖至至设计计标高高－基基坑底底部处处理－－隧道道结构构屋施施工－－回填填土－－拔井井点板板桩－－恢复复路面面第一节节基基坑的的支护护设计计与施施工一、基基坑形形式放坡开挖直槽开挖支护形式板桩支护基坑锚喷网支护基坑冻结法维护基坑混凝土连续墙维护基坑全放坡坡开挖挖基坑坑半放坡坡开挖挖基坑坑拉锚支支护直直槽基基坑横撑支支护直直槽基基坑土锚支支护基基坑锚喷网网支护护基坑坑冻结支支护基基坑混凝土土连续续墙基基坑二、基基坑支支护结结构（一））板桩桩式支支护结结构组成：：工字钢钢、木木挡板板、腰腰梁（（导梁梁）、、顶撑撑或拉拉锚工字钢钢一般般采用用３００－４４０号号的工工字钢钢，长长度一一般为为８－－１２２m；工字字钢的的间距距一般般采用用１.０、１１.２、１１.５、１１.６m等，也也有采采用００.８米的的，间间距太太小会会增加加工字字钢桩桩的数数量，，过大大增加加木挡挡板的的厚度度，工工字钢钢桩的的入土土是一一般为为３－－４m。木挡板板一般般设计计选用用５－－１００cm，腰梁梁用槽槽钢、、工字字钢或或Ｈ型型钢，，由三三脚架架固定定在工工字钢钢上，，也可可直接接焊接接，它它可以以传递递压力力，也也可增增加钢钢桩的的稳定定性，，控制制工字字钢桩桩的间间距。。顶撑用用钢或或木作作成，，６.５m以下可可用梢梢径约约３２２cm的圆木木，６６.５m以上用用钢顶顶撑，，一端端做成成可伸伸缩式式的，，以适适应打打桩发发生偏偏转或或基坑坑宽度度发生生的变变化。。顶撑的的层数数与基基坑的的壁侧侧压力力直接接有关关。要要尽量量减少少层数数，影影响施施工速速度。。<4m<10m50-60cm（二））锚喷喷网支支护结结构组成：：锚杆、、混凝凝土喷喷层和和排水水设施施。变形钢钢筋和和沙浆浆组成成的全全锚式式注浆浆锚杆杆；锚杆长长度ＬＬ和支支护高高度ＨＨ之比比宜在在０.６－１１.０范围围内。。对顶部部锚杆杆不小小于００.８；在饱和和土中中１.５－２２.５；锚杆间间排距距：在非饱饱和土土中为为１.２－１１.５m；对软软土则则可以以小于于１.０m；锚杆杆倾斜斜角度度在支支护变变形小小时为为０－－５度度，要要求稳稳定性性高是是可以以去大大值，，但不不超过过１５５度。。三、基基坑支支护结结构计计算或或稳定定性验验算结构计计算内内容：：（１））支护护结构构承受受荷载载的确确定；；（２））放坡坡开挖挖边坡坡稳定定性计计算；；（３））桩板板支护护桩的的入土土深度度计算算和板板桩的的强度度计算算以及及顶撑撑、腰腰梁断断面、、锚系系结构构等；；（４））锚喷喷网支支护锚锚杆锚锚固力力、锚锚杆长长度、、混凝凝土喷喷层厚厚度计计算等等。（一））支护护结构构的荷荷载作用在在支护护结构构上的的载荷荷主要要是土土壤侧侧向压压力，，及其其破坏坏土体体上方方的附附加荷荷载所所产生生的侧侧向力力。一一般以以库仑仑公式式或朗朗金公公式求求之。。Ｈ０土压力力分布布图土压力力的简简化计计算图图（二））放坡坡开挖挖边坡坡稳定定性计计算１.无粘性性土边边坡稳稳定性性计算算有地下下水益益出时时：Ｋ＝１１时，，处在在极限限平衡衡状。。２.粘性土土边坡坡稳定定性计计算粘性土土边坡坡稳定定性计计算（三）单层层板桩墙式式支护计算算板桩墙破坏坏形式板桩入土深深度不足或或坑底过于于软弱时，，很可能发发生板桩绕绕锚拉点转转动，桩底底翘起。当板桩断面面尺寸不足足，跨中弯弯矩大于板板桩抗弯能能力，导致致板桩变形形，甚至丧丧失稳定，，使边坡破破坏。当锚杆拉力力不足或锚锚锭距离太太短时，板板桩向前倾倾倒，墙后后地面开裂裂，边坡失失去稳定。。单层支护板板桩计算应应主要解决决的问题：：板桩的入土土深度板桩断面尺尺寸横撑顶力或或锚杆拉力力根据板桩入入土深度的的大小，以以及板桩在在土层中承承受土压力力作用后产产生的变形形，分两种种情况计算算。（１）板桩桩入土深度度较浅，在在Ｄ点以上上，板桩入入土部分看看作自由支支承，板桩桩上端的顶顶撑或锚索索看作简支支－－－－－单跨的简简支梁。（１）自由由支撑板桩桩墙的土压压力分布１.确定如土深深度２.确定锚杆拉拉力３.确定板桩断断面尺寸（２）打入入深度比较较深，超过过Ｄ处以后后，认为板板桩的入土土部分能比比较牢固地地嵌固在土土层中，ＤＤ点处起固固定端支撑撑作用。相当梁法找等值梁的的另一支点点，即正负负弯矩的转转折点Ｃ，，近似找主主被动土压压力等于零零的位置。。进而求出出相当梁反反力。等值梁法图中ab梁一端固定定一端简支支，弯矩图图的正负弯弯矩在c点转折，若若将ab梁在c点切断，并并于c点加一自由由支承形成成ac梁，则ac梁上的弯矩矩将保持不不变，即称称ac梁为ab梁上ac段上的等值值梁。等值梁原理理ababc如ab梁一端固定定，一端简简支，弯矩矩图的正负负弯矩在c点转折。若若将ab梁在c点切断，并并在c点置一自由由支承，形形成ac梁，则ac梁上的弯矩矩将保持不不变，则称称ac梁为ab梁上ac段的等值梁梁。HAPaBCDHAPaBCDPaP0等值梁板桩上土压力分布图板桩弯矩图（２）Ｄ点点固定支承承情况板桩入土深深度Ｐ０Ｒa实际入土深深度实际断面尺尺寸（四）桩板板式支护结结构计算滑动破坏菱菱体，其体体积为：土体抗力增增加系数板桩土压力力分布基坑底部ＤＤ上方主动动土压力：：基坑顶部ＡＡ处主动土土压力：基坑底部ＤＤ下方主动动土压力：：被动土压力力在桩下端端Ｂ处为：：主动土压力力在桩下端端Ｂ处为：：（五）锚喷喷网支护的的稳定性分分析（１）锚喷喷网支护的的体外破坏坏，即外部部稳定性；；体外破坏：：整个支护作作为一个刚刚体发生沿沿支护底面面滑动，绕绕支点面层层底端倾覆覆，连同周周围基底深深部土体滑滑动等现象象。（２）锚喷喷网支护的的体内破坏坏，即内部部稳定性。。内部稳定性性可采用极极限平衡法法进行分析析，支护土土体破坏面面的形状可可假定为圆圆弧线、抛抛物线、双双折线或直直线。四、板桩结结构的施工工隧道基坑法法施工时，，开挖深度度较浅，土土层条件较较好时，多多采用桩板板结构维护护。桩板结构施施工根据其其结构可分分为：钢板桩施工工桩板式结构构施工１.钢板桩施工工设备（１）冲击击式打入机机械；（２）振动动式打入机机械；（３）振动动冲击打桩桩机械和精精力压入机机械。选用机械时时考虑的因因素：（１）工程程规模（２）土质质条件（３）作业业能力（４）作业业环境２.钢板桩施工工（１）施工工准备①对运进施施工现场的的板桩进行行整理、检检查和堆放放；②注意板桩桩施工的导导向设置，，以确保施施工后板桩桩处于设计计轴线上；；③设置桩帽帽，防止桩桩顶的损伤伤，帽内加加缓冲材料料。（２）钢板板桩打入打入方法１.单根板桩施施工２.屏风法施工工（３）施工工常见故障障及对策出现的问题题及解决办办法：（１）不易易贯入：１.对地质情况况做详细分分析，可伴伴以高压冲冲水或振动动法沉桩，，不能用锤锤硬打；２.对板桩逐根根检查，发发现锈蚀或或变形及时时调整，还还可在锁口口内涂油脂脂；（２）倾斜斜：卷扬机钢索索将板桩反反拉后锤击击，或改变变锤击；倾倾斜可用特特别楔形板板桩进行纠纠偏，降水水疏干地层层。（二）桩板板式结构施施工（１）立柱柱施工前必必须检查其其腰梁的槽槽口是否平平直完整，，整体是否否保持直线线形；立柱柱桩的施工工必须确保保垂直且不不能扭转，，立柱间的的距离要严严格按设计计尺寸施工工。（３）该类类结构可与与锚杆支护护联合使用用，施工中中要注意及及时进行支支撑或拉锚锚，并可适适当调节，，以确保紧紧贴立柱桩桩。（２）立柱柱桩间的挡挡板要作检检查，不能能有裂纹，，也不能腐腐烂或扭曲曲，混凝土土挡板要检检查是否已已经发生裂裂纹，钢木木混合挡板板要保持平平直；第二节地地下连续墙墙的设计与与施工地下连续墙墙：是以专用的的挖槽设备备开挖沟槽槽，并采用用触变泥浆浆护壁，在在槽内设置置钢筋笼，，采用导管管法浇注混混凝土，形形成一个单单元槽段的的混凝土墙墙体，依次次继续挖槽槽、浇注施施工，连接接成一道连连续的地下下钢筋混凝凝土墙或帷帷幕。地下连续墙墙的作用：：防渗挡土承重一、、地地下下连连续续墙墙的的设设计计应具备的要求足够的强度足够的刚度保证隧道的稳定性保证证在在荷荷载载作作用用下下墙墙体体的的安安全全，，保保证证对对附附近近结结构构物物及及地地基基不不产产生生有有害害影影响响，，保保证证隧隧道道的的稳稳定定性性，，防防止止坑坑底底隆隆起起、、管管涌涌流流沙沙、、承承压压水水冲冲溃溃坑坑底底。。（一一））作作用用在在连连续续墙墙上上的的荷荷载载地面超载水土压力（二二））地地下下连连续续墙墙的的静静力力计计算算１.山肩肩邦邦男男法法山肩肩邦邦男男法法求求解解，，基基本本假假定定：：（１１））在在粘粘土土层层中中，，墙墙体体作作为为无无限限长长的的弹弹性性体体；；（２２））墙墙背背土土压压力力在在开开挖挖面面以以上上取取三三角角形形分分布布，，开开挖挖面面以以下下取取矩矩形形；；（３３））开开挖挖面面以以下下土土的的横横向向抵抵抗抗反反力力分分为为两两个个区区域域，，弹弹性性区区和和塑塑性性区区；；（４４））横横撑撑设设置置后后，，即即作作为为不不动动支支点点；；（５５））下下道道横横撑撑设设置置后后，，上上道道横横撑撑轴轴力力不不变变，，下下道道横横撑撑支支点点以以上上的的墙墙体体仍仍然然保保持持在在原原来来的的位位置置。。山肩肩邦邦男男近近似似解解法法图图：：山肩肩邦邦男男近近似似解解法法，，基基本本假假定定：：（１１））在在粘粘土土地地层层，，将将墙墙体体改改作作底底端端自自由由的的有有限限长长弹弹性性体体；；（２２））（（４４））（（５５））假假定定与与精精确确解解法法假假定定相相同同；；（３３））开开挖挖面面以以下下土土的的横横向向抵抵抗抗力力取取为为被被动动土土压压力力；；（６６））把把开开挖挖面面以以下下墙墙体体弯弯矩矩为为００的的点点假假象象为为一一个个铰铰，，并并忽忽略略此此铰铰以以下下墙墙体体对对上上面面墙墙体体的的剪剪力力传传递递。。中国国弹弹塑塑性性法法计计算算简简图图２.弹性性法法（３３））弹弹塑塑性性法法基本本假假定定：：（１１））考考虑虑支支撑撑的的弹弹性性变变化化，，图图中中以以弹弹簧簧表表示示；；（２２））主主动动侧侧压压力力假假定定按按二二次次函函数数分分布布；；（３３））入入土土部部分分分分塑塑性性区区和和弹弹性性区区两两部部分分；；（４４））墙墙体体为为有有限限长长。。弹塑塑性性法法计计算算简简图图二、、地地下下连连续续墙墙的的施施工工（一一））施施工工准准备备施工工之之前前应应根根据据工工程程要要求求和和地地质质条条件件决决定定墙墙体体深深度度、、厚厚度度、、施施工工方方法法、、施施工工设设备备和和施施工工精精度度。。修筑导导墙，，铺设设轨道道，建建立泥泥浆配配置站站及循循环沟沟槽与与沉淀淀池和和必要要施工工材料料准备备。（一））施工工准备备１.修筑导导墙导墙：：地下下连续续墙挖挖槽之之前构构筑的的引导导地下下连续续墙施施工的的临时时结构构物。。导墙作作用：：①给挖挖槽、、造孔孔起导导向作作用；；②储存存触变变泥浆浆；③维护护槽口口稳定定，避避免塌塌方；；④支承承造孔孔机及及其他他设备备的荷荷载。。程序：：平整场场地→测量放放样→挖槽及及处理理弃土土→绑扎钢钢筋网网片→立模→浇注混混凝土土→拆模并并设置置横撑撑。深１.５－２２m厚２００－３３０cm＞C20２.泥浆系系统泥浆的的作用用：（１））泥浆浆充满满被挖挖掘的的空间间，利利用泥泥浆的的压力力，对对槽壁壁产生生一定定的静静水压压力；；（２））泥浆浆向地地层流流渗形形成一一层致致密而而透水水性很很小的的薄层层泥皮皮，同同泥浆浆一起起起到到平衡衡地压压、稳稳定槽槽壁的的作用用。泥浆的的组成成：膨润土土、水水、化化学掺掺剂和和一些些惰性性材料料对泥浆的要求抗重力作用的物理稳定性化学稳定性适当的相对密度和粘度性能必须具有可调节性泥浆处处理（１））重力力沉降降法：：挖掘沉沉淀池池进行行沉淀淀处理理（２））机械械处理理：用旋流流器和和振动动筛进进行处处理（二））槽孔孔施工工１.造孔机机械及及施工工方法法冲击式造孔直接出土机械及施工方法斗式成槽机械及施工方法旋转切削式泥浆循环出渣成槽及施工方法（１））冲击击式造造孔直直接出出土式式机械械．靠钻头头自重重，在在充满满泥浆浆的孔孔中反反复冲冲击破破碎岩岩石，，然后后用带带有活活底的的取渣渣筒将将破碎碎的岩岩屑取取出。。（１））冲击击式优优缺点点优点：：构造简简单，，操作作容易易，适适应性性强，，在坚硬的的土层层和含含砾石石、卵卵石等等复杂杂地层层均可可使用用，使用与与深度度较大大的造造孔施施工。。缺点：：取渣时时，冲冲击钻钻头必必须间间断工工作，，效率率低，，噪声声和震震动较较大。。（２））抓斗斗式成成槽机机械利用抓抓斗上上的犁犁齿直直接对对土层层进行行破碎碎，抓抓取并并将土土体运运出槽槽外．．其形形式主主要有有各种种索式式导板板抓斗斗、液液压导导板抓抓斗和和刚性性导板板抓斗斗等。。首先在在槽段段两端端用钻钻机钻钻两个个垂直直导孔孔，然然后用用抓斗斗抓除除两导导孔之之间的的土体体，形形成槽槽段。。用抓抓斗直直接把把没经经破碎碎的土土层送送到地地面，，不需需要泥泥浆循循环和和净化化。（３））回转转式造造孔机机械优点：：用钻头头、刃刃具对对土层层进行行钻削削，并借助助泥浆浆循环环排渣渣，机械化化程度度和工工效、、成孔孔质量量、垂垂直精精度均均较好好，而而且噪噪声小小，对对侧面面土体体扰动动少，，最适适于土土质较较差、、开挖挖较深深的槽槽段。。缺点：：结构复复杂，，遇有有大粒粒径砾砾石、、卵石石层难难于使使用。。２.槽段的的划分分与施施工槽段：：混凝凝土一一次浇浇注的的单位位长度度。槽段长长：减减少接接头数数，提提高地地下墙墙的整整体性性和防防水性性。实际确确定槽槽段长长度要要考虑虑以下下的因因素：：（１））地质质情况况；（２））起重重设备备能力力；（３））单位位时间间内供供应混混凝土土能力力，槽槽段最最好４４小时时浇灌灌完毕毕；（４））工地地所具具备的的稳定定液槽槽容积积，一一般稳稳定液液槽容容积应应是没没一槽槽段沟沟槽容容积的的２倍倍；（５））工地地能占占用的的场地地面积积及能能够连连续作作业的的时间间（６））划分分槽段段还要要考虑虑槽段段的平平面形形状和和尺寸寸，注注意拐拐角和和墙与与内部部结构构连接接处不不宜设设置接接头。。挖槽结结束后后，必必须扫扫孔清清渣，，待槽槽孔符符合设设计标标准后后，进进行清清孔换换浆，，保证证护壁壁效果果，以以利于于下放放钢筋筋笼和和浇注注混凝凝土。。（三三））钢钢筋筋笼笼的的制制作作与与吊吊放放（四四））混混凝凝土土浇浇灌灌混凝凝土土的的密密实实：：自重重和和灌灌注注时时产产生生的的局局部部振振动动实实现现。。混凝凝土土的的流流动动容容易易将将泥泥浆浆和和槽槽内内的的沉沉渣渣混混入入墙墙体体，，使使混混凝凝土土质质量量降降低低。。（五五））槽槽段段的的连连接接与与接接头头施施工工１.圆形形接接头头２.混凝凝土土预预制制板板或或钢钢板板接接头头３.刚性性接接头头钢筋筋连连接接方方式式钢板板连连接接方方式式第三三节节明明挖挖隧隧道道衬衬砌砌结结构构与与设设计计计计算算一、、衬衬砌砌结结构构二、、衬衬砌砌结结构构计计算算明挖挖隧隧道道衬衬砌砌结结构构计计算算通通常常包包括括三三个个方方面面的的内内容容：：荷载载计计算算、、内内力力计计算算、、截截面面计计算算。。（一一））荷荷载载计计算算静荷荷载载、、活活荷荷载载和和特特殊殊荷荷载载明挖挖隧隧道道结结构构荷荷载载示示意意图图1．顶顶板板上上的的荷荷载载2．底底板板上上的的荷荷载载3．侧侧墙墙上上的的荷荷载载（二二））内内力力计计算算1．计计算算简简图图沿隧隧道道纵纵向向截截取取lm作为为计计算算单单元元，，将将空空间间结结构构问问题题简简化化成成单单位位延延米米的的平平面面变变形形问问题题进进行行分分析析。。并并且且一一般般情情况况下下，，不不考考虑虑支支托托的的影影响响，，同同时时可可认认为为连连接接点点是是刚刚性性的的，，结结点点处处无无相相对对位位移移。。隔墙墙的的刚刚度度较较顶顶底底板板的的刚刚度度小小，，可可以以近近似似假假定定隔隔墙墙不不承承受受弯弯矩矩，，仅仅承承受受轴轴力力，，即即可可视视为为一一根根链链杆杆（（二二力力杆杆））。。明挖挖隧隧道道结结构构计计算算简简图图（a）一一实实际际结结构构；；（（b）一一计计算算简简图图2．假假定定截截面面尺尺寸寸3．计计算算方方法法闭合合框框架架一一般般可可采采用用位移移法法计计算算，当当不不考考虑虑线线位位移移影影响响时时，，可可用用力矩矩分分配配法法，有有线线位位移移时时，，则则可可按按力法法－－力力矩矩分分配配法法结结合合的的计计算算方方法法，也也可可使使用用计算算机机进行行计计算算。。一般般可可采采用用类比比法法或或近近似似计计算算方方法法，经经内内力力计计算算若若不不满满足足所所设设截截面面，，则则重重作作假假定定。。4．设设计计弯弯矩矩、、剪剪力力及及轴轴力力的的计计算算结点点的的计计算算弯弯矩矩和和设设计计弯弯矩矩（右右端端结结点点））（左左端端结结点点））符号号规规定定：：杆件件内内缘缘受受拉拉时时弯弯矩矩为为正正；；使使截截面面沿沿顺顺时时针针方方向向转转动动的的剪剪力力为为正正。。对于于剪剪力力不利利截截面面位位于于距距墙墙的的边边缘缘一一段段距距离离处处（（即即约约离离支支座座边边缘缘0.65h0处））静载载引引起起的的设设计计轴轴力力结点点的的计计算算轴轴力力和和设设计计轴轴力力特载载引引起起的的计计算算轴轴力力（三三））截截面面计计算算控制制截截面面：：指内内力力最最大大或或所所需需配配筋筋最最多多的的截截面面。。一一般般情情况况下下为为支支座座及及跨跨中中处处。。（四四））抗抗浮浮验验算算三、、构构造造要要求求1．配筋形式横向受力钢筋纵向分布钢筋2．混混凝凝土土保保护护层层隧道道衬衬砌砌结结构构相相对对湿湿度度较较高高，，受受力力钢钢筋筋的的保保护护层层最最小小厚厚度度比比地地面面结结构构增增加加５５－－１１００mm，一一般般墙墙板板为为２２００mm－３３００mm，梁梁、、柱柱为为３３００－－４４００mm，基基础础有有垫垫层层时时为为35mm，无无垫垫层层时时为为70mm。3．横横向向受受力力钢钢筋筋横向向受受力力钢钢筋筋最最小小配配筋筋率率应应符符合合有有关关规规定定。。受压压钢钢筋筋的的配配置置原原则则要要求求细细而而密密，，不不得得过过粗粗、、过过稀稀，，优优先先采采用用点点焊焊片片架架。。4．箍箍筋筋5．隧隧道道的的纵纵向向分分布布钢钢筋筋纵向向分分布布钢钢筋筋的的截截面面面面积积应应不不小小于于受受力力钢钢筋筋截截面面面面积积的的10％，，配配筋筋率率不不小小于于0.10％。。纵纵向向分分布布钢钢筋筋应应在在沿沿框框架架周周边边各各构构件件的的内内外外侧侧和和内内墙墙两两侧侧布布置置，，其其间间距距可可采采用