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1、城市地下工程,概述,1、地下工程是一项风险性工程，是一门综合性很强的新型学科，它涉及工程地质、土力学、基础工程、结构工程、结构力学、施工技术、土与结构的共同作用以及环境岩土工程等多门学科，是理论上尚待进一步发展的具有综合性和交叉性的技术学科。,2、地下工程分临时性和永久性两种，其影响因素及不确定性因素很多，例如地质条件、水文情况、具体工程要求、气候变化、施工顺序及管理、场地周围环境等等。,3、地下工程的设计与施工既要保证整个支护结构在施工过程中（对于永久性的还包括使用期）的安全，又要控制支护结构及其周围土体的变形，保证周围环境（相邻建筑物及地下公共设施等）的安全。,4、在保证安全前提下，设计要
2、合理，又能节约造价、方便施工、缩短工期。要提高基坑工程的设计与施工水平，必须正确选择土压力、计算方法和参数，选择合理的支护结构体系，同时还要有丰富的设计和施工经验。,一、大规模地下工程建设,城市地铁,庆典工程,越江隧道,上海地铁,至2010年，将有11条线路，运营里程超过400公里，将共有280车站投入使用。基本形成“中心城十字加环、中心城三横六纵、外围区八向辐射”。,北京地铁,国内城市轨道交通近期规划,目前全国48个百万人口以上的大城市已有30余个城市开展了城市轨道交通的前期工作，近期规划约1700km的线路，总投资近6000亿元!,越江隧道,上海将从07年开始建造10项越江隧道工程，加上已
3、建成3条公路隧道、2条地铁隧道和1条观光隧道，和正在建设的3条公路隧道工程和2项地铁隧道工程，全部建成后，黄浦江越江交通隧道将达到20多条，数量超过世界上其他拥有越江隧道的任何一个城市。,长江及支流：65条,黄河：12条,珠江：8条,海河：5条,目前全国已建或在建的各种越江跨河隧道的数量已经接近一百条！包括三条跨海隧道。,厦门翔安海底隧道,青岛海底隧道,大连海底隧道,青岛海底隧道,大连海底隧道,黄河：12条,海河：5条,海河：5条,青岛胶州湾海底隧道工程概况,胶州湾隧道位于团岛和薛家岛之间；主隧道长度约6170米，跨越海域总长度约3950米。,10,本项目全长8.695km，其中 跨海隧道长5
4、.95km，按双向六车道高等级公路标准设计，采用钻爆法施工，工程概算31.97亿，预计工期4年。,工程概况,五通立交,隧道起点K6+540,竖井K7+850，直径8.5m，深约45m,隧道终点K12+485,竖井K11+250，直径8.5m，深约45m,西滨互通,服务、管理区,施设采用E线（5.95km海底隧道）,起点K5+909,终点K14+647,超浅埋：进洞埋深不到5m，覆跨比小于0.6，属于超浅埋地段；大跨扁平：开挖跨度达17m、高度12m，开挖支护难度大；大断面：开挖断面高达170m2，为海底隧道首次采用；孤石：隧道开挖中不断遇到孤石，有的侵入半个开挖断面；风化深槽：海域段要穿过F1
5、、F2、F3、F4等四条风化深槽；多条竖向岩脉：要穿越几十条竖向岩脉；全强风化地层：陆域及浅滩段要穿过1217m全、强风化地层；富水砂层：浅滩要穿过450米富水砂层，砂层侵入隧道界限；长距离独头通风及反坡排水：独头通风距离达千米以上。,重庆渝中地下高速公路规划,地下快速路,上海浦东新区国内首条共同沟,容电力电缆、通讯电缆、给水管道和燃气管道于一体,地下综合管廊,庆典工程,庆典工程,世博轴,世博电力管道,500KV变电站,国际博览中心,世博轴是世博园区最大的单体项目，长1045m，宽地下99.5m-110.5m,地上80m。基地面积13.6万m，总建筑面积25.2万m，总造价近30亿.,地下变电
6、站为全地下(4层)工程,地下建筑外径130m,开挖深度34m,采用逆作法施工。,该工程基坑开挖深度32m,采用厚度为1.2m的地下连续墙和钢筋混凝土支撑作为支护体系。,二、地下工程发展趋势,深,武汉阳逻长江大桥南锚碇基坑直径70m，开挖深度60m,采用厚度为1.2m的地下连续墙。,东京湾隧道川崎人工岛作为盾构工作井和隧道风井。采用地下连续墙围护，地下墙深度119m，壁厚2.8m。圆形竖井直径103.6m，底板在海平面以下70m处。,日本东京湾隧道工作井（90M）,雅砻江锦屏水电站,2100m,1920m,1885m,1600m,1730m,500m,上海地铁1号线全长16.1公里，设13座车站
7、，锦江乐园站、新龙华站为地面站，余为地下站。此外，设地面车辆段1处，地下主变电站2座，牵引变电站7座，控制中心1座。区间隧道单线长18.5公里。征借地69.8公顷，建动迁房屋53万平方米，动迁居民5800户，单位304家。工程总概算人民币53.9亿元。,二、地下工程发展趋势,深,大,烟台国际博览中心总建筑面积15.8万平方米，其中地上面积13.8万平方米，地下建筑面积2万平方米。是山东省内规模最大、档次最高的会展场馆。,位于北京市西城区金融街中心地区，东起太平桥大街，西止月坛南、北街，南至广宁伯街，北至武定侯街，总占地面积约103公顷，是北京市拟建的城市建筑群下地下空间开发和应用工程的最大项目
8、。,北京金融街地下综合体规划,中宇地标项目基坑呈半闭合弧状，作为苏南第一大基坑，外弧总长度776米,局部深度达20余米，占地面积约3.2万平方米，支护采用双排架加斜抛撑、预应力锚杆及土钉护坡的支护体系,二、地下工程发展趋势,深,大,近,市长大厦基坑深约9.0米，采用地下连续水泥土钢管墙及锚索联合支护形式，距离西侧商住楼仅为4.0米。,三水佳苑基坑深约11.0米，采用排桩及锚索联合支护形式，距离西侧商住楼约为6.0米。,莱西月湖豪庭基坑深约7.0米，采用排桩及锚索联合支护形式，距离北侧暖气管道2.5米。,振华国际基坑深约14.0米，采用排桩及锚索联合支护形式，距离南侧居民楼仅2.5米。,典型敏感
9、环境条件,工程规模大,开挖深度深,地质条件差,周边环境复杂,施工工序繁琐,施工周期紧,险,风险大,隐患多,事故频发,二、地下工程发展趋势,深,大,近,险,近年来随着工程规模的增大，地下工程事故呈现出数量激增、来势汹汹、损失惨重之特点。必须采取可靠措施加以防范。,近年来城市地下工程事故,北京十号线苏州街隧道塌方(2007-3-28),2007年3月28日上午9点30分左右，北京市地铁10号线2标段施工过程中，施工断面发生局部塌方和导洞拱部产生环向裂缝的险情时，作业人员实施抢险，发生二次塌方，造成6人死亡。,南京地铁2号线事故(2007-5-28),2007-5-28日8时左右，位于南京市水西门大
10、街和纪念馆东路交叉口的地铁2号线茶亭站西基坑东端土体发生滑坡，2人死亡，滑坡土方约500立方米。,广州海珠城广场基坑坍塌(2005-7-12),2005年7月12号中午12点左右，广州海珠区江南大道海珠城深基坑南边滑坡，导致三人死亡，四人受伤，地铁二号线停运，多家商铺被毁，一栋大楼被迫炸掉，三栋居民楼搬迁。,新加坡东北线地铁塌方(2004-4-20),2004年4月20日基坑突然发生坍塌，该起事故是新加坡有史以来发生的最为严重的地铁事故，造成人死亡，另有3人受伤和3人失踪。失踪者中有名是中国籍工人。坍塌路面长100米、宽150米。,2007年11月20日，南京中和村站元通站区间 右线盾构进洞时
11、涌水，地面塌陷，一台新买的盾构机被埋，损失过亿。,南京地铁二号线盾构事故（2007-11-20）,经济损失最大之地铁事故,上海地铁四号线事故(2003-7-1),人员伤亡最惨重之地铁事故,杭州地铁一号线塌方(2008-11-15),杭州地铁1号线湘湖站2008年11月15日发生基坑坍塌事故，造成17人死亡，4人失踪，24人受伤的重特大安全生产事故，为我国地铁建设史上伤亡最为严重的事故。目前已确定有8人将被追究刑事责任，15人将受到政纪处分，吊销相关企业资格证等。,上海地铁四号线事故,新加坡LTA事故,南京地铁事故,广州地铁事故,杭州地铁事故,武汉长江隧道事故,近年来工程事故,无知无畏的典型案例
12、！,上海莲花南路楼房倒塌,地下工程支护设计与施工,1、地下工程设计依据,工程地质调查水文地质调查地下障碍物调查周围环境的调查拟建工程相关建筑结构图纸,一、地下工程支护设计,1.1基坑工程的等级,基坑工程根据其重要性及其破坏后的危害程度（包括对主体工程和环境的危害程度、危机人的生命安全、造成的经济损失和社会影响的严重性等）分成不同的安全等级。建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）中对基坑侧壁安全等级分类如下：,1.2场地地质情况,主要包括工程地质资料和水文地质资料。工程地质资料如场地土层分布情况、层厚、土层描述、地质剖面以及土层物力、力学、渗透性指标等；水文地质资料包括地下水位、承压水情况等
13、。,1.3周围环境资料,周围环境条件是选择方案、确定围护结构位移、基坑稳定安全系数控制标准等工作的重要依据。在对基坑围护结构进行设计之前，要仔细调查基坑邻近地上地下构筑物情况，基坑周围道路情况、管线情况，浅层地下障碍物情况。对基坑周围邻近建筑物的分布情况、结构形式、基坑周围道路的交通情况、路基情况、路面结构及地上下煤气、上下水管道、电缆等的使用功能、位置、埋深等，浅层地下障碍物如废弃建筑物的桩或基础、废弃的人防工程等的分布做到心中有数。,1.4主体结构的设计资料,拟建结构的用地红线图、建筑平面图、剖立面图、地下结构图以及桩位布置图等是确定围护结构类型、进行平面布置、支撑结构布置、立柱定位等必不
14、可少的资料。,1.5施工条件,在考虑基坑围护方案、确定控制标准时，应充分注意到场地的施工条件，如场地为施工提供的空间，施工允许的工期，环境对施工的噪音、振动、污染等的允许程度以及当地施工所具有的施工设备、技术等条件。,常用的支护结构的型式有：2.1放坡开挖及简易支护；2.2重力式支护结构;2.3排桩支护结构；2.4地下连续砼墙；2.5土钉墙支护结构；2.6沉井支护结构；2.7冻结法支护结构；2.8其他形式支护结构：主要包括门架式支护结构；拱式组合型支护结构等。,2、支护结构的型式,2.1放坡开挖及简易支护,当地基土质较好，开挖深度不深以及施工现场有足够放坡场地的工程，可首先考虑放坡开挖。放坡开
15、挖一般费用较低。在放坡开挖工程中，为了增加边坡稳定性，减少挖土方量，常采用简易支护，如在坡角采用沙包草袋或块石堆砌挡土或在坡角采用短桩隔板挡土等。放坡开挖常辅以降低地下水位措施，以提高边坡稳定性。,2.2水泥土挡墙,水泥土重力式支护结构，由水泥搅拌桩组成，有时也采用高压喷射注浆法形成，常采用格构体系。水泥土与其包围的天然土形成重力式挡墙，保持基坑边坡稳定。,深层搅拌水泥土桩重力式支护结构常用于软粘土地区开挖深度约在7.0m以内的基坑工程。采用高压喷射注浆法施工可以在砂类土地基中形成水泥土挡墙。水泥土抗拉强度低，水泥土重力式挡墙宽度较大，适用于较浅的、基坑周边场地较宽裕的基坑工程，其变形也比较大
16、。,适用范围基坑侧壁安全等级宜为二、三级；水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150kPa；基坑深度不宜大于6m。特点无支撑，墙体止水性好，造价低；墙体变位大。,2.3排桩支护,排桩围护结构常采用钢筋混凝土钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩及钢筋混凝土预制桩、木桩、钢板桩等形式。,悬臂式围护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚度来实现挡土和控制边坡变形。悬臂式结构适用于土质较好、开挖深度较浅的基坑工程。,外拉式及内撑式结构适用于开挖深度较的基坑工程。,适用范围 适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；悬臂式结构在软土场地中不宜大于5m；当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕或地下
17、连续墙。特点 施工对周边地层、环境影响小。,按支护结构材料、工法分类,按支护结构型式分类,现浇钢筋砼桩,预制方、管、板桩,钢管、钢板桩,SMW工法,2.3排桩支护,悬臂式,内支撑式,拉锚式,地下连续墙,2.3.1现浇钢筋砼桩支护,(a)一字形相切排列,(b)交错相切排列,(c)一字形搭接排列,(d)间隔排列及防水措施,2.3.2预制板桩支护,2.3.3钢管、钢板桩支护,U形钢板桩,H形钢桩,钢管,Z形钢板桩,2.3.4悬臂式支护,从广义的角度来讲，一切没有支撑和锚固的支护结构均可归属悬臂式支护结构，如图：1所示。但仅仅指没有支撑和锚固的板桩墙、排桩墙和地下连续墙等支护结构。悬臂式支护结构常采用
18、钢筋混凝土排桩、木板桩、“钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙等型式。钢筋混凝土桩常采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩和预制桩等。悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯刚度来挡土和控制墙后土体及结构的变形。悬臂式支护结构对开挖深度十分敏感，容易产生大的变形，有可能对相邻建筑物产生不良的影响。这种结构适用于土质较好、开挖深度较小的基坑。,悬臂式围护结构示意图,内撑式支护结构由挡土结构和支撑结构两部分组成。挡土结构常采用密排钢筋混凝土桩和地下连续墙。支撑结构有水平支撑和斜支撑两种。根据不同的开挖深度，可采用单层或多层水平支撑，如图(a)，(b)，(c)所。当基坑面积大而开挖深度不大时，可采
19、用单层斜撑，如图(d)所示。内支撑常采用钢筋混凝土梁、钢管、型钢格构等型式。钢筋混凝土支撑的优点是刚度大，变形小，而钢支撑的优点是材料可回收，且施加预应力较方便。内撑式围护结构可适用于各种土层和基坑深度。,2.3.5内撑式支护,2.3.6拉锚式支护,当有足够的场地设置锚桩或其他锚固物时可采用地面拉锚，如下图所示。采用锚杆结构需要地基土提供较大的锚固力，因而多用于砂土地基或粘土地基。,2.3.7 SMW工法,SMW(Soil Mixing Wall)工法是采用多轴搅拌钻机在原地层中切碎土体，同时由钻机前端低压注入水泥类悬浊液与切碎土体搅拌充分混合形成止水性较高的水泥土柱列式挡墙，并按挡墙功能在墙
20、体中插入加强芯材料的一种地下施工技术。（亦称作劲性水泥土搅拌桩地下连续墙）,特点 强度大，止水性好；内插的型钢可拔出反复使用，经济性好。,型钢布置方式（a）、(f)全位“满堂”（b）、（g）全位“1隔1”(c)全位“1隔2”（d）半位“满堂”（e）半位“1隔1”,2.6 地下连续墙,地下连续墙(简称地连墙)是在地下挖一段狭长的深槽，在槽内吊入钢筋宠，浇灌水下混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，最后将这些墙段连接起来形成一道连续的地下墙壁。,地下连续墙按其成墙方式可分为：桩排式、壁板式和组合式，按挖槽方式可分为：抓斗式、冲击式和回转式。按墙的用途可分为：挡土墙、用作主体结构的一部分兼作临时挡土墙的连
21、续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙。,地连墙用途非常广，主要用作建筑物地下室，地下街道，地下停车场，市政沟道及涵洞，盾构工程的竖并，污水处理厂，水厂，泵站防渗墙，挡土墙，干船坞，地下油库，各种结构物基础。,特点 刚度大，开挖深度大，可适用于所有地层；强度大，变位小，隔水性好，同时可兼作主体结构的一部分；可临近建筑物、构筑物使用，环境影响小。,地下连续墙导墙施工,地下连续墙接头管放置,2.4土钉墙支护,“土钉”（Soil Nails，源自法文C1ouage deSol），就是置入于现场原位土体中以较密间距排列的细长杆件，如钢筋或钢管等，通常还外裹水泥砂浆或水泥净浆浆体（注浆钉）。,适用范围
22、,基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地；基坑深度不宜大于12m；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。,特点,无支撑；墙体变形小；造价低；施工速度快；宜承受较大的地面超载。,土钉,面板,土钉支护构造,2.5其他支护型式,2.5.1连拱式支护,钢筋混凝土桩同深层搅拌桩水泥土拱或由大直径的钻孔灌注桩和小直径灌注桩排列成拱型共同组合成的支护结构。水泥土抗拉强度很小，抗压强度较大，形成水泥土拱可有效利用材料性能。拱脚采用钢筋混凝土桩，接受水泥土拱传递的土压力。当挖深不太大时，也可在拱式结构中采用肋板，而不需内支撑。合理应用拱式组合型支护结构可支护较大开挖深度的基坑并能取得较好的经济效益。
23、,2.5.2沉井支护结构,采用沉井结构形成支护体系,2.5.3冻结法支护,2.5.4门架式支护,在工程中常用钢筋混凝土灌注桩、压顶梁和联系梁形成空间门架式支护结构体系。,冻结法支护对地基土适用范围广，但应考虑其冻融过程对周围的影响，电源不能中断，以及工程费用等问题。通过冻结基坑四周土体，利用冻结土抗剪强度高，止水性能好的特性，保持基坑边坡稳定，防止流砂、管涌的发生。,墙体相结合“地下连续墙两墙合一”施工阶段作为围护墙正常使用阶段作为 地下室结构外墙,水平构件相结合“结构梁板替代支撑”梁板体系无梁楼盖体系,竖向构件相结合“一柱一桩”或“一柱多桩”钢格构柱钢管混凝土柱型钢柱,3、支护与主体结构相结
24、合,4、止水、降水体系,4.1竖向止水帷幕,4.1.1水泥土搅拌法,深层搅拌法水泥土止水帷幕视土层条件可采用一排、两排或数排水泥搅拌桩相互搭接形成，相互搭接100300mm。适用于粘土、淤泥质土、粉土、粉砂等地基。,4.1.2高压旋喷法,适用于粘土、淤泥质土、粉土、砂土及碎石土等。,单独形成止水帷幕，采用单排旋喷桩相互搭接形成，或采用摆喷法形成。,与排桩共同形成止水帷幕。施工设备有单重管、二重管、三重管。,4.2水平向止水帷幕,通常采用钻孔注浆或水平高压旋喷相互搭接形成。,4.3降、排水方法,常用集水明排、井点降水。井点类型有单(多)层轻型井点、喷射井点、深井井点和电渗法。,为减少地下水位下降
25、对邻近建筑物及地下管线的影响，在基坑降水井与建筑物及地下管线之间设置回灌井点。,通过降、排水，在基坑土方开挖过程中，使地下水位保持在基坑底以下0.51.0m。若有承压水，应使深部承压水不致引起坑底突涌破坏。,降水井构造,基坑降水平面布置图,基坑内明沟排水,轻型井点降水,二级轻型井点降水,深井井点（管井）降水,深井井点（管井）降水,深井井点（管井）降水,5、支护结构的选型,降低挖土费用，节省工期，提高支护体系的可靠性,安全不仅指围护本身安全，而且要保证邻近建筑物和市政设施的安全和正常使用,经济不仅指工程费用，而且应采用综合分析，确定该方案是否经济合理,安全可靠,经济合理,施工方便,5.1支护结构
26、的选用原则,5.2支护结构的选型参考,h3.0m(半地下室),h=3-6.0m(一层地下室),h=6-9.0m(一二层地下室),h=9-12.0m(二三层地下室),h12.0m(三层以上地下室),1、自然放坡基坑施工,-5.00m,-5.50m,二、地下工程支护施工,2、拉锚式排桩基坑施工,-10.00m,-6.00m,-4.00m,-1.80m,-5.00m,-6.40m,-10.0m,-13.2m,3、内支撑式顺作法施工,4、内支撑式逆作法施工,1、32超前小导管超前预注浆加固地层，采用CRD法施工。开挖1号导洞并施做永久及临时初期支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,2、开挖2号导洞并施做永久及
27、临时支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,3、32超前小导管超前预注浆加固地层，开挖3号导洞并施做永久及临时支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,4、开挖4号导洞并施做永久及临时支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,5、开挖5号导洞并施做永久及临时支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,6、开挖6号导洞并施做永久及临时支护。采用锁脚锚杆加固墙脚。,初期支护施工：,1,3,2,4,5,6,5、地下通道施工,7、初期支护背后注浆。分段间隔拆除底部临时支撑，施作防水层，根据施工监控量测结果，必要时进行换撑施作底板、中板、下部边墙二次衬砌，预留钢筋、防水板接头。,8、分段间隔拆除剩余临时支撑，施作拱部、边墙防水层和二次衬砌，结构封闭成
28、环。进行二次衬砌背后注浆。,二次衬砌施工：,6、盾构法施工,三、地下工程支护设计程序,1、基坑支护方案设计阶段,地质报告完整版（电子版）及建筑红线总图（电子版）,地下室基础底板总平面图（带坐标电子版）,0.000的绝对高程及地下室底板垫层底高程,土建单位需要的工作面及挖土坡道的预留位置,基坑周围23倍基坑深度范围内建构筑物的具体位置、层数、基础类型、基础埋深、基础距基坑的净距等,基坑周围23倍基坑深度范围内雨、污水、给水、暖气、煤气及其它管线的类型、埋深、距离基坑的距离,土建单位的材料堆场、临时道路、塔吊距离基坑的位置以及荷载大小（临时道路上需考虑大型材料运输车）,建设单位对基坑支护设计的其它
29、殊要求,1、基坑支护方案设计阶段,建设单位,委托基坑支护设计单位,基坑支护设计单位的资质要求：基坑深度在10.0m以下的需要具有岩土乙级以上资质的单位设计；基坑深度在10.0m以上的需要具有岩土甲级或以上资质的单位设计,基坑支护设计方案,提供基坑支护设计方案的份数：六份，其中正本至少一份，,2、基坑支护方案评审阶段,基坑支护方案报审请示,经审查合格后的勘察报告6份（其中至少1份原件）,基坑支护设计方案6份,建设工程规划许可证复印件1份,方案设计合同或委托书（要体现周边环境）,边坡坡高或基坑开挖深度的23倍范围内相邻建筑物、构筑物、道路和地下管线等资料一份,基坑开挖深度2倍范围内的机具设备、临建设施、建筑材料、土石方等周边荷载情况一份,建设局科教设计科,2、基坑支护方案评审阶段,提交基坑支护设计施工图,3、基坑支护施工图评审阶段,提交基坑支护设计施工图两份,专家审查意见两份,设计施工图两份,
