地下结构复习总结.ppt

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1、地 下 结 构 与 技 术,主讲教师：肖 明,复习总结,第二章 地下结构特点,第三章 明挖法,第五章 盖挖逆筑法,第七章 浅埋暗挖法,第八章 盾构法,第九章 顶管法,主要内容,第一章 绪论,第十章 沉管法,第四章 基坑支护,第六章 新奥法,第十一章 沉井法,第十二章 桩基,第一章 绪论内容：地下结构基本概念地下空间发展历史地下空间开发成就地下空间开发动因地下空间开发意义,1-1 地下结构基本概念,一、地下结构：埋在地下的建筑结构 定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。,1-1 地下结构基本概念,二、地下工程分类：1、工业民用：

2、地下工厂、地下住宅 2、商业娱乐：地下商场、地下体育馆等 3、交通运输：交通隧道、地铁、地下停车场等 4、水利水电：水工隧洞、地下发电厂 5、地下矿场：地下巷道、采矿运输等 6、地下仓库：食物、水、石油、气、核废料 7、人防工程：地下飞机库、军舰库、地下核军事等 8、地下市政：给排水、垃圾处理、管线工程等、9、其他地下工程：地下物流、特殊建筑。,1-1 地下结构基本概念,三、地下结构布置 布置型式：水平，倾斜（斜井）竖直（竖井）；布置深度：分成浅埋和深埋两种。四、结构型式：方形、城门洞形、圆形、卵形、拱形 结构型式主要由受力条件来控制，即在一定地质条件的土水压力下和爆炸与地震等动载下满足稳定的

3、合理经济型式。,1-2 地下空间的发展,人类对地下空间的利用经历了一个从自发到自觉的过程。整个过程的四个时期：1、远古：人类出现公元前3000年 2、古代时期：公元前30005世纪 3、中世纪时期：5世纪14世纪 4、近代时期：15世纪现在,结论：地下工程与人类的生活发展紧密相关，但停留在一种自发行动上。如何合理地利用地下空间是关系到人类生存的大计。,地下空间的发展变革,1-3地下空间的发展现状,一、世界的发展二、中国发展情况三、中国地下工程取得的成就 中国在铁路、公路、地铁、水工隧洞、地下厂房取得了令人瞩目的成果。,14 地下空间开发的动因,动因：建立可持续发展战略-第四次地下空间开发浪潮的

4、中心内容原因：世界经济“畸形”发展，导致环境日益恶化因素：人口爆炸：资源剧耗：土地沙化，耕地减少：温室效应:环境污染：,15 地下空间开发的意义,可持续发展的必由之路开发地下空间1、活动空间2、洁净能源3、改善环境4、增加耕地降低高层结论：开发和利用地下空间，给人类和城市带来巨大的生机。是解决人类生存和发展的重要途径。,第二章 地下结构的特点内容地下结构的复杂性城市地下工程基本特点地下工程可持续性发展地下工程施工的基本方法地下与地面工程对比思考,21 地下工程的基本特点,1 地面工程是以大地为基础，地基承载；地下工程是以岩体为基础，围岩承载。2 地面工程材料为主体，材料强度是关键；地下工程支护

5、为主体，加固支护是关键。3 地面工程是浇筑浆砌而成，施工方便；地下工程是开挖掘进而成，施工复杂。,22 地下工程的复杂性,1 地质勘探的复杂性2 影响地下工程洞室围岩稳定因素的复杂性3 地下工程洞室空间结构复杂。4 地下工程设计和分析计算的复杂性5 地下厂房开挖扰动机理复杂。,2-3 城市地下工程的基本特点,1、可为人类的生存开拓广阔的空间2、具有良好的热稳定和密闭性3、具有良好的抗灾和防护性4、社会、经济、环境等多种综合效益5、施工条件复杂，施工难度较大基本属性：1、综合性，2、社会性，3、实践性：4、技术、经济、艺术和环境的统一性,24 地下空间持续性发展问题,地下工程有利地面的自然环境保

6、持，但改变了原有的工程地质环境，必须考虑地下工程自身的持续发展。一、充分考虑地下工程不可逆性，需认真规划，考虑未来发展。二、地下开挖引起的破坏 三、考虑地下空间的废弃和远期回收。四、地下结构自身的抗灾能力和建筑垃圾处理,第三章 明挖施工工程,31 明挖法概述一、明挖法的概念二、明挖施工方法 护坡桩法明挖、敞口放坡明挖、旋喷护坡明挖、槽壁支护明挖。三、明挖优缺点,32 敞口放坡法,定义:敞口开挖是指不采用支撑而采用直立或放坡施工进行开挖的基坑工程。一、坡度设计二、敞坡开挖分类：一般、排水、降水放坡开挖三、放坡开挖坡度确定四、边坡失稳的防止措施：修坡、护面、加固、设桩，,前提,33 边坡的排水与降

7、水,目的：降低地下水是基坑加固的一种方法。条件：明挖时，当基坑低于地下水位时，必须降低地下水。方式：(1)地面排水;(2)集水井排水或降水渗透破坏：（1）流土破坏；（2）管涌破坏防止措施：（1）抢挖法；（2）水下挖土法；（3）打钢板桩或作地下连续墙法；（4）在枯水季节开挖；（5）井点降水法,一、轻型井点二、喷射井点三、管井井点四、深井井点五、电渗井点六、降水对周围地面的影响的预防措施(1)回灌井点法(2)设置止水帷幕法(3)减缓降水速度法,34 井点降水法,第四章 深基坑支护,第一节 概述一、基本概念和发展二、基坑支护的功能:挡土；止水三、基坑支护的分类:支护型:板桩墙、排桩、连续墙、内支护、

8、锚杆 加固型:水泥搅拌、高压旋喷、注浆和树根桩等。挡墙结构:重力式挡墙支护结构和非重力 支撑结构:自稳、悬臂、内撑、拉锚、土钉墙、环梁护壁、其它形式支护结构。,当基坑深度较大，悬臂挡墙的强度和变形不能满足要求时，需增设支撑系统。支撑系统是为保证挡墙稳定而增加的附加结构。按支护性质分，其类型有:放坡自稳悬臂支护基坑内支撑基坑外拉锚（顶部拉锚土层锚杆拉锚）其他支护,第二节 基坑支撑结构类型,（一）钢板桩 1.槽钢钢板桩 2.热轧锁口钢板桩 3.型钢横挡板挡墙（二）钢筋混凝土板桩（三）钻孔灌注桩挡墙（四）H型钢支柱（或钢筋混凝土桩支柱）（五）深层搅拌水泥土桩挡墙（六）旋喷桩帷幕墙（地下连续墙）,第三

9、节 挡墙支护结构类型,第四节 非重力结构支护计算,一.支护结构的形式和设计依据二、非重力式支护结构挡墙的破坏包括：强度破坏：支撑压曲、底部隆起、弯曲破坏 稳定性破坏：墙后土体滑动、挡墙倾覆、坑底隆起、管涌破坏三、非重力式支护结构计算1、支护结构承受的荷载2、非重力式支护结构计算状态3、支护桩墙的计算4、支护结构的内力计算方法,第五节 重力结构计算,支护结构的形式和计算依据重力式支护结构的破坏：强度破坏：水泥土抗剪强度不足，产生剪切破坏；稳定破坏：倾覆、滑移、土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌三.重力式支护结构计算内容：1、滑动稳定性验算 2、倾覆稳定性验算 3、土体整体滑动验算 4、坑底隆起验算

10、 5、管涌验算,第六节 支护结构施工,钢板桩施工钻孔灌注桩挡墙施工深层搅拌水泥土桩墙施工提高挡墙支护能力的措施1.卸载；2.加筋；3.起拱；4.挡墙变厚度。,第五章：盖挖逆筑法,51 概述一、盖挖法分类盖挖顺作法：是采用临时路面维持交通。盖挖逆作法：是采用结构顶板维持交通。半逆作法是：采用半明半暗法施工。二、盖挖建筑结构型式三、盖挖法的施工方式,52 浅埋的地下结构,概念：当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时，则为浅埋式结构.分类：浅埋的地下结构包括附建式的地下室结构（防空地下室）、隧道的引道结构和一般的浅埋结构。,5-3 地下连续墙设计,一、地下连续墙施工的发展二地下连续墙的概念三

11、、地下连续墙施工工艺流程四.地下连续墙的计算方法五、地下连续墙的计算内容,5-4 地下连续墙施工,一、连续墙施工的主要设备二、连续墙的泥浆材料 泥浆的作用：固壁、携渣、冷却和润滑三、地下连续墙的施工(一）施工机械(二）施工工艺（三）质量控制,逆作法施工1 逆作法施工工艺流程2 逆作法在我国的应用 3 逆作法的特点逆作法尚待解决的问题逆作法柱头插筋施工,5-5 逆作法施工工艺,第6章 新奥法与锚喷支护,6-1 新奥法概述一、新奥法简介新奥法要点：围岩有“自承”能力，开挖之后及时进行一次支护，然后视需要进行二次支护。最大限度地发挥这种自承能力，尽可能不扰动周边围岩。特点：支护都是柔性的，以适应围岩

12、的变形。二、锚喷支护三、新奥法与锚喷支护不能将新奥法等同于锚喷支护；锚喷支护是快速有效的支护手段，是新奥法的一部分，充分发挥围岩本身的作用，才能使新奥法得以实现。,6-2 隧道围岩压力的确定,一、围岩压力（1）概念开挖对围岩的扰动力，支护承担的围岩变形力，即围岩压力。（2）来源：初始地应力（3）产生：开挖扰动（4）大小：由控制围岩变形确定（5）确定：结构计算、数值分析,6-3 锚喷支护结构,一、锚喷支护的设计步骤围岩分类工程类比监测反馈修正调整稳定评价；二、锚杆支护的结构全长粘结型锚杆：端头锚固型锚杆；摩擦型锚杆；预应力锚杆；自钻式锚杆；三、锚杆的联结作用：悬吊、组合、加固、成拱作用四、喷射混

13、凝土支护作用：局部、整体稳定原理五、新奥法应用的要点：理解新奥法与锚喷支护 新奥法以及时的锚喷作为临时支护，称为一次衬砌，以二次支护作为结构衬砌。关键是适时支护。,2023/9/25,35,A、短台阶环形开挖留核心土法 拱部采用环形导坑开挖，利用核心土施压掌子面，下部开挖分台阶，也可先开挖两侧，保持中部岩柱不动，其核心是保持掌子面稳定。,6-4 隧道新奥工法应用,2023/9/25,36,B、CD法利用中隔壁（钢架+喷混凝土+临时锚杆）作为立柱承担竖向荷载，进行分区分步开外，以抑制围岩过大变形。,2023/9/25,37,C、CRD法利用中隔壁和横支撑将大跨或者大断面隧道分为若干块进行分部施工

14、，以控制围岩变形。,2023/9/25,38,D、双侧壁导坑法对大跨或者大断面隧道化大为小，进行分块开挖，两侧壁（钢架+喷混凝土+临时锚杆）作为立柱承担竖向荷载，以抑制围岩变形。,6-5 新奥法锚喷支护的计算,新奥法支护设计的主要方法有：a.以工程类比为基础的经验法；b.以现场测量为基础的监控法；c.以理论分析为基础的计算法；d.以上3种方法相结合的综合法。,第七章 浅埋暗挖法,7-1 概述一、概念：浅埋暗挖法：在特定条件下，不开挖地面，在浅埋地下进行开挖和修筑衬砌的隧道施工方法。二、优点：不影响交通和地面建筑。三、适用：含水量较小不宜明挖的地层，尤其是对地面沉陷要求较严的建筑物密集、交通繁忙

15、的情况。四、施工方法：管棚法、矿山法、盾构法和顶管法。,7-2 管棚施工法,管棚法称伞拱法。是在拟开挖的衬砌拱圈隐埋线上，预先钻孔安设惯性力矩较大的厚壁钢管，起超前支护。特点：地下工程开挖前，采用超前注浆管棚支撑土体结构，有效防止地面沉降，适用于大跨度和极破碎岩体地段。分类：短管棚（L1045m）；板棚（L10m）采用钢插板。,7-3 矿山施工法,矿山法：（从矿山开挖方法引入的方法）采用传统钻爆法和臂式掘进机开挖的方法。适用：各类岩层的地下工程（土层不采用）要点：施工是钻眼、光面爆破；支护钢木支撑和喷锚支护两种。锚喷支护特性：灵活性、及时性、密贴性、协同性、柔性、封闭性。钻爆开挖和喷锚支护施工

16、方法称“新奥法”。,第八章 盾构施工法,8-1 盾构法的基本概念1.盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，以一种类似用蛀虫爬行的盾构机械掘进开挖地下隧道的施工方法。2.优点：施工安全，不影响地面建筑、交通，震动和噪音小。3.缺点：引起地陷；土层隆起；土层扰动大。4.适用：松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道。,8-2 盾构分类和基本组成,一、盾构的基本组成 通常由盾构壳体和开挖系统、推进系统、拼装系统、出土系统等五大部分组成。二、盾构分类：手掘式；挤压式；网格式；机械式、半机械化盾构。三、盾构几何参数：盾构外径D和长度L、灵敏度L/D。四、盾构操纵和纠偏：轴线调整、纵坡

17、控制、阻力调整、旋转控制、盾尾注浆。,第九章 顶管法,9-1 顶管的基本结构一、顶管的基本概念：是采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能设备施工的顶管结构。二、适用：在松软或富水土层中的中小型管道。三、优点：无须挖槽或开挖土方，无须降水，施工速度快。四、设备：顶进设备、工具管、中继环、工程管及吸泥设备五部分。五、关键技术：方向控制、顶力大小及方向、土体的稳定、承压壁后靠结构及土体的稳定。,9-2 顶管工程设计,一、内容：工作井设置、顶管顶力估算、承压壁及土体稳定二、常用顶管工具管：手掘式、挤压式、泥水平衡式、三段两铰型水力挖土式和多刀盘土压平衡式等三、中继环：原理、构造、控制四、管道及其接口：钢管

18、接口一般采用承插、法兰、螺纹或焊接。,9-3 顶管法施工技术,一、顶管工作坑的开挖二、穿墙管和穿墙技术三、顶进与纠偏四、局部气压与冲泥技术五、减少顶进阻力措施六、顶管土体稳定验算,第十章 沉管法,10-1 沉管的基本概念一、沉管的发展二、沉管法的特点：沉管法全名叫预制管段沉埋法.三、施工步骤：管段预制，管段浮运、管段下沉、水下连接、内部装修。四、优点和缺点：地质适应强，水深范围大，空间利用率高、施工质量有保证，接缝数量少，运营费用较低，浅埋衔接容易，操作条件好。五、沉管隧道类型：圆形、矩形六、管段制作：船台型和干坞型,10-2 沉管的设计与施工,一、设计内容：几何设计，内部设计，施工设计。二、

19、沉管施工：预制场：管段制作，内部装修，管段浮运沟槽开挖：支座和地锚施工，管段沉没 水下连接，基础处理，管段接头，内部装修验收。引道及洞口建筑施工：机电设备安装 三、沉管结构设计内容：几何设计、通风设计、照明设计、结构设计、内装设计、给排水设计、供电设计、运营安全,10-3 沉管的接缝处理与防水,一、变形缝的布置与构造:一般为1520m左右。二、变形缝要求:1.能适应一定幅度的线变形与角变形。2.在浮运、沉设时能传递纵向弯矩。3.在任何情况下能传递剪力三、止水缝带:橡胶止水带四、管段外壁的防水措施:钢壳，钢板防水，卷材防水，涂料防水等,10-4 管段制作,一、干坞制作1、一次预制管段时的干坞：2

20、、分批预制管段时的干坞二、钢筋砼管段的制作与一般钢筋砼结构的制作工艺相同。考虑防水性和抗渗性。三、封墙:为了浮运,木料、钢材、钢筋砼制成四、压载设施:考虑水箱容量与下沉力要求，干舷大小五、检漏与干舷调整：注水检漏合格，放空压水箱，浮起管段。,10-5 沉管的沉设与连接,根据施工方式不同分为,一、管段沉设方法,二、沉管下沉作业：准备、就位、分段下沉、靠拢下沉、着地下沉。三、水下连接：对位拉合压接拆除端封墙四、管段接头：刚性接头、柔性接头五、沉管基础：基础条件要求较低，处理方法垫平,10-6 基础处理垫平,一、沉管隧道的基础处理方法：大体上分为先铺法和后填法两大类；先铺法有刮砂法，刮石法等；后填法

21、有灌囊法，压浆法，压砂法等。二、软弱土层上的沉管基础（1）以粗砂置换软弱土层；（2）打砂桩，并加荷预压；（3）减轻沉管重量（4）采用桩基。,第十一章 沉井法,11-1 概述一、沉井优点和适应范围沉井：是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。优点：占地小，可靠、开挖小，投资少、操作简便。范围：桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。二、沉井的分类：陆地沉井和浮运沉井；独立沉井和连续沉井；圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等；混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。三、沉井的设计原则：结构简单，受力合理，施工方便。四、沉井的施工步骤：分节制作，分段下沉；一次制作一次下沉。,11-2 沉井构造,沉井组成：刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板,11-3 沉井结构设计计算,一、下沉系数计算二、沉井底节验算三、沉井井壁计算四、沉井刃脚验算五、沉井封底计算六、沉井抗浮稳定验算七、沉井下沉对周围环境的影响,11-4 沉井施工,一、沉井的制做一次制作一次下沉。分节制作，多次下沉分节制作，一次下沉。二、连续沉井施工,