地下空間工程 教學(xué)課件 ppt 作者 劉勇 第二十六講

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1、城市地下工程第二十講地下空間工程施工劉劉 勇勇 教授教授石家莊鐵道大學(xué)石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院土木工程學(xué)院 一、盾構(gòu)法施工過程二、盾構(gòu)法施工注意事項(xiàng) 一、地面沉降機(jī)理二、建筑物保護(hù)技術(shù)五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （一）（一）地面沉降的原因地面沉降的原因 地層原始應(yīng)力狀態(tài)的變化； 地下水位的變化； 盾尾空隙充填壓漿不足； 盾構(gòu)為修正蛇行和在曲線上推進(jìn)而進(jìn)行超挖，也會(huì)使周圍土體松弛范圍擴(kuò)大助長(zhǎng)了地表下沉。 襯砌變形； 受撓動(dòng)土體的固結(jié)。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （二）土體位移的機(jī)理（二）土體位移的機(jī)理 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施

2、工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 第一階段：盾構(gòu)到達(dá)前的超前沉降盾構(gòu)到達(dá)前的超前沉降 第二階段：盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的隆沉盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的隆沉第三階段：盾構(gòu)通過時(shí)的沉降盾構(gòu)通過時(shí)的沉降 第四階段：盾尾通過后的隆沉盾尾通過后的隆沉 第五階段：后續(xù)沉降后續(xù)沉降 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （三）地層位移變形的分布及影響范圍（三）地層位移變形的分布及影響范圍圖22-1-2 地基位移的分布(沖積粘性土地基)圖22-1-3 地基位移的分布(沖積砂性地基)五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 盾

3、構(gòu)施工引起的土體變形，其縱面影響范圍，在盾構(gòu)盾構(gòu)施工引起的土體變形，其縱面影響范圍，在盾構(gòu)前方約前方約( (D Dhtghtg4545) )范圍內(nèi)范圍內(nèi)( (h h為地表至盾構(gòu)底的深度，為地表至盾構(gòu)底的深度，D D為盾構(gòu)直徑為盾構(gòu)直徑) )。在粘性土地層，其縱向影響范圍為一夾。在粘性土地層，其縱向影響范圍為一夾角為角為4545的斜直線；而在砂土地層，其縱向影響范圍呈的斜直線；而在砂土地層，其縱向影響范圍呈一鼻形曲線，深層土體的范圍與粘性土相同，而表層土一鼻形曲線，深層土體的范圍與粘性土相同，而表層土體要小于粘性土。體要小于粘性土。從橫向影響范圍來看，粘性地層影響范圍為隧道軸線從橫向影響范圍來看

4、，粘性地層影響范圍為隧道軸線兩側(cè)兩側(cè)(D/4(D/4htg45htg45) )；砂性地層影響范圍要小些，約為；砂性地層影響范圍要小些，約為(D/4(D/4hcot60hcot60) )。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)（四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)(1)Peck公式 圖22-1-5 隧道上部沉降橫斷面形狀(peck1969)2exp(22(max)(ixSSxiViVSss5 . 22)()(max)nRZKi)2( 1 . 038. 0 1 . 143. 0ZiZi非粘性土：粘性土：)()(2 )()(221)(iyyiyyiViyyiyy

5、iVSlillily2574. 2max)2(6242.140RZS)2/8655. 2exp(032. 1maxRZS1556. 1maxQFS4223. 7)2ln(173.120806.29RZSnRZRKW)2(5 . 1五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)（四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)(2)彈性介質(zhì)的有限元分析法ciisisHHEEciisiHH)21(103 . 224DHEsDHh36五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地

6、面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)（四）地層位移的計(jì)算和預(yù)測(cè)(2)彈塑性介質(zhì)的有限元分析法彈塑性介質(zhì)有限元法估算盾構(gòu)施工引起的地彈塑性介質(zhì)有限元法估算盾構(gòu)施工引起的地表沉降，能更好地反映土體特性對(duì)地表沉降表沉降，能更好地反映土體特性對(duì)地表沉降的影響，考慮了土體本身的壓縮性、剪脹性的影響，考慮了土體本身的壓縮性、剪脹性等因素，并能反映出沉降前后土體的應(yīng)力變等因素，并能反映出沉降前后土體的應(yīng)力變化和土體位移情況等。但是，采用該方法時(shí)，化和土體位移情況等。但是，采用該方法時(shí)，確定合適的土體本構(gòu)和測(cè)定土體各種參數(shù)較確定合適的土體本構(gòu)和測(cè)定土體各種參數(shù)較困難。困難。（五）地表

7、沉降的監(jiān)測(cè)與控制（五）地表沉降的監(jiān)測(cè)與控制 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 （五）地表沉降的監(jiān)測(cè)與控制（五）地表沉降的監(jiān)測(cè)與控制 施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目a監(jiān)測(cè)地下水位的變化 b監(jiān)測(cè)土體變形 (a)地表變形觀測(cè) (b)地下土體沉降觀測(cè) (c)盾構(gòu)各個(gè)襯砌環(huán)脫出盾尾后的沉降觀測(cè) (d)盾尾空隙中坑道周邊向洞內(nèi)位移觀測(cè) (e)對(duì)附近建筑物的觀測(cè) 五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 (2)地表沉降的控制 減少對(duì)開挖面地層的撓動(dòng) a施工中采取靈活合理的正面支撐或適當(dāng)?shù)耐翂褐祦矸乐雇馏w坍塌，保持開挖面土體的穩(wěn)定。 b在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格控制開挖面的出土量，防止超

8、挖。 c控制盾構(gòu)推進(jìn)一環(huán)的糾偏量，以減少盾構(gòu)在地層中的擺動(dòng)和對(duì)土體的撓動(dòng)。同時(shí)盡量減少糾偏需要的開挖面局部超挖。 d提高施工速度和連續(xù)性。五五盾構(gòu)法施工盾構(gòu)法施工地面沉降機(jī)理和防治地面沉降機(jī)理和防治 (2)地表沉降的控制 做好盾尾建筑空隙的充填壓漿 a確保壓注工作的及時(shí)性，盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時(shí)間，以防止地層坍塌。 b確保壓漿數(shù)量，控制注漿壓力。 c改進(jìn)壓漿材料的性能。 (1)建筑物保護(hù)技術(shù) 保護(hù)對(duì)象的確定 a對(duì)已有建筑物和地下管線進(jìn)行調(diào)查。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)圖6-5-24 基底壓力擴(kuò)散示意圖S=Z+2.8RZ2.8RR2RS=R+2.8R45b

9、確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)地表變形對(duì)建筑物的影響地表變形對(duì)建筑物的影響l地表均勻沉降地表均勻沉降l地表不均勻沉降地表不均勻沉降( (傾斜傾斜) ) l地表曲率地表曲率 l地表水平變形地表水平變形 b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)建筑物的保護(hù)等級(jí)和允許變形建筑物的保護(hù)等級(jí)和允許變形b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)建筑物的保護(hù)等級(jí)和允許變形建筑物的保護(hù)等級(jí)和允許變形六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)b確定已有建筑物的容許量

10、六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)地表變形對(duì)建筑物的影響地表變形對(duì)建筑物的影響b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)地表變形對(duì)管線的影響地表變形對(duì)管線的影響地下管線一般可分為剛性管線和柔性管線兩類。地下管線一般可分為剛性管線和柔性管線兩類。煤氣管、上水管及預(yù)制鋼筋混凝土電纜管等通常煤氣管、上水管及預(yù)制鋼筋混凝土電纜管等通常采用剛性接頭，屬于剛性管道，地層移動(dòng)不大時(shí)采用剛性接頭，屬于剛性管道，地層移動(dòng)不大時(shí)可正常使用，地層移動(dòng)幅度超過一定限度時(shí)則將可正常使用，地層移動(dòng)幅度超過一定限度時(shí)則將引起管道斷裂破壞。采用承插式接頭和橡膠墊板

11、引起管道斷裂破壞。采用承插式接頭和橡膠墊板加螺栓連接接頭的管道，如常見的下水管道等。加螺栓連接接頭的管道，如常見的下水管道等。接頭轉(zhuǎn)動(dòng)角度及管節(jié)中的彎曲應(yīng)力小于允許值時(shí)，接頭轉(zhuǎn)動(dòng)角度及管節(jié)中的彎曲應(yīng)力小于允許值時(shí)，管道可正常使用，否則也將產(chǎn)生斷裂或泄漏，影管道可正常使用，否則也將產(chǎn)生斷裂或泄漏，影響使用。響使用。b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)地表變形對(duì)管線的影響地表變形對(duì)管線的影響剛性接頭剛性接頭柔性接頭柔性接頭b確定已有建筑物的容許量 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)柔性接頭縱向受力柔性接頭縱向受力柔性接頭橫向受力柔

12、性接頭橫向受力 c估算已有建筑物由于盾構(gòu)施工可能產(chǎn)生的變形量。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)(1)建筑物保護(hù)技術(shù) 保護(hù)技術(shù) 可采用基礎(chǔ)托換、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等直接法和地基加可采用基礎(chǔ)托換、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等直接法和地基加固、隔斷法、凍結(jié)法等間接法二大類。固、隔斷法、凍結(jié)法等間接法二大類。 六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)洞內(nèi)樁基托換洞內(nèi)樁基托換第一步 超前支護(hù)、開挖和支護(hù)初期支護(hù)第二步 植筋、初期支護(hù)樁上植筋第三步 剝樁、托拱初期支護(hù)第一層托拱第四步 斷樁、托拱初期支護(hù)第一層托拱第二層托拱圖6-4-21 樁基托換施工示意圖六六盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)盾構(gòu)穿越建筑物時(shí)的保護(hù)技術(shù)隔斷樁施工隔斷樁施工圖6-4-13 風(fēng)道開挖施工工序分部-50-25-20-15-10-50510152025樓房風(fēng)道圖6-4-14 有隔斷樁段最終地表沉降與風(fēng)道、樓房結(jié)構(gòu)關(guān)系隔斷樁測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)/m地表下沉/mm -10-20-15