矿大地下工程施工技术课程设计Word格式文档下载.docx
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段
PD1
EK2+214～EK2+241
27m
地下连续墙（厚1.0m、深40m）
PD2
EK2+241～EK2+266
25m
地下连续墙（厚1.0m、深36m）
PD3
EK2+266～EK2+290
地下连续墙（厚1.0m、深35m）
图1-1基坑剖面图
其中本施工小组负责本工程的PD1段的施工，本节段的情况由表及基坑平（剖）面图可看出，节段起始位置为EK2+214，终点位置为EK2+241，本节段长27m。
设计时采用地下连续墙围护结构，墙厚1m、埋深40m，属于深基坑范围。
其施工竖井断面为梯形，整条隧道设计的目的是连通昆明市中心与新建设的呈贡新区的新干线，东西走向布局，以此带动昆明市区到呈贡新区间的区域经济发展，同时也减缓城市中心区的人流与交通压力。
1.3工程地质
根据岩土勘察报告，结合现场踏勘以及实地地质钻探取岩样，得到场区场地地层分布及具体岩土参数（见下表1-2和表1-3）：
表1-2场区地层自上而下的分布情况
土层
编号
土层名称
土层描述
层底
标高
埋深
厚度
（m）
①1
人工填土
均有分布。
以杂填土为主。
含石子、砖块等，土质松散，局部区域下部为素填土，偶含植物根茎、有机质等。
3.20～
0.12
1.00～
4.00
②
褐黄~灰黄色粘土
局部缺失。
可塑～软塑，含铁锰质结核及氧化铁锈斑，夹少量粉性土，由上而下土质渐软，中～高压缩性。
1.24～
0.50
2.80～
4.50
0.50～
2.20
③
灰色淤泥质粉质粘土
流塑，不均匀，夹薄层、团状粉性土，在埋深5～6米处多以粉性土为主，高压缩性。
-4.57～
-7.28
8.70～
12.00
5.50～
8.40
④
灰色淤泥质
粘土
流塑，尚均匀，夹少量薄层、团状粉性土，含零星贝壳碎屑，局部为淤泥质粉质粘土，高压缩性。
-14.20～
-16.28
18.00～
20.60
7.60～
10.80
⑤1
灰色
软塑，尚均匀，含少量泥钙质结核、腐植质，夹少量粉性土，层下部多为粉质粘土，高～中压缩性。
-20.13～
-23.40
24.30～
27.40
5.30～
⑥
暗绿色粉质
可塑，含铁锰质结核及氧化铁斑点，夹少量粉性土，局部为粘土，下部有时为草黄色，中压缩性。
-23.93～
-26.50
28.10～
30.50
3.10～
5.00
⑦1-1
草黄色粘质粉土夹粉质粘土
湿，中密，欠均匀，含云母及氧化铁斑点，夹薄层粘性土，有时为可塑状粉质粘土，中压缩性。
-28.69～
-31.50
32.50～
35.60
3.50～
6.00
⑦1-2
草黄色砂质粉土
湿，密实，尚均匀，含云母及氧化铁斑点，一般由上而下颗粒渐粗，层下部多以粉砂为主，顶层有时为粘质粉土，中偏低压缩性。
-44.09～
-47.23
48.00～
51.00
13.50～
17.40
⑦2
灰色粉砂
部分孔揭示。
饱和，密实，尚均匀，含云母，局部呈粉性土，中偏低压缩性。
-61.64～
-61.94
65.50～
66.00
14.50～
17.00
⑧2
灰色粘质粉土
个别孔揭示。
湿，密实，欠均匀，含云母、少量有机质，夹薄层粘性土，局部为粉质粘土，中压缩性。
未穿
表1-3各地层土体性质
含水量
W
重度
γ
比重
G
孔隙比
e
液限
WL
塑限
WP
塑性
指数
IP
液性
IL
压缩
系数
av1-a
模量Es1-a
实测标贯击数
N63.5
（%）
KN/m3
g
－
％
Mpa-1
Mpa
击
33.0
18.4
2.73
0.940
38.7
21.4
17.3
0.68
0.45
4.65
39.4
17.6
1.127
36.5
20.7
15.8
1.29
0.62
3.71
49.5
16.8
2.75
1.392
44.4
22.8
21.6
1.24
1.10
2.23
36.7
17.8
1.060
38.4
21.2
17.2
0.91
0.58
3.88
24.8
19.5
0.717
35.1
18.6
16.5
0.37
0.26
6.90
27.6
18.9
2.72
0.796
34.7
20.0
14.7
0.52
0.24
7.76
29.6
29.1
2.70
0.839
0.16
12.52
41.7
25.8
19.0
2.69
0.756
0.13
13.35
70.1
28.8
2.71
0.850
0.25
8.01
53.7
1.4施工现场情况
本工程施工场地位于昆明市区东风西路和南屏街交汇处，两边有市政环城路附近有高层建筑物。
基坑周边空间较小，周边有地下管线和建（构）筑物。
基坑开挖面积大，周边环境复杂，有高层建（构）筑物，地下有需要保护的管线，且基坑开挖很深，施工工期短，施工工序复杂。
2工程重点及难点
2.1施工场地小
由于本工程的基坑是在现有路面以下开挖，所以为了不影响车辆的正常通行，本工程施工场地不能将原有道路的路面全部占用，仅将部分道路围起来作为施工用的场地。
因此施工现场空间较小，现场用于堆放废弃的泥渣与石渣、加工混凝土所需的原料、钢筋笼加工的场地都很有限。
由于现场的施工机械如龙门吊车、成槽机、吊车等体积都比较大，同时现阶段昆明正处于文明城市建设，白天不让运渣车辆出入市区，夜间方可运输废弃的泥土，因此要求必须要有足够大的空间用于泥土堆放。
在这样的条件下，施工场地的大小就会严重影响施工进度，并且有可能会增加工程的造价。
在上述种种条件的制约下，怎样合理的安排这有限的施工地，合理的组织施工机械进出场地，合理的安排各种施工工序的进行，都将是本工程能否完成预定目标的关键所在。
2.2超深地下连续墙施工
1）施工可能碰到的问题
本节段的连续墙的设计入土深度为40m，长度为27m，在连续墙的分类中属于超深地下连续墙的施工。
施工过程中，会碰到如下几个问题：
（1）钢筋笼的制作问题。
由于本工程现场施工场地受到道路宽度的限制，其最大宽度只能达到15m，较小的场地与较大的废弃碎石与废土的堆放空间都限制了钢筋笼制作场地的大小，由此可能造成钢筋笼不能一次成型，需要将钢筋笼分为几个部分加工制作后在组装在一起。
这样会造成钢筋笼整体性差，同时影响连续墙的整体强度。
（2）地下连续墙施工时，在成槽和钢筋笼吊装工艺上存在以下难点：
随地下连续墙深度的增加，成槽垂直度控制困难，抓斗每上下一次所需时间逐渐增长，一方面影响整体进度，另一方面使槽段因暴露时间太长而影响槽段稳定。
钢筋笼长、自重大，需要的起吊设备有足够大的起吊力，相应的投入也加大了。
同时起吊难度大，安全风险高。
（3）在基坑开挖时由于开挖深度深，地下连续墙入土深度为40m，所以在基坑开挖支护时所需的支撑围护结构所需的刚度强度都很大，这样不但增加了施工的投入，也增加了施工难度与施工的危险系数。
因此，应采取既经济又能满足超深基坑施工要求的支护结构和合理的施工方法。
2）解决问题的对策
为解决以上问题，本工程拟采取以下措施：
（1）改善泥浆质量及性能
本工程地下墙成槽将采用高性能的新型复合钠基膨润土拌制泥浆进行护壁，该新型泥浆具有良好的护壁性能，尤其是拥有极强的携砂能力，能够有效地控制沉渣厚度并降低接头夹泥的风险。
同时，将采用经过改良的泥浆分离系统对循环泥浆进行分离净化，确保泥浆的性能指标在施工的全过程中都能满足要求。
另外，在施工邻近建筑和管线的地下墙时，将与设计单位积极沟通，尽量缩小地下墙的分幅，一方面可以利用土拱效应控制槽段坍方，另一方面可以缩短各道工序的施工用时，有利于槽段的土体稳定。
（2）钢筋笼吊装
为降低超长超重钢筋笼在起吊过程中的变形和风险，地下墙钢筋笼将采用分段吊装，在槽段口对接后整体入槽的方法就位。
为提高对接速度，缩短吊装用时，同时满足机场的限高要求。
地下墙钢筋笼将采用接驳器对接。
（3）锁扣管顶拔
本工程地下连续墙全部采用锁口管柔性接头形式，超深地下墙接头装置要全部安全拔出存在着大量困难。
为在锁口管下节涂脱摩剂以减少顶拔过程中的摩擦力。
锁口管安放到位后，在其侧后回填小石子，防止混凝土的绕流。
通过采用经过改进的引拔机顶拔锁口管，其最大引拔能力达到628T，并在引拔机下方垫两根长6m的钢梁，将顶拔过程中的反作用力均匀散布到地面上。
在浇筑混凝土时制作小试块，作为顶拔开始的依据，安排专人严格按照操作规程进行顶拔，确保锁口管能够安全拔出。
2.3控制基坑变形与地面沉降,确保周边环境安全
在城市的建筑群区开挖开挖基坑时，查阅相关规范可以知道其对基坑的变形要求很高，而我们从已知的地质勘探资料可以得知，本基坑工程穿越的几个地层都是压缩性较强、含水量高的粘土层，地下水位也比较高。
现场踏勘情况表明，施工场地两旁有高层建筑，因此对基坑变形的控制与地面沉降的控制显得格外重要。
应根据设计图纸要求、结合场地工程地质资料，优先选择强度与刚度都能满足工程要求的支护结构型式控制基坑的变形，并选择合理的基坑施工方法。
按照“时空效应”理论组织施工，严格按照设计工况开挖与支撑，基坑开挖分段、分层、分单元实施，基坑分段以设计分段为准；
分层开挖以设计支撑位置顶部为层高，支撑全部抽槽安装，减少基坑无支撑暴露时间，严格控制变形。
在基坑开挖降水时，应加强地面沉降的测量，一天早中晚进行三次测量，如发现测量结果不能满足要求时，应及时采取相关措施，纠正错误。
制定突发事故应急预案，指定负责人，对监测报表进行分析、评价，并根据监测数据及时反馈到施工现场，做到信息化施工。
2.4场区地质条件与承压水降水
当地下水位高于基坑坑底高程时，开挖过程中可能造成基坑积水影响施工，扰动地基土，增加支护结构上的荷载，甚至发生渗透破坏。
当坑底弱透水层之下的含水层中有强承压水时，承压水可能引起基底土发生流土破坏。
为此常常要降低地下水位，但是单纯的抽取地下水，降低水位可能引起附近地面及建（构）筑物、管线的沉降与变形。
对本工程而言，由场区地质条件可知从②层粘土层开始有水的赋存，且存在承压水，故在基坑施工与主体结构施工中的降水与防水显得尤为重要。
本工程采用地下连续墙围护结构，如果连续墙的施工质量得到保障，同时保证各地下连续墙段间的接头的防水性能，则地下连续墙自身便能作为防水帷幕，从而大大节省对降水的投入。
在保障本工程地连墙的施工质量基础上，再结合电渗井点降水方法将基坑开挖范围内的水降到符合要求为止。
这样不但保证了工程的施工要求，防止过多降水而引起基坑周围附近建筑物不均匀沉降，也降低了由于降水而产生的费用。
2.5主体结构防水
主体结构的防水主要通过以下两种措施完成：
1）衬砌的抗渗：
合理提出衬砌的抗渗指标；
经过抗渗实验的混凝土的合适配合比，严格控制水灰比，一般不大于0.4，另加塑化剂以增加混凝土的和易性；
保障混凝土构件的最小混凝土厚度和钢筋的保护层厚度；
对于管片，振捣方式和养护条件的选择一定要合理；
严格产品质量的检验制度。
2）接缝防水：
保持永久的弹性状态和具有足够的承压能力，使之适应隧道长期处在“蠕动”状态产生的接缝张开和错动；
具有令人满意的弹性期龄和工作效能；
混凝土构件具有一定的粘结力，能适应地下水的侵蚀。
3工程总体筹划
3.1施工总体目标
为更好地指导本节段的工程施工，使工程有章可循、有理可依，本工程有如下五个总体的目标：
（1）质量目标
符合设计要求，满足国家规定质量标准，且一次验收合格，确保省（部）优质工程，争创鲁班奖。
（2）安全目标
达到“云南省建筑安全及文明施工标准化工地”的要求；
工程实施过程中不得发生重大的安全事故和管线事故，特别是人身伤亡事故。
（3）工期目标
确保招标文件规定合同期中的总工期以及节点工期的要求，并力争提前。
（4）文明施工目标
争取做到有技术创新，力打造社会和谐型、资源节约型、环境友好型、安全优质型的优秀工程，确保达到昆明市级文明工地，争创省级文明单位。
（5）环保目标
施工现场生产及生活用水排放控达标控制；
加强对施工机械的管理，减少施工过程中的噪声；
加强对管线的保护，无重大管线事故；
落实好危险品现场控制，防汛现场控制，消防应急现场控制，确保现场事故为零。
3.2施工方案比选
3.2.1开挖方式比较
目前，国内和国外在修建地铁隧道时常用的基坑开挖施工方法有明挖法、盖挖法、暗挖法等。
下面将简要分析各施工方法的优缺点：
（1）明挖法
明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回填基坑或恢复地面的施工方法。
明挖法是各国地下铁道施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。
浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。
由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑周围原状十的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。
明挖法的优点是施工技术简单、快速、经济，常被作为首选方案。
但其缺点也是明显的，如阻断交通时间较长，噪声与震动等对环境的影响。
（2）盖挖法
盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。
主体结构可以顺作，也可以逆作。
在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。
1）盖挖顺作法
盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准覆萧结构（包括纵、横梁和路面板）置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。
依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。
最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。
在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。
2）盖挖逆作法
盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。
随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。
顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。
以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。
其优点是：
结构本身用来作为支撑，具有相当高的刚度，使挡墙的应力、变形减小、提高了工程的安全性，能有效控制周围土体的变形和地表的沉降，减小了对周边环境的影响；
适用于任何不规则形状的平面或大平面的地下工程；
可以早期展开地上结构的施工。
同时进行地上和地下结构的施工，缩短了工程的施工总工期；
不必另外架设开挖工作平台，大大削减支撑和工作平台等大型临时设施，减少费用；
由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递给地基，减少了大开挖的时卸载对持力层的影响，减小了基坑内地基回弹量。
缺点：
设置的中间支撑立柱和立柱桩要承受地下结构及同步施工的上部结构的全部荷载，而且土方开挖引起的土体隆起易产生立柱不均匀沉降，对结构影响不利；
所设立柱内钢骨和原设计中的梁主筋、基础梁主筋冲突，致使节点构造复杂，加大施工难度；
为搬运开挖出的土方和施工材料，需在顶板多处设置临时施工孔，必须对顶板加强措施；
地下工程在楼板的覆盖下进行施工，闭锁的空间使大型的设备难以进场，给施工带来不便；
混凝土的浇筑在各阶段都分有先浇和后浇两种，产生交接缝，不仅给施工带来不方便，而且带来结构防水的问题，对施工计划和质量管理提出高的要求。
适用性：
如果开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。
（3）暗挖法
暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工力一法。
暗挖法主要包括：
钻爆法、盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法、顶管法、沉管法等。
其中尤以浅埋暗挖法应用较为广泛，故在此着重介绍浅埋暗挖法。
浅埋暗挖法即松散地层的新奥法施工，新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控，指导地下工程的设计施工。
浅埋暗挖法是针对埋置深度较浅、松散不稳定的上层和软弱破碎岩层施工而提出来的，如深圳地铁区间隧道大部分采用了浅埋暗挖法施工。
浅埋暗挖法的施工技术特点：
围岩变形波及地表；
要求刚性支护或地层改良；
通过试验段来指导设计和施工。
3.2.2开挖方式选择
通过上述开挖方式比较并结合本工程实际情况，考虑本工程在土层中施工，施工场地范围内的人流与车流相对较少，周边建筑物密度小，高层建筑与基坑的距离也相对适中，再者本工程对工期、成本和技术有要求，最终决定采用明挖法施工。
3.2.3支护方式比较
基坑支护有很多种类型，根据原理和施工方法的不同，大致有：
放坡开挖、水泥土搅拌围护墙、高压旋喷桩、槽钢钢板桩、钢筋混凝土板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙、土钉墙、SMW工法等。
它们各有特点，分别适用于不同的环境和施工条件，设计时应根据工程的特殊性，具体分析，选择合适的支护类型。
放坡开挖时最为经济和快捷的开挖方式，但是由于放坡开挖需满足以下几个条件：
（1）其适用于一般年粘性土或粉土、密实碎石和风华岩石等情况；
（2）要求场地有可放坡的空间；
（3）要求地下水的水位较低，或者采用人工降水的情况。
然而本工程地质勘探资料与现场踏勘的条件已知其地下水位较高，而且场地也达不到放坡的要求，所以本工程采用支护开挖的型式。
支护开挖型式很多，施工基坑时最常用的围护结构有：
（1）水泥土搅拌桩
优点:
由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;
具有挡土、止水的双重功能;
一般情况下比较经济;
施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。
坑顶水平位移较大；
坑顶宽度较大。
适用范围：
《建筑基坑支护技术规程》JGJ120—99中规定：
①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；
②水泥土桩施工范围内地基土承载力≤150kPa；
③基坑深度≤6m。
尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;
其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。
（2）钻孔灌注桩围护结构
其特点主要是：
灌注桩作受力结构，而搅拌桩作止水结构；
适用于软弱地层中的挖深≤12m的深基坑，当开挖深度超过12m且底层可能发生流砂慎用；
施工低噪音，低振动，施工方便，造价经济，止水效果较好；
搅拌桩与灌注桩结合可形成连拱形结构，搅拌桩做受力拱，灌注桩作支承拱脚，沿灌注桩竖向设置道数适量的支撑，这种组合方式可因地制宜取得较好的技术经济效果。
总结以上其优点是：
施工造价较低；
施工方法较为简单，施工机械也较多；
易于分段进行施工。
其缺点是：
施工用电量较大，重复占用施工场地，相对工期长；
场地污染大，泥浆多，文明施工不易保持。
（3）地下连续墙
地下连续墙的优点：
施工时振动小，噪音低，非常适于在城市施工；
墙体刚度大，目前国内地下连续墙的厚度可达0.6~1.3m，用于基坑开挖时，可承受很大的土压力，极少发生地基沉降或塌方事故，已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构；
防渗性能好；
可用于逆做法施工。
地下连续墙刚度大，易于设置埋件，很适合于逆做法施工；
适用于多种地基条件；
安全经济，占地少，可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间，充分发挥投资效益，工效高，工期短，质量可靠。
地下连续墙的缺点：
在一些特殊的地质条件下（如很软的淤泥质土，含漂石的冲积层和超硬岩石等），施工难度很大；
如果施工方法不当或地质条件特殊，可能出现相邻墙段不能对齐和漏水的问题；
地下连续墙如果用作临时的挡土结构，比其它方法所用的费用要高些；
在城市施工时，废泥浆的处理比较麻烦。
（4）SMW工法
它是先用螺旋钻机按设计位置钻孔疏松泥土，且孔与孔之间有一定的搭接长度，之后向疏松泥土中注入水泥浆液，然后按设计间距打入H型钢形成劲性水泥
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