地下建筑工程施工技术教案.docx

1、地下建筑工程施工技术教案绪论一地下建筑施工课程的任务、特点1地下工程是埋于岩土介质中的结构物2应根据工程地质与水文地质条件，综合考虑下列因素： 地下工程的类型、规模、结构形式； 开挖深度、 降水排水条件、施工季节； 周边环境、工程经验、工程造价； 做到因地制宜、因时制宜，选用合适的地下工程施工方法与施工技术，以取得以下效果：安全可靠、质量保证、方便施工、技术先进、经济合理。3地下建筑施工专门研究各类地下工程、基础工程的： 施工方法 施工工艺 施工技术4本课程的任务： 不但要求学习、掌握地下建筑施工技术，而且要求能够研究各类地下工程的施工方法、施工工艺与施工技术，具有独立分析和解决地下工程施工问

2、题的能力。二地下建筑施工技术概要1一般地下工程：城市地铁、越江隧道、引水隧道、地下工厂、地下民用设施、地下军用设施、高层建筑地下室2常用地下工程施工方法： 明挖法 暗挖法 明暗结合开挖法3明挖法有：放坡开挖（大开挖）法、重力式水泥土墙法、高压旋喷法、土钉墙法、深基坑施工法、沉井法。4暗挖法有： 盾构法； 顶管法； 矿山（暗挖隧道）法5明暗结合开挖法有： 逆作法； 沉管法； 箱涵法其中逆作法又分为：全逆作法、半逆作法、盖挖法三学习本课程需要注意的几个问题：1本课程着重讨论地下工程：施工方法、施工工艺和施工技术；每一种施工方法、施工工艺和施工技术都有其特点，应注意它们各自的适用场合。2要求掌握一般

3、地下工程常用的施工方法和施工技术；了解国内外施工领域的新技术和发展动态；具有独立分析和解决地下工程施工技术问题的初步能力。3地下建筑施工技术涉及面广，实践性强，技术发展迅速，要求坚持理论联系实际，要重视生产实习、教学参观、现场教学等实践性的教学环节，要有计划地到施工现场去参观，积累实践的感性知识。第一章 大开挖基坑工程施工1.1 概述1大开挖土方工程：指不采用支撑形式而采用直立或放坡施工方法进行开挖的基坑工程，有时又称放坡基坑开挖。开挖深度不大：一般小余10m深。2大开挖（放坡开挖）是明挖法中用得最多、最普通的一种方法，它具有的优点是： 坑内无支撑 方便大型机械与主体结构施工 施工速度快、成本

4、低3边坡设计需要确定两个基本参数：边坡开挖深度和坡度边坡开挖深度称为坡高H，坡度用坡角或高宽比表示4大开挖基坑的边坡稳定主要是通过边坡土质的抗剪强度来实现的。边坡的稳定性安全系数越低，变形越大。5大开挖基坑工程的施工内容包括： 施工组织设计； 基坑降水和边坡加固的方法； 基坑土方开挖1.2 施工组织设计1 施工组织设计的任务：根据建筑结构设计的要求，结合施工现场的具体情况，提出施工的具体方法和实施途径，保证工程按质如期完成。2施工组织设计主要包括如下内容： 选择合理的土方开挖方案、施工方法和施工设备； 对建筑工地进行总平面规划3大开挖基坑施工的土方开挖方案：主要指边坡稳定计算、基坑降水方案、土

5、方开挖的行进路线和边坡加固方法。4土方开挖的施工方法：人工开挖和机械开挖两种5选择施工设备根据施工方法，选择合理的施工机具，提高挖土的机械化水平，缩短工期6施工平面图设计内容应包括： 地上和地下原有建筑物和构筑物； 地上和地下拟建建筑物和构筑物； 为施工服务的临时设施。1.3 边坡稳定性计算和边坡失稳防止措施1基坑边坡主要的破坏形式： 沿近似圆弧的滑动面破坏； 沿近乎平面的滑移。2 边坡失稳有如下几种原因可能导致边坡原来受力平衡状态失去平衡： 受荷； 土体抗剪强度降低； 动、静水压力的作用。3边坡稳定性计算的目的：确定边坡的主要系数、放坡坡度等4边坡失稳的防止措施： 边坡修坡； 设置边坡护面；

6、 边坡坡脚抗滑加固。1.4 流砂、管涌的防止和基坑降水措施1流砂和管涌是基坑土方工程施工需要防止的两大危害2流砂：当水力梯度大于临界值3管涌：当土层主要由粗细相差较大的两类土粒组成时4防止流砂和管涌的措施： 设置防渗帷幕，增大渗径，减少水力梯度； 水下挖土，减少水力梯度； 人工降低地下水位。5大开挖基坑的降水一般有两种途径： 明排法 人工降水法1.5 土方开挖施工1放坡开挖的方法： 人工开挖：劳动强度大； 小型机械开挖：施工空间受限制情况下； 大型机械开挖：工作效率高。2机械挖土： 正向铲挖土机开挖：正向开行、侧向开行； 反向铲挖土机开挖：沟端开行、沟侧开行； 索铲挖土机开挖； 合瓣(抓斗)挖

7、土机开挖。第二章 深基坑工程施工深基坑工程施工是地下工程施工技术的重要组成部分2.1 概述1深基坑工程：通常基坑开挖深度大于等于7.0m2深基坑工程作用： 给地下结构敞开开挖创造条件； 建筑物地下结构的一部分。3基坑安全等级： 一级 二级 三级2.2 基坑支护结构类型与选择1支护结构分类：挡土结构和支撑结构两类2支护结构类型： 钢板桩、钢管桩、H型钢桩加横挡板、钢筋混凝土预制板桩、 钻孔（挖孔）灌注桩围护墙；地下连续墙；水泥土墙；高压旋喷桩； 钻孔灌注桩与水泥搅拌桩相结合；劲性水泥土墙；外拉锚； 土钉墙；沉井；沉箱。3支撑结构类型： 内支撑：型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑、围檩、立柱等； 外支撑

8、：拉锚和土锚2.3 基坑稳定性验算 基坑抗整体滑动失稳验算； 基坑抗隆起验算； 基坑抗管涌验算； 基坑抗承压水稳定验算2.4 钢板桩支护结构施工1钢板桩施工准备：柱帽、转角桩的制作2钢板桩打入方法： 单桩打入法； 双层围檩法； 屏风打入法。3钢板桩的拔除：两种拔桩方法：振动锤拔桩法、重型起重机与振动锤共同拔桩法4钢板桩打入的允许偏差5钢板桩施工常遇问题与对策2.5 钻孔灌注桩支护结构施工 施工机械：干作业成孔机械；湿作业成孔机械。 干作业成孔钻孔灌注桩施工工艺 湿作业成孔钻孔灌注桩施工工艺2.6 挖孔桩支护结构施工 人工挖孔桩 施工安全：重视操作人员的人身安全2.7 水泥土墙支护结构施工深层搅

9、拌桩水泥土墙施工工序：定位、预搅下沉、预备水泥浆、喷浆搅拌提升、重复上、下搅拌、清洗、移位至下一根桩。第三章 沉井施工3.1 概述通常沉井由刃脚、井壁、内隔墙、井内纵横粱等组成的圆筒或矩形钢筋混凝土结构1沉井的应用： 地下工业厂房、大型设备基础、地下仓(油)库、人防掩蔽所、盾构拼装井、 船坞坞首、桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站、矿用竖井、 地下车道与车站、地下建(构)筑物的围壁、大型深埋基础等等2沉井在施工中具有的独特优点： 占地面积小； 不需要围护； 挖土量小； 对邻近建筑物的影响比较小； 操作简便，无需特殊的专业设备。3.2 沉井的分类与构造1沉井按制作材料分类：混凝土、钢筋混凝土、钢

10、、砖、石2沉井按平面形状分类： 圆形单孔沉井； 方形单孔沉井； 矩形单孔沉井； 矩形双孔沉井； 椭圆形双孔沉井； 矩形多孔沉井。3沉井按竖向剖面形状分类： 圆柱形沉井； 阶梯形沉井； 锥形沉井。4沉井的组成：井壁、刃脚、内隔墙、上、下横梁及框架、井孔、封底3.3 沉井施工1沉井施工前的淮备工作 对施工场地进行勘察 熟悉工程地质、水文地质、施工图纸等资料 敷设水电管线、修筑临时道路、平整场地，即三通一平 搭建必要的临时设施，集中必要的材料、机具设备和劳动力 应事先编制施工组识设计与施工方案2沉井施工的淮备工作 地质勘查和制定施工方案； 不开挖基坑制作沉井； 开挖基坑制作沉井； 地基处理后制作沉井

11、； 人工筑岛制作沉井； 测量控制和沉降观察。3沉井下沉与抗浮稳定验算4沉井制作： 刃脚支设； 沉井壁制作； 单节式沉井混凝土的浇筑； 多节式沉井混凝土的浇筑；5沉井制作与下沉的顺序： 一次制作，一次下沉； 分节制作，多次下沉； 分节制作，一次下沉。6沉井下沉方法：排水下沉和不排水下沉7排水下沉常用的排水方法： 明沟直接排水方法； 井点系统降水； 井点与明沟排水相接合的方法。8下沉挖土方法：排水下沉挖土方法和不排水下沉挖土方法9沉井的辅助下沉方法： 射水下沉法； 触变泥浆护壁下沉法； 抽水下沉法； 井外挖土下沉法； 压重下沉法； 炮震下沉法。10沉井封底： 排水封底； 不排水封底； 导管法灌注沉

12、井水下封底混凝土。11沉井施工机具： 双瓣抓土斗； 四瓣抓土斗； 空气吸泥机； 压缩空气管。3.4 沉井施工引起土体移动的分析与计算1沉井施工引起土体移动的因素： 由于开挖井内土体，开挖面释放了原有土体的自重应力，使井底土体失去三维平衡条件，引起井底土体移动； 由于井壁外预留空隙，引起井周土体移动； 由于沉井在下沉中经常纠偏，扰动土体，引起土体移动； 井底流砂引起土体的移动； 井底承压水引起土体的移动； 制作沉井时，由于地基承载力不够，引起土体的移动。2井底流砂引起土体移动的分析3井底承压水引起土体移动的分析第四章 地下连续墙施工4.1 概述地下连续墙：刚度大，既挡土又止水，施工时噪音低，无振

13、动，无挤土，可适用于各类地层，也可使用于逆作法施工4.2 地下连续墙的施工简述与工艺流程地下连续墙的施工由多种工序组成，施工内容包括：准备工作和墙体施工4.3 地下连续墙施工1施工准备2导墙施工3泥浆护壁4成槽施工5钢筋笼施工6导墙的作用：划分挖槽位置，控制施工精度，支挡侧向土压力，容蓄泥浆7护壁泥浆的作用： 护壁； 携渣； 冷却机具； 切土润滑。8外加济按其功能分为下面四类：加重型、增粘型、分数型和防漏型9成槽施工： 槽段长度确定； 成槽顺序：顺槽法和跳槽法； 槽段平面形状和接头位置10地下连续墙的接头形式：施工接头、结构接头11施工接头： 直接连接构成接头； 接头管接头； 接头箱接头； 隔

14、板式接头。12结构接头： 直接连接接头； 间接接头：预埋连接钢板、预埋剪力块和预埋钢筋连接器。4.4 地下连续墙的施工机具设备 索式斗体推压式导板抓斗 中心提拉式导板抓斗 导杆液压抓斗4.5 地下墙施工常遇问题与处理对策4.6 地下连续墙施工质量标准第五章 地下工程逆作法施工5.1 概述1逆作法：地下工程施工中，不架设临时支撑；结构本身既作挡墙又作内支撑；施工顺序与顺作法相反：从上往下依次开挖和浇筑结构主体2逆作法分为：全逆作法和半逆作法3全逆作法：地上、地下同时进行立体交叉施工4半逆作法：地下结构从上往下施工，地上结构不能与地下结构同时施工5顺作法的施工顺序：挡墙、支撑、开挖、底板、从下往上

15、浇筑结构主体6顺作法支撑：型钢支撑、钢管支撑、钢筋混凝土支撑和土锚7逆作法支撑：地下结构主体的粱、板作为支撑8逆作法的优点： 由于地下结构本身作为支撑，且具有相当大的刚度，使围护结构的应力、变位减小，提高了工程施工的安全性，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，有利于保护邻近建(构)筑物；逆作法适用于任何不规则形状平面或大平面； 由于最先筑好顶板，地下、地上结构可以同时施工，缩短了工程的施工总工期； 一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。 由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立

16、柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量；9逆作法的缺点： 需要设临时立柱及立柱桩，增加了施工费用；且由于支撑为建筑结构本身，自重大，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。 逆作法所设立柱内钢骨与原设计设置的梁主筋、基础梁主筋冲突相碰，节点构造复杂，施工难度大。 为运送开挖出的土方与施工材料，需在顶板多处设置临时施工洞。必须对顶板采用加强措施。 地下工程在楼板的覆盖下进行施工，闭锁的空间使大型机械设备难于进场，作业不便，施工难度大。 在逆作施工的各个阶段浇注的混凝土都分有先浇和后浇，产生的交接处(缝)，不仅给施工带来不便，而且为保证结构、防水等问题

17、，给施工计划及质量管理提出了很高的要求。10逆作法的施工的适用范围：逆作法常用于埋藏较深的地下(基础)工程的施工，可适用于各类土层条件，包括饱和含水的软土地层，尤其适用于城市密集建筑物街区的地下(基础)工程施工。如地下厂房、地下车库、高层建筑下的深基础、地下贮库、地下变电站、地铁车站等工程。5.2 逆作法施工顺序与工艺流程 逆作法的施工顺序 逆作法的施工工艺流程5.3 逆作法施工1中间支撑柱(桩)的施工2中间支撑柱(桩)的作用：将上部结构及其承重的荷载传递给地基3地下室结构常用的浇筑方法有两种： 利用土模浇筑粱板； 利用支模方式浇筑粱板。4施工缝处的浇筑方法有三种： 直接法； 充填法； 注浆法

18、。第六章 盾构法隧道施工6.1 概述1盾构法是地面以下暗挖隧道的一种施工方法2盾构法建造的隧道主要用于： 水底公路隧道； 地铁区间隧道； 电力电讯隧道； 市政管线隧道； 进水排水隧道。3断面形式：圆形、矩形、马蹄形、双园形、多园形4盾构法施工的优点： 地面作业少，隐蔽性好，噪音、振动引起的公害小； 费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响； 隧道施工可完全不影响航道通航和地面建筑与市政管线正常使用 不受气候影响； 施工自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工5盾构法施工的缺点： 不能完全防止盾构施工区域内的地表变形； 盾构一次掘进长度有限； 隧道覆土小于0.5

19、Ds时，盾构开挖面土体稳定较困难； 施工人员易患减压病的危险； 当盾构的曲线半径小于20D时，盾构转向比较困难。6.2 盾构的构造、分类与选型1盾构的基本构造： 盾壳：切口环部分、支撑环部分、盾尾部分； 推进系统：液压设备，盾构千斤顶； 正面支撑系统：千斤顶、刀盘面板、网格类； 衬砌拼装系统：举重臂，真圆保持器； 液压系统：为千斤顶、举重臂、大刀盘供动力； 操作系统：控制盾构掘进机的工作状态。2盾构的分类及其适用范围： 手掘系统盾构：手掘式盾构、挤压式盾构、网格式盾构； 半机械式盾构； 机械系统盾构：机械式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构。3盾构选型：盾构选型一般应根据拟建隧道的规模、特征、施

20、工场地的工程水文地质条件、施工人员的技术水平、隧道施工区域内的环境保护要求、经济性等因素，综合考虑选择盾构类型。6.3 盾构法施工1盾构法施工的准备工作： 盾构的拼装和拆卸室； 盾构基座； 盾构进出洞方法：2盾构出洞方法：临时基坑法、逐步掘进法、工作井进出洞法；3临时封门的构造形式：钢结构或砖石或砼；盾构后座。4盾构开挖方法： 敞开式开挖； 网格式开挖； 挤压式开挖； 机械切削式开挖。5盾构操纵与纠偏： 千斤顶编组的调整； 盾构纵坡的控制； 开挖面阻力的调整； 盾构自转的控制。6衬砌壁后压浆： 压浆方法：二次压浆法、一次压浆法； 压浆材料； 压浆设备。6.4 盾构法隧道衬砌1内部使用限界的确定

21、：车辆限界、建筑限界。2圆形隧道断面的优点 受力好； 易于盾构推进； 便于管片的制作和拼装； 发生转动，对断面的利用的毫无妨碍。3衬砌分类： 铸铁管片； 钢管片； 钢筋混凝土管片； 钢与钢筋混凝土复合型管片； 混凝土管片； 砌块。4衬砌防水6.5 盾构法隧道衬砌盾构掘进中的辅助施工法： 稳定开挖面的辅助施工方法； 盾构进出洞的辅助施工方法； 特殊情况下的辅助施工方法： 二次压浆法； 基础托换； 承压板法； 地层加固； 管棚法。6.6 工程实例工程概况工程地质条件盾构盾构掘进施工盾构施工引起地表变形与环境保护第七章 顶管法施工7.1 概述1顶管法施工：软土地区埋深大、直径小的隧道，特别对于城市市

22、政管道，具有独特的优越性2顶管法的适用范围： 隧道或管道内径大于4米，盾构法施工； 管道内径小于4米，用顶管法； 顶管法和盾构法隧道的施工技术相互渗透，基本的原理和施工工艺越来越趋向一致。7.2 工作井及后背墙1工作井的设置： 选址； 种类：单向顶进井、双向顶进井、多向顶进井、转向顶进井、接收井等； 尺寸； 基础：土槽木枕基础、卵石木枕基础、混凝土木枕基础 导轨：导轨宽度的计算；2顶管工作井的质量标准。3顶力计算：混凝土管、金属管及轻质非金属管、泥浆减阻后7.3 常用顶管的施工方法普通顶管施工方法： 主要机具设备： 液压千斤顶：一般用双作用千斤顶； 顶铁； 工作台及棚架。 挖土与顶进 关于管前

23、挖土的长度； 关于管子周围的超挖； 安装管帽； 顶进； 安装工具胀圈（临时连接）； 顶钢管要求防腐。 测量与纠偏： 测量 纠偏：超挖纠偏法、顶木纠偏法、千斤顶纠偏法7.4 主要技术措施1穿墙止水：挡环、盘根、轧兰组成2顶管接口处理：钢管、钢筋混凝土管3触变泥浆减阻4中继环 中继环的工作原理； 中继环的布置数量； 中继环的安装与工作； 中继环的拆除。第八章 沉管法施工8.1 概述1沉管法：跨越江、河、湖、海水域修建隧道的重要方法之一。2中国大陆第一条沉管隧道：广州珠江隧道，1993年通车3沉管法修建隧道施工工序：地槽的浚挖、管节制作、管节的防水管节的驳运沉放和地基的处理。4沉管隧道的类型：船台型

24、、干圬型。5沉管隧道的特点： 施工质量有保证 工程造价低； 现场施工工期短； 操作条件好； 对地质条件的适应性强； 使用水深范围较大，大于60米，最大70米； 断面空间利用率高。8.2 管段的制作1临时干坞2浮力的设计：干舷；抗浮安全系数。3管段的制作： 管段的施工缝与变形缝； 底板； 侧墙与顶板； 临时隔墙； 压载设施。4管段的防水和接缝处理 混凝土的自防水 接缝防水：变形缝的防水、管段间接缝、闭合接缝。8.3 管段的浮运和沉放1管段的浮运2常用沉放方法： 分吊法； 扛吊法； 骑吊法； 拉沉法。3管段沉放作业的主要工序如下：托运管段到沉放现场；用缆绳定位管段，以便精确施工；施加镇重物，使管段

25、下沉。4下沉作业的步骤： 初次下沉； 靠拢下沉； 着地下沉。5管段的水下连接： 水下混凝土法； 水力压接法：对位；拉合；压接；拆除隔墙。8.4 基槽浚挖与基础处理1沉管基槽断面主要由三个基本尺度决定：底宽、深度和边坡坡度2浚挖方式：分层分段浚挖3基槽的回填4沉管基础的特点： 一般不会产生由于土壤固结或剪切破坏所引起的沉降； 没有产生流砂现象的可能； 沉管隧道对各种地质条件的适应性很强。5基础处理的主要方法： 先铺法（刮铺法） 后填法6后填法中的不同施工方法 灌砂法； 喷砂法； 灌囊法； 压浆法； 压砂法。7软弱土层中的沉管基础：需采用桩基，必须采取一些措施，解决方法： 水下混凝土传力法； 砂浆

26、囊袋传力法； 活动桩顶法。第九章 箱涵施工9.1 概述1箱涵在地下工程中的应用：铁路和公路交叉口，需建立交桥或立交地道2施工程序9.2 前期施工1工作坑：箱涵顶进的基地2滑板的用途3滑板的分类： 按结构形式分： 与后背梁分离的滑板； 与后背梁结为整体的滑板。 按所用材料分： 混凝土滑板 干砌块石滑板 白灰土、三合土滑板 利用旧钢轨铺设的滑板4常用的后背构造形式有： 板桩式后背 拼装（预制块）式后背 重力式后背5箱涵制作： 模板的制作； 钢筋绑扎； 混凝土浇筑； 箱涵框架裂缝的出现及其预防措施； 钢刃的安装； 挖土平台的设置； 箱涵外表面的喷涂防水层。9.3 箱涵顶进1顶进设备：由液压系统和顶力

27、传递设备两部分组成。千斤顶、高压油泵、液压回路、电气集中控制台、传力设备2顶进与纠偏： 顶进； 纠偏措施： 在结构底板前端设置“船头坡” 滑板预留仰坡 压送短桩，密实地基3气垫工艺： 气垫的应用及减阻原理 气垫的组成：供气、管道和阀门、密封气垫裙 对气垫工艺的要求4线路加固措施： 吊轨梁法 横梁加固法和纵横梁加固法 轨束梁法9.4 工程实例工程地质情况基坑施工后背及滑板施工箱涵制作箱涵顶进第十章 地下工程辅助施工方法10.1 概述1地下工程辅助施工方法：可以改善软土工程的施工环境，通过控制地下水来改变周围地层的工程地质条件和水文地质条件，从而解决由此引发的施工问题。2常用的辅助方法有： 降水法； 冻结法； 气压法； 注浆法。3暗挖法施工中，辅助施工方法的主要作用有： 确保顶推（如盾构、顶管机头）安全顺利出洞； 安全地排除遇到的障碍物； 控制地表变形； 稳定开挖面土体。10.2 降水法1降水法是最常用的一种辅助施工方法2降水法优点：设备简单、操作方便、噪音低、无污染、能有效地降低和控制地下水位。3降水法用于疏干地层，在工程施工中所起的作用主要有： 降低地下高水位，防止出现流砂现象； 使基坑、沟槽边坡和开挖面保持稳定； 减低承压水头，防止发生涌水； 减少