二级建造师考试知识点城市轨道交通和隧道工程docWord文档下载推荐.docx
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基坑开挖时会产生隆起,隆起分正常隆起和非正常隆起。
一般由于基坑开挖卸载,会造成基坑底隆起,该隆起既有弹性部分,也有塑性部分,属于正常隆起。
而如果坑底存在承压水层,并且上覆隔水层重量不能抵抗承压水水头压力时,会出现坑底过大隆起;
如果围护结构插入深度不足,也会造成坑底隆起,这两种隆起是基坑失稳的前兆,是非正常隆起,是施工中应该避免的。
3.地表沉降
根据工程实践经验,在地层软弱而且墙体的人土深度又不大时,墙底处显示较大的水平位移,墙体旁出现较大的地表沉降。
在有较大的人土深度或墙底人土在刚性较大的地层内,墙体
的变位类同于梁的变位,此时墙后地表沉降的最大值不是在墙旁,而是位于距离墙一定距离的位置上。
4.基坑变形监测
一级和二级基坑的施工中必须对周围建(构)筑物和管线等采取监测措施。
基坑工程的监测分为:
坑周土体变位监测、围护结构变形量测及内力量测、支撑结构轴力量测、土压力量
测、地下水位及孔隙水压力量测、相邻建筑物及地下管线、隧道等保护对象的变形量测。
地铁及轨道工程常见围护结构的施工特点:
1.工字钢桩围护结构
作为基坑围护结构主体的工字钢,一般采用50号、55号和60号大型工字钢,基坑开挖前,在地面用冲击式打桩机沿基坑设计边线打人地下,桩间距一般为l.0~1.2m。
若地层为
饱和淤泥等松软地层也可采用静力压桩机和振动打桩机进行沉桩。
基坑开挖时,随挖土方在桩间插入50mm厚的水平木背板,以挡住桩问土体。
基坑开挖至一定深度后,若悬臂工字钢
的刚度和强度都不够大,就需要设置腰梁和横撑或锚杆(索),腰梁多采用大型槽钢、工字钢制成,横撑则可采用钢管或组合钢梁。
2.钢板桩围护结构
钢板桩强度高,桩与桩之间的连接紧密,隔水效果好,可多次倒用。
因此,沿海城市如上海、天津等地修建地下铁道时,在地下水位较高的基坑中采用较多;
北京地铁一期工程在木樨
地过河段也曾采用过。
钢板桩常用断面形式,多为U形或Z形。
3.钻孔灌注桩围护结构
钻孔灌注桩一般采用机械成孔。
地铁明挖基坑中多采用螺旋钻机、冲击式钻机和正反循环钻机等。
对正反循环钻机,由于其采用泥浆护壁成孔,故成孔时噪声低,适于城区施工,在地
铁基坑和高层建筑深基坑施工中得到广泛应用。
4.深层搅拌桩挡土结构
深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥、石灰等和地基土相拌和,从而达到加固地基的目的。
搅拌桩一般是连续搭接布置,作为挡土结构的搅拌桩一般布置成格栅形。
深层搅拌桩也可以用
来形成止水帷幕。
5.SMW工法
SMW挡土墙是利用搅拌设备就地切削土体,然后注入水泥系混合液搅拌形成均匀的挡墙,最后,在墙中插人型钢,即形成一种劲性复合围护结构。
这种围护结构的特点主要表现在止水性好,构造简单,型钢插入深度一般小于搅拌桩深度,施工速度快,型钢可以部分回收。
地下连续墙的施工工艺:
在地面上用专用的挖槽设备,沿着基坑的周边,按照事先划分好的幅段,开挖狭长的沟槽,在开挖过程中,为保证槽壁的稳定,沟槽内采用特制的泥浆护壁,每个幅段的沟槽开挖结束后,在槽段内放置钢筋笼,并浇注水下混凝土,然后将若干个幅段连成一个整体,形成一个连续的地下墙体,即现浇钢筋混凝土壁式连续墙。
为了确保槽段与槽段之间连接具有良好的止水性和整体性,应根据连续墙的目的选择适当的接头形式,使其既能增加接缝处抗剪力,又不渗漏。
连续墙接头形式多种多样,目前连续墙常见的接头形式有:
直接连接接头、接头管接头、接头桩接头、接头箱接头、十字钢板接头、工字形钢板接头、隔板式接头及预制构件接头等。
地下连续墙工法的优点:
施工时振动小、噪声低;
墙体刚度大,对周边地层扰动小;
可适用于多种土层,除夹有孤石、大颗粒卵砾石等局部障碍物时影响成槽效率外,对黏性土、无黏性土、卵砾石层等各种地层均能成槽。
槽段划分应考虑的因素:
地质条件。
当地质条件较差时,如软土地基,不宜将槽段定得太长,以保证槽段稳定。
后续工序的施工能力。
如混凝土的供给能力,钢筋笼整体重量,起吊刚度,贮浆池容量等。
其他因素。
便于组织均衡施工,地面施工荷载和地下水位对槽段稳定的影响,内部主体结构的布置,设计开挖深度。
泥浆的功能:
护壁功能。
泥浆的液柱压力平衡地下水土压力,形成泥皮,维持槽壁稳定。
携渣作用。
在泥浆循环时,能携带土渣一起排出槽外。
冷却与润滑功能。
泥浆能降低成槽机械连续施工而产生的温升和磨耗,提高设备寿命。
盖挖法的施工技术:
明挖顺作法是从地表向下开挖形成基坑,然后在基坑内构筑结构,完成后再填土,从而完成工程的施工方法。
盖挖顺作法的制作顺序为自地表向下开挖一段后先浇筑顶板,在顶板的保护下,自上而下开挖、支撑,由下而上浇筑结构内衬。
盖挖逆作法是基坑开挖一段后先浇筑顶板,在顶板的保护下,自上而下开挖、支撑和浇筑结构内衬的施工方法。
盖挖逆作法施工,基本分为两个阶段,第一阶段为地面施工阶段,它包括围护墙、中间支承桩、顶板土方及结构施工,第二阶段为洞内施工阶段,包括土方开挖、结构、装修施工和设备安装。
盖挖法施工的优缺点:
1.盖挖法施工的优点
(1)围护结构变形小,能够有效控制周围土体的变形和地表沉降,有利于保护临近建筑物和构筑物;
(2)基坑底部土体稳定,隆起小,施工安全;
(3)盖挖逆作法施工一般不设内部支撑或锚锭,可增大施工空间和减低工程造价;
(4)盖挖逆作法施工基坑暴露时间短,用于城市街区施工时,可尽快恢复路面。
2.盖挖法施工的缺点
(1)盖挖法施工时,混凝土内衬的水平施工缝的处理较困难;
(2)盖挖逆作法施工时,暗挖施工难度大、费用高。
盖挖法每次分部开挖及浇筑衬砌的深度,应综合考虑基坑稳定、环境保护、永久结构形式和混凝土浇筑作业等因素来确定。
盾构法施工概述:
(1)在拟建隧道的起始端和终结端各建一个工作井,城市地铁一般利用车站的端头作为始发或到达的工作井;
(2)盾构在起始端工作井内安装就位;
(3)依靠盾构千斤顶推力(作用在工作井后壁或新拼装好的衬砌上)将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出;
(4)盾构在地层中沿着设计轴线推进,在推进的同时不断出土(泥)和安装衬砌管片;
(5)盾尾脱出后,及时向衬砌背后的空隙注浆,防止地层移动和稳定衬砌环位置;
(6)盾构进入终结端工作井并被拆除,如施工需要,也可穿越工作井再向前推进。
盾构掘进施工中,必须保证正面土体稳定,并根据地质、线路平面、高程、坡度等条件,正确
编组千斤顶。
同时必须严格控制推进轴线,使盾构的运动轨迹在设计轴线的允许偏差范围内。
盾构正面稳定的效果将直接影响地层变形,平衡压力过大、过小,出土量过多、过少,平衡压力大小波动过多等情况将导致正面稳定不佳的现象产生。
盾构施工时应有有效措施控制开挖面变形、盾构姿态、盾尾处的变形及衬砌质量。
控制开挖变形的主要措施是出土量。
盾构出现姿态偏差后,纠偏也会引起地层变形,因此,要对盾构的姿态和位置进行控制。
盾构盾尾脱出后,应及时采用浆液填充,注浆时应控制注浆量和注浆压力。
盾构进出洞控制:
盾构进出洞是盾构法施工的重要环节之一,在始发井内,盾构按设计高程及坡度从预留洞口推出,进入正常土层的过程定义为盾构出洞。
反之,盾构从正常土层中进入接收井预留洞口
并完全脱离预留洞口的过程定义为盾构进洞。
地铁盾构施工中,进出洞口外侧的土体一般要进行改良,使土体的抗剪、抗压强度提高,透水性降低,自身具有保持短期稳定的能力。
改良土体方法可选用注浆、搅拌桩、旋喷桩、玻璃纤维桩、SMW桩、冻结法、降水法等。
洞口土体改良的方法和范围应根据工程地质、水文地质、盾构类型和外径、覆土厚度、作业环境、地下埋设物等条件确定。
盾构始发前必须对洞口经改良后的土体进行质量检测,并对盾构始发前的位置作复核、检查。
盾构到达段必须做好盾构轴线的方向传递测量和接收盾构的准备工作,推进轴线应控制在到达要求的偏差范围内,洞口封门必须严格按照工艺要求拆除。
盾构法施工——开挖控制:
开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。
土压平衡式盾构与泥水平衡式盾构的开挖控制内容略有不同。
土压平衡式盾构通过前端刀盘切削开挖面土层,切削下来的土体流入土仓,由于推进作用,使切削土体对开挖面加压,以平衡开挖面土水压力。
盾构的实际排土量应与推进时切削下
来的土量相等。
要想保持盾构正常推进,土体应该具有一定的流塑性和抗渗性。
如果土层自身的流塑性和抗渗性不足,则应向土中注入改良材料。
泥水平衡式盾构是在机械式盾构刀盘的后方设置一道封闭隔板,隔板与刀盘间的空间称为泥水舱。
前端刀盘切削下来的土砂进入泥水舱,经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水,经泥浆
泵送到地表的泥水分离系统,待土、水分离后,再把滤除掘削土砂后的泥水经适当处理后重新送回泥水舱。
同时,通过推进力把泥水舱内泥水压力传递到开挖面,以维持开挖面稳定。
盾构法施工——土压(泥水压)控制:
开挖面的土压(泥水压)控制值,按地下水压(间隙水压)+土压+预备压设定。
地下水压可从钻孔数据正确掌握,但要考虑季节性变动。
靠近河流等场合,要考虑水面水位变动的影响。
土压有静止土压、主动土压和松弛土压,要根据地层条件区别使用。
按静止土压设定控制土压,是开挖面不变形的最理想土压值,但控制土压相当大,必须加大设备装备能力。
主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力,控制土压最小。
地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合,可采用松弛土压。
预备压,用来补偿施工中的压力损失,土压平衡式盾构通常取l0~20kN/m2,泥水平衡式盾构通常取20~50kN/m2。
计算土压(泥水压)控制值时,一般沿隧道轴线取适当间隔(例如20m),按各断面的土质条件,计算出上限值与下限值,并根据施工条件在其范围内设定。
土体稳定性好的场合取低
值,地层变形要求小的场合取高值。
(上限值)Pmax=地下水压+静止土压+预备压
(下限值)Pmin=地下水压+(主动土压或松弛土压)+预备压
为使开挖面稳定,土压(泥水压)变动要小;
变动大的情况下,一般开挖面不稳定。
盾构法施工——塑流化改良控制:
(1)土压平衡式盾构掘进时,理想地层的土特性:
1)塑性变形好;
2)流塑至软塑状;
3)内摩擦小;
4)渗透性低。
细颗粒(751μm以下的粉土与黏土)含量30%以上的土砂,塑性流动性满足要求。
在细颗粒含量低于30%、或砂卵石地层,必须加泥或加泡沫等改良材料,以提高塑性流动性和止水性。
改良材料必须具有流动性、易与被开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。
一般使用的改良材料有矿物系(如膨润土泥浆)、界面活性剂系(如泡沫)、高吸水性树脂系和水溶性高分子
系四类(我国目前常用前两类),可单独或组合使用。
(2)选择改良材料要依据以下条件:
1)土质(粒度分布、砾石粒径、砾石含量、黏性土含量、均等系数等);
2)透水系数;
3)地下水压;
4)离子水电性;
5)是否泵送排土;
6)加泥(泡沫等)设备空间(地面、隧道内);
7)掘进长度;
8)弃土处理条件;
9)费用(材料价格、注入量、材料损耗、用电量、设备费等)。
(3)流动化改良控制是土压平衡式盾构施工的最重要要素之一,要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性,一般按以下方法掌握塑流性状态。
1)根据排土性状
取样测定(或根据经验目视)土砂的坍落度,以把握土压仓内土砂的流动状态。
采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。
2)根据土砂输送效率
按螺旋输送机转数计算的排土量与按盾构推进速度计算的排土量进行比较,以判断开挖土砂的流动状态。
一般情况下,土压仓内土砂的塑性流动性好,盾构掘进就正常,两者高度
相关。
3)根据盾构机械负荷
根据刀盘油压(或电压)、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力等机械负荷变化,判断土砂的流动状态。
一般根据初始掘进时的机械负荷状况和地层变化结果等因素,确定开挖土
砂的最适性状和控制值的容许范围。
盾构法施工——泥浆性能控制:
泥水平衡式盾构掘进时,泥浆起着两方面的重要作用:
一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域,开挖面土体强度提高,同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压,达到了开挖面稳定的目的;
二是泥浆作为输送介质,担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。
因此,泥浆性能控制是泥水平衡式盾构施工的最重要要素之一。
盾构法施工——排土量控制:
(1)开挖土量计算
单位掘进循环(一般按一环管片宽度为一个掘进循环)开挖土量Q,一般按下式计算:
盾构法施工——管片拼装控制:
盾构法施工——注浆控制:
盾构隧道的线形控制:
线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态,使构建的衬砌结构几何中心线线形顺滑,且偏离设计中心线的距离在容许误差范围内。
(1)掘进控制测量
随着盾构掘进,对盾构及衬砌的位置进行测量,以把握其偏离设计中心线的程度。
测量项目包括:
盾构的横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口行程;
盾尾间隙和衬砌环中心坐标、底部高程、水平直径、垂:
直直径、前端面里程等。
基于上述测量结果,作图画出盾构及衬砌与设计中心线的位置关系,这对直接预测下一环盾构掘进偏差十分重要。
(2)方向控制
掘进过程中,主要对盾构姿态以及拼装管片的位置进行控制。
盾构方向修正依靠调整盾构千斤顶使用数量和设定刀盘回转力矩进行。
若遇硬地层或曲线掘进,要进行大的方向修正场合,须采用仿形刀向调整方向超挖。
此时,盾尾间隙减小,管片拼装困难,为确保盾尾间隙,必须进行方向修正。
盾尾间隙大大减小的情况下,要拼装楔形环管片,以确保盾尾间隙。
盾构滚转角的修正,可采取刀盘向盾构偏转同一方向旋转方法,利用所产生的回转反力进行修正。
停止盾构掘进的几种情况:
盾构掘进一般应均衡组织施工,保持连续作业,以保证工程质量、减小地层的扰动和沉降。
当确需停止时应采取防止盾构正面与盾尾土体流入,造成盾构和地面沉降的措施。
盾构掘进时,可能会遇到几种情况:
对地层情况了解不细而遇到障碍物;
对水文条件掌握不全面遇到流砂、回填土层、承压水或地层土体软硬不均匀;
对盾构自转方向、出土或仪表控制不当;
对注浆控制不当;
或是盾构处在小半径曲线区间段等情况而出现不良现象。
当遇到以下几种情况时,应及时处理:
(1)盾构前方地层发生坍塌或遇有障碍;
(2)盾构本体滚动角不小于3。
;
(3)盾构轴线偏离隧道轴线不小于50mm;
(4)盾构推力与预计值相差较大;
(5)管片严重开裂或严重错台;
(6)壁后注浆系统发生故障无法注浆;
(7)盾构掘进扭矩发生异常波动;
(8)动力系统、密封系统、控制系统等发生故障。
盾构机型的种类:
盾构机种类繁多,可根据不同的分类方法进行分类。
按开挖面是否封闭划分,主要有密闭式和敞开式两类。
按平衡开挖面土压与水压的原理不同,密闭式盾构机分为土压平衡式和泥水平衡式两种。
敞开式盾构机按开挖方式划分,主要
有手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。
按盾构机的断面形状划分,有圆形和异型盾构机两类。
其中异型盾构机主要有多圆形、马蹄形和矩形。
盾构机型的选择:
盾构机是盾构法隧道施工的关键成套设备。
盾构机的选择是保证工程项目顺利实施的前提条件与设备保障。
盾构机的选择除满足隧道断面形状与外形尺寸外,主要包括盾构机种类、
性能、配套设备、铺助工法等。
(1)选择原则
盾构机的选择主要根据工程地质与水文地质条件、隧道断面形状、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等,经过技术、经济比较后确定。
盾构机的选择原则主要有:
适用性,技术先进性,经济合理性。
1)适用性原则
盾构机的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸,种类与性能适用于工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。
若所选盾构机不能充分满足上述使用条件,应增加适用的辅助工法,如压气工法、注浆工法等,以确保开挖面稳定。
由于盾构机具有较长的合理使用寿命,可用于多项施工工程,因此应根据使用寿命期内预计的常用使用条件,或最不利使用条件选择盾构机,以便具有较广泛的适用性。
2)技术先进性原则
技术先进性有两方面含义:
一是不同种类盾构机技术先进性不同,二是同一种类盾构机由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。
选择技术先进的盾构机,一方面为了更好地适应建设单位当前及今后的工程施工要求,提高施工单位的市场竞争力;
另一一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性。
技术先进性要以可靠性为前提,要选择经过工程实践验证、可靠性高的先进技术。
当前,技术最先进的盾构机是土压平衡式与泥水平衡式盾构机。
随着设计与制造技术的不断完善与提高,其适用范围愈加广泛,已成为盾构隧道施工使用最多的盾构机。
3)经济合理性原则
经济合理性是指:
所选择的盾构机及其辅助工法用于工程项目施工,在满足施工安全、质量标准、环境保护要求和工期要求的前提下,其综合施工成本合理。
(2)选择程序
盾构机选择正确与否,涉及能否正常掘进施工,特别是涉及施工安全,必须采取科学的方法,按照可行的程序,经过策划、调查、可行性研究、综合比选评价等步骤,科学合理选定。
常见的浅埋暗挖典型施工方法:
喷锚加固支护的施工要点:
衬砌背后排水及止水系统的施工应符合的要求:
在衬砌背后设置排水盲管(沟)或暗沟和在隧底设置中心排水盲沟时,应根据坑道的渗漏水情况,配合衬砌一次施工,施工中应防止衬砌混凝土或压浆浆液侵入盲沟内堵塞水路,盲管(沟)或暗沟应有足够的数量和过水能力的断面,组成完整有效的排水系统并应符合设计要求。
衬砌背后可采用注浆或喷涂防水层等方法止水,施工前应根据工程地质和水文地质条件,通过试验作出设计,并在施工过程中修正各项参数。
复合式衬砌防水层施工应优先选用无钉铺设,衬砌防水层施工时喷射混凝土表面应平顺,不得留有锚杆头或钢筋断头,防水层接头应擦净,喷层表面漏水应及时引排,防水层可在拱部和边墙按环状铺设,开挖和衬砌作业不得损坏防水层,铺设防水板地段距开挖面不应小于爆破安全距离,防水层纵横向铺设长度应根据开挖方法和设计断面确定。
衬砌施工缝和沉降缝的止水带不得有割伤、破裂,固定应牢固,防止偏移,提高止水带部位混凝土浇筑的质量。
小导管注浆加固土体技术要点:
小导管注浆是浅埋暗挖隧道超前支护的一种措施。
在软弱、破碎地层中凿孔后易塌孔,且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时,应采取超前小导管支护,超前小导管支护必须配合钢拱架使用。
在条件允许时,也可在地面进行超前注浆加固;
在有导洞时,也可在导洞内对隧道周边进行径向注浆加固。
小导管注浆支护的一般设计如下:
钢管直径40~50mm,钢管长3~5m,钢管钻设注浆孔间距为100~150mm,钢管沿拱的环向布置间距为300~500mm,钢管沿拱的环向外插角为
5°
~l5°
,小导管是受力杆件,因此两排小导管在纵向应有一定搭接长度,钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于1m。
导管安装前应将工作面封闭严密、牢固,清理于净,并测放出钻设位置后方可施工。
采用小导管加固时。
为保证工作面稳定和掘进安全,应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度,严格控制好小导管的钻设角度。
用作小导管的钢管钻有注浆孔,以便向土体进行
注浆加固,也有利于提高小导管自身刚度和强度,参与受力。
小导管注浆宜采用水泥浆或水泥砂浆。
浆液必须充满钢管及周围空隙,注浆量和注浆压力应由试验确定。
导管的钢管在隧道开挖时承受地层的压力,为保证灌浆质量防止漏浆,导管钢管的尾部需设置封堵孔。
注浆施工应根据土质条件选择注浆法:
在砂卵石地层中宜采用渗入注浆法;
在砂层中宜采用劈裂注浆法;
在黏土层中宜采用劈裂或电动硅化注浆法;
在淤泥质软土层中宜采用高压喷射注浆法。
注浆材料应具备:
良好的可注性,固结后有一定强度、抗渗、稳定、耐久和收缩小,无毒、注浆工艺简单、方便、安全等性能。
注浆材料的选用和配比的确定,应根据工程条件,经试验确定。
注浆施工期应监测地下水是否受污染,应该防止注浆浆液溢出地面或超出注浆范围。
管棚的施工要求:
管棚超前支护作为地下工程的辅助施工方法,是为了在特殊条件下安全开挖,预先提供增强地层承载力的临时支护方法,对控制塌方和抑制地表沉降有明显的效果。
管棚超前支护加
固地层主要适用于软弱、沙砾地层或软岩、岩堆、破碎带地段。
根据国内外经验,一般在下列场合采用管棚超前支护:
(1)穿越铁路修建地下工程;
(2)穿越地下和地面结构物修建地下工程;
(3)修建大断面地下工程;
(4)隧道洞口段施工;
(5)通过断层破碎带等特殊地层;
(6)特殊地段,如大跨度地铁车站,重要文物保护区,河底、海底的地下工程施工等。
管棚一般是沿地下工程断面周边的一部分或全部,以一定的间距环向布设,形成钢管棚护,沿周边布设的长度及形状主要取决于地形、地层、地中或地面及周围建筑物的状况,有帽
形、方形、一字形及拱形等。
采用管棚超前支护施工时,管棚一般选用直径50~150
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