中南大学岩土工程作业.docx
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中南大学岩土工程作业.docx
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中南大学岩土工程作业
作业一:
新建西路站初步地质勘查
一、新建西路站简介
按照公布的招投标方案,新建西路(书院南路-芙蓉南路)道路全长约1.222公里,规划路幅宽度为46米,设计为城市干道标准,双向6车道,设计行车速度为每小时40-50公里。
修建之前,南二环线以北,南湖路以南,不管从芙蓉路到书院路还是从书院路到芙蓉路,都要绕道南二环或南湖路才能到达;修建之后,新建西路从新建中路到书院路拉通,雨花亭到书院路可以直来直去。
二、初步勘测简介
初勘是在场址经确定后进行。
为了对场地内各建筑地段的稳定性做出评价,初勘的任务之一就在于查明建筑场地不良地质现象的成因、分布范围、危害程度及其发展趋势,以便使场地主要建筑物的布置避开不良地质现象发育的地段,为建筑总平面布置提供依据。
初勘的工作是在已有资料和进行地质测绘与调查的基础上,对场址进行勘探和测试。
勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地质构造线和地层界线。
勘探点应该布置在这些界线上,并在变化最大的地段予以加密。
在地形平坦地区,可按方格网布置勘探点。
三、长沙地质情况
长沙位于湘江和浏阳河交汇的河谷阶地,周围为地势较高的山丘,可谓“环城皆山也”,其地形属于盆地,习称之湘浏盆地,亦称长沙盆地。
经过数十万年来的地质变化和大自然的侵蚀,湘浏盆地形成了3个较为明显的地貌特征。
湘浏盆地的地质结构,可考察者均为第四纪沉积物,年代约在300万年到1万年之间。
这里的山丘、河谷经过地层的断裂、掀斜升降等运动,以及自然的风化、流水的冲刷等外力的作用,多处出现陡岩壁立,断岸垣横,河滩溪畔沙石裸陈,揭示了其原始的地质结构。
前人选择部分较为典型的裸露地层,做了地层的取样分析,有属于一级阶地的水陆洲组,属于二级阶地的马王堆组,属于三级阶地的白沙井组,属于四级阶地的新开铺组及属于五级阶地的洞井铺组等,取得了大量的地质资料。
可知长沙的地质结构主要由砂砾岩、粉砂岩、砂岩、砾岩及板岩等岩层组成,最上层则多为网纹红土。
由于这些岩石均由铁质、钙质和泥质胶结,颜色多呈红色或紫红色,因此该盆地习称为红岩盆地或简称红盆。
而地层的砂岩和砂砾岩中组成成分则以石英为主,颗粒较大,颜色灰白。
四、新建西路站所处位置地质情况
盆地中心为沿江的冲积阶地,是长沙城市主要建设地带,其地层主要是第四纪更新世的冲积性网纹红土和砂砾。
北起湘、浏二水交汇的新河三角洲第一级台地,海拔约30米,高出湘江常年水位约10米。
至今五一广场黄兴路一带为第二级台地,高出湘江常年水位约30米,长沙古城主要分布在这一级台地。
随着城市建设的发展,现在第六级、第七级阶地逐步建设成为新城区了。
新建西路所处的长沙东侧和东南侧为红岩丘岗。
主要以红砂岩和砂砾岩构成的小山组成的丘陵,海拔一般100米左右。
这些小山丘岩质较松散,易于风化成红岩岗地。
但亦有个别因岩基坚硬,虽久经剥蚀,仍耸立于红岩丘岗之中。
五、初步勘探步骤
1、勘察工作遵循的规范、规程
a.《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001,2009年版);
b.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
c.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010);
d.《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999);
e.《工程地质手册》(第四版);
f.《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-87);
g.《电力工程高压送电线路设计手册》
h.《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)。
2、勘察方法选择
为综合评价场地地基土的性状及提供各土层的岩土工程设计技术参数,采用钻探取样、原位测试与室内试验相结合的勘察方法。
1)钻探:
现场钻探采用GX-50型钻机钻进,严格遵守《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87-92),钻孔孔径91~130mm。
2)标准贯入试验:
采用63.5kg机械提引自动脱钩的标准贯入器试验。
读取贯入300mm锤击数,利用标贯击数评价砂土的密实度及土的强度。
3)重型动力触探试验:
采用63.5kg机械提引自动脱钩的重型动力触探,读取贯入100mm锤击数,利用锤击数评价强风化岩的密实度及强度。
3、初步勘察阶段,应进行下列工作:
初步查明冻土的分布规律,以及冻土现象的类型、成因和对场地稳定性的影响程度,并提出在建筑物使用期间冻土工程地质条件可能发生的变化。
查明地下水埋藏条件及其对工程建筑的影响。
对抗震设防烈度等于或大于7度的建筑场地,应判明场地的地震效应。
查明构造地质、环境地质对建筑场地的影响。
4、初步勘察阶段,勘探线、点、网的布置应符合下列要求:
勘探线应垂直地貌单元边界线、地质构造线及地层界线。
勘探点的布置应考虑每个地貌单元类型的地貌交接部位,在微地貌或冻土现象发育地段应适当增加勘探点的数量。
在同一地貌单元,地形平坦、冻土工程性质较均一、分
布面积较大的场地,勘探点可按方格网布置。
勘探线、勘探点间距可根据建筑场地的复杂程度按表8.3.4确定。
5、初步勘察勘探孔分一般孔和控制孔两种,其深度可根据建筑场地的复杂程度按规范确定。
6、当遇下列情况之一时,应适当增减勘探孔深度:
在预定深度内遇基岩,除控制性勘探孔应钻入基岩适当深度外,其他勘探孔到基岩即可。
在预定深度内为少冰冻土,除控制性钻孔钻入预定深度外,其他钻孔可适当减少钻入深度。
在预定深度内遇到饱冰冻土、含土冰层或纯冰层时,可适当加深或予以钻穿。
7、初步勘探取土试样和原位测试工作应符合下列要求:
初步勘察取土样和进行原位测试的勘探孔,在平面上应均匀分布,数量一般占勘探孔总数的1/4~1/2;取土样和原位测试的竖向间距,应按地层的特点和冻土的均匀程度确定。
各土层一般均需取样和取得测试数据;在不同地貌单元应设置地温观测孔,观测孔的深度应大于地温年变化深度。
8、初步勘察时应进行下列水文地质工作:
初步查明冻土区地下水类型;冻结层上水、冻结层间水和冻结层下水的贮存形式、埋藏条件、相互关系及其对工程建筑的影响。
当地下水有可能浸没或浸湿基础时,应取水样进行对建筑材料的浸蚀性分析,一般地区取样地点不宜少于两处。
9、初步勘察报告应包括下列内容:
工程性质、任务要求及勘察工作情况。
场地位置、地形地貌、地层、地质条件、冻土分布规律、地下水埋藏条件等。
场地的稳定性、冻土现象、地震基本烈度及建筑的适宜性评价。
冻土物理、热学与力学参数的分析与选用。
对冻土地基的利用原则、基础形式的确定和冻土现象的防治等方面进行论证。
作业二:
铁道学院挡土墙类型
挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。
在挡土墙横断面中,与被支承土体直接接触的部位称为墙背;与墙背相对的、临空的部位称为墙面;与地基直接接触的部位称为基底;与基底相对的、墙的顶面称为墙顶;基底的前端称为墙趾;基底的后端称为墙踵。
挡土墙的类型包括重力式挡土墙,悬臂式挡土墙,扶壁式挡土墙,板桩式挡土墙等。
铁道学院里面的挡土墙包括有如下类型:
首先,有重力式挡土墙,如下图所示:
图1重力式挡土墙1
图2重力式挡土墙2
图3重力式挡土墙3
重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。
重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背坡一般选用1:
0.2~1:
0.3,仰斜墙背坡度愈缓,土压力愈小。
但为避免施工困难及本身的稳定,墙背坡不小于1:
0.25,墙面尽量与墙背平行。
图4垂直墙或俯斜墙
对于垂直墙,如地面坡度较陡时,墙面坡度可有1:
0.05~1:
0.2,对于中、高挡土墙,地形平坦时,墙面坡度可较缓,但不宜缓于1:
0.4。
采用混凝土块和石砌体的挡土墙,墙顶宽不宜小于0.4m;整体灌注的混凝土挡土墙,墙顶宽不应小于0.2m;钢筋混凝土挡土墙,墙顶不应小于0.2m。
通常顶宽约为H/12,而墙底宽约为(0.5~0.7)H,应根据计算最后决定墙底宽。
当墙身高度超过一定限度时,基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。
为了使地基压应力不超过地基承载力,可在墙底加设墙趾台阶。
加设墙趾台阶时挡土墙抗倾覆稳定也有利。
墙趾的高度与宽度比,应按圬工(砌体)的刚性角确定,要求墙趾台阶连线与竖直线之间的夹角θ(图6—3),对于石砌圬工不大于35°,对于混凝土圬工不大于45°。
一般墙趾的宽度不大于墙高的二十分之一,也不应小于0.1m。
墙趾高应按刚性角定,但不宜小于0.4m。
墙体材料:
挡土墙墙身及基础,采用混凝土不低于C15,采用砌石、石料的抗压强度一般不小于MU30,寒冷及地震区,石料的重度不小于20kN/m3,经25次冻融循环,应无明显破损。
挡土墙高小于6m砂浆采用M5;超过6m高时宜采用M7.5,在寒冷及地震地区应选用M10。
然后,有悬臂式挡土墙。
如下图所示:
图5悬臂式挡土墙
悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。
面坡常用1:
0.02~1:
0.05,背坡可直立。
顶宽>0.15m,路肩墙>0.2m,踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于0.30m。
扶壁式挡土墙的立壁,常为等厚,间距常取墙高的1/3~1/2,厚度约为间距的1/8~1/6,但不小于0.3m。
悬臂式挡土墙构造简单,施工方便,能适应较松软的地基,墙高一般在6m-9m之间。
最后,有扶壁式挡土墙,如下图所示:
图6扶壁式挡土墙
扶壁式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂,每隔一定距离加一道扶壁,将立壁与踵板连接起来的挡土墙。
扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙,其主要特点是构造简单、施工方便,墙身断面较小,自身质量轻,可以较好的发挥材料的强度性能,能适应承载力较低的地基。
适用于缺乏石料及地震地区。
一般在较高的填方路段采用来稳定路堤,以减少土石方工程量和占地面积。
扶壁式挡土墙,断面尺寸较小,踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移,竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力,相对悬臂式挡土墙受力好。
适用6~12m高的填方边坡,可有效地防止填方边坡的滑动。
扶壁式挡土墙是路肩挡土墙的一种,是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上,然后在其内倒填土的一种挡墙形式与其它几种形式的挡墙比较,扶壁式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点,是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。
扶壁式挡土墙由墙面板(立壁)、墙趾板、墙踵板及扶肋(扶壁)组成。
扶肋把立壁同墙踵板连接起来,起加劲的作用,以改善立壁和墙踵板的受力条件,提高结构的刚度和整体性,减小立壁的变形。
它适用于缺乏石料的地区。
由于墙踵板的施工条件,一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。
悬臂式挡土墙高度不宜大于6m,当墙高大于4m时,宜在墙面板前加肋。
扶壁式挡土墙宜整体灌注,也可采用拼装,但拼装式扶壁挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。
悬臂式和扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的,而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。
它的主要特点是构造简单、施工方便,墙身断面较小,自身质量轻,可以较好地发挥材料的强度性能,能适应承载力较低的地基。
但是需耗用一定数量的钢材和水泥,特别是墙高较大时,钢材用量急剧增加,影响其经济性能。
作业三:
新建西路站基坑设计
一、新建西路站简介
按照公布的招投标方案,新建西路(书院南路-芙蓉南路)道路全长约1.222公里,规划路幅宽度为46米,设计为城市干道标准,双向6车道,设计行车速度为每小时40-50公里。
修建之前,南二环线以北,南湖路以南,不管从芙蓉路到书院路还是从书院路到芙蓉路,都要绕道南二环或南湖路才能到达;修建之后,新建西路从新建中路到书院路拉通,雨花亭到书院路可以直来直去。
二、基坑施工
1、围护结构
围护结构的主要作用是与支撑一起形成支护体系,支挡坑内外的不平衡土压力,保持基坑的稳定。
因此,围护结构应具有足够的强度、刚度和稳定性。
在新建西路站工程中,主要应用的围护结构是:
地下连续墙。
地下连续墙是在基坑四周通过成槽、钢筋混凝土施工等工艺形成的具有较好强度、刚度和抗渗性的地下连续壁。
地下连续墙具有刚度大、抗渗性能好、施工过程中无振动、无噪音等特点。
地下连续墙作为地铁车站深基坑的挡土围护结构,施工时对周围环境影响小,适宜在城市建筑密集区域作业。
一般地下连续墙适用于开挖深度14米以上的深基坑。
根据地下连续墙在施工阶段和使用阶段的作用,地下连续墙可以分为单墙体系和双墙体系。
双墙体系中,地下墙在施工阶段作为挡土结构与支撑一起形成支护体系;在使用阶段与内衬墙共同工作形成受力体系,承受结构荷载。
单墙体系中,地下墙在施工阶段作为挡土结构与支撑一起形成支护体系;在使用阶段单独作为承重体系的一部分,承受结构荷载。
地下连续墙工艺流程:
(1)导墙施工
(2)成槽
(3)成槽过程中应使用泥浆护壁,泥浆于现场配制。
泥浆置换、清底吊放锁口管
(4)钢筋笼吊放
(5)混凝土浇捣
(6)锁口管拔出
地下连续墙施工前先要构筑导墙,导墙净宽应比连续墙宽度稍宽约4cm,顶部比地面高4~5cm。
一般导墙深度约1.5米,遇障碍物或暗浜等特殊情况时,应先行处理,考虑导墙加深并要求导墙落到原状土上。
地下连续墙分幅成槽和浇捣混凝土,每次成槽宽度约2~6米,平面形状有“—”形、“L”形和“T”形等。
槽段有先行幅和后行幅之分,先行幅在槽段两头放置锁口管。
地下连续墙接头常用的有:
预制接头、刚性接头、柔性防水接头和预留注浆孔接头等。
新建西站的地下连续墙如下图所示:
图1地下连续墙1
图2地下连续墙2
2、降水
深基坑降地下水的作用:
(1)保持开挖面的干燥,便于开挖施工
(2)增加基坑稳定性
(3)改善基坑土体的特性,增加土体强度
(4)防止坑底的隆起和破坏
降水工艺有很多种,如电渗法、喷射法、真空法等,有轻型井点、深井井点等。
在选取时需根据不同的土层特性及基坑深度确定。
采用深井井点时,应根据土层渗透系数的不同开一截滤管或多截滤管。
滤管周围应均匀填充填料,以保证水可以透过填料,而土体颗粒不会透过从而堵塞滤孔。
填料应根据土体颗粒组成确定。
为防止真空泄漏,应在孔口一定高度内用粘土回填密实。
3、支撑
在深基坑的施工支护结构中,常用的支撑系统按其材料分可以有钢支撑和钢筋混凝土支撑等种类。
其优缺点比较如下表。
优点:
◆便于安装和折除
◆材料的消耗量小
◆可以及时施加预应力以减少无支撑暴露时间,合理地控制软土基坑变形
◆有利于缩短工期
◆整体刚度好
◆节点构造处理相对简单
◆结构稳定性好
缺点:
◆整体刚度较弱
◆稳定性差
◆节点构造处理难度大
◆制作时间长于钢支撑,不利于减少无支撑暴露时间
◆拆除工作比较繁重
◆材料的回收利用率低
◆工期相对较长
支撑结构体系由围檩、支撑杆或支撑桁架、立柱、立柱桩等组成。
深大基坑设计和施工中,必须对支撑系统中各节点,特别是多支撑交汇的关键节点的构造细节,做深入分析和谨慎处理,严防“一点失稳、全盘皆垮”的灾害性事故。
围檩:
支撑结构的围檩直接与围护壁相连,围护壁上的力通过围檩传递给支撑结构体系。
在采用地下连续墙的地铁地铁车站深基坑中,常常不设围檩而直接将支撑撑于地下墙面上,这种支撑布置要和地下墙相配,通常每道在一幅地下墙上设两根对撑。
支撑杆:
是支撑结构中的主要受压杆件,由于受自重和施工荷载的作用,支撑杆属于一种压弯杆件。
支撑杆相对于受荷面来说有垂直于荷载面和倾斜于荷载面二种,对于斜支撑杆要注意支撑杆和地下墙(或围檩)连接节点的力的平衡。
立柱和立柱桩:
支撑杆和支撑桁架需要有立柱来支承,立柱通常采用H型钢或钢格构柱。
立柱下要有立柱桩支承,立柱桩可以借用工程桩、也可以单独设计用于支承立柱。
立柱和立柱桩可有效地保证支撑的稳定性,但立柱的沉降或回弹会引起支撑次应力,降低支撑稳定性。
新建西路站的支撑如下图所示:
图3支撑1
图4支撑2
三、基坑计算(地下连续墙)
在地铁工程中,地下连续墙结构的设计是依据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99国家规范来进行的。
它不仅要对支护结构进行土体稳定性和墙底抗渗透稳定性验算,基坑底突涌稳定性验算,墙身的受压、受弯、受剪承载力验算,支撑构件的承载力和其稳定性验算,同时还要进行地下水位的控制计算。
并应结合沈阳市的具体情况来进行。
在满足规范计算的同时首先应确定墙身嵌固于基坑下的埋置深度。
其次再确定墙身断面及配筋,由于五里河站围护结构为受多层水平支撑的结构。
计算方法依据《建筑基坑支撑支护结构技术规程》中单质点稳定计算法和圆弧滑动简单条分法设计的。
由于其方法计算繁琐,为此采用了同济启明星软件来完成的计算。
此方法的基本原理为连续墙受多层水平支撑作用处于不同工况的情况下,墙身所围护的边坡土体应处于稳定状态时墙身嵌固于土内的最大深度值。
计算内容有:
(1)基坑内侧水平抗力标准值,依据《建筑基坑支护技术规程》第3.4.1条款进行计算
(2)基坑内侧水平抗力标准值,依据《建筑基坑支护技术规程》第3.5.1条款进行计算
(3)整体稳定性验算,依据《建筑基坑支护技术规程》第4.1.1条款进行的计算
作业四:
新建西路段盾构机的选型
一、盾构机设备施工简介
盾构是一种在不破坏地面情况下进行地下掘进和衬砌的全断面施工设备。
具体构造包括:
盾构壳体、支护结构、推送系统、拼装系统、出土系统及附属设备等六部分组成。
1、盾构施工在国内外发展情况:
国外盾构发展情况:
1874年在伦敦地下铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径为3.12m的区间隧道,采用了气压盾构以及衬砌背后注浆的施工工艺。
到十八世纪末期盾构机形式已发展到中心装有旋转轴,固定了刀盘,由刀盘的旋转开挖土层。
此后英国、美国和苏联对机械式盾构作了很多改进。
当前世界上盾构施工工法使用最多,水平最先进的日本,在最近30~60年间随着经济的高速增长,城市市政设施也取得了迅速的发展。
地铁、上下水道、电力、通信等工程量增大,盾构施工工法代替其他施工方法,他们从引进国外的盾构机技术,发展到能自行设计制造技术先进的直径为Φ14.14m的盾构机。
目前世界盾构机发展的两大趋势:
第一、提高工程安全性、经济性、施工自动化;第二、向大断面、深度化、长距离、小曲率半径方向发展,扩大了盾构机工程领域。
国内盾构施工情况:
早在1963年上海开始了Φ4.16m的盾构隧道施工及1968年北京开始了Φ7.0m盾构隧道的工程试验并在钢筋混凝土管片制造、防水技术等方面取得成功。
1989年我国上海地铁一号线工程正式采用盾构法施工区间隧道,随着地铁、合流污水、电厂进排水管等建设发展采用了盾构法施工,又随着国外盾构机的引进使盾构技术得到迅速的提高。
盾构机由最初的网格式挤压盾构机、发展到现在先进的大刀盘土压平衡式盾构机、泥水平衡式盾构机,使我国盾构设计、制造、施工技术也进入了较高水平行列,满足目前阶段施工需要。
2、盾构分类:
盾构的分类较多,可按盾构切削面的形状、盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能,挖掘土体的方式,掘削面的挡土形式,稳定掘削面的加压方式,施工方法,适用土质的状况多种方式分类。
下面我们按照盾构组合命名分类阐述。
2.1、全敞开式盾构机
全敞开式盾构机的特点是掘削面敞露,故挖掘状态时干态状,所以出土效率高。
适用于掘削面稳定的性好的地层,对于自稳定性差的冲积地层应辅以压气、降水、注浆加固等措施。
(1)手掘式盾构机
手工掘削盾构机的前面是敞开的,所以盾构的顶部装有防止掘削面顶端坍塌的活动前檐和使其伸缩的千斤顶。
掘削面上每隔2-3m设有一道工作平台,即分割间隔为2-3m。
另外,在支撑环柱上安装有正面支撑千斤顶。
掘削面从上往下,掘削时按顺序调换正面支撑千斤顶,掘削下来的沙土从下部通过皮带传输机输给出土台车。
掘削工具多为鹤嘴锄、风镐、铁锹等。
(2)半机械式盾构机
半机械式盾构机是在人工式盾构机的基础上安装掘土机械和出土装置,以代替人工作业。
掘土装置有铲斗、掘削头及两者兼备三种形式。
具体装备形式为A.铲斗、掘削头等装置设在掘削面的下部。
B.铲斗装在掘削面的上半部,掘削头在下半部。
C.掘削头装在掘削面的中心。
D.铲斗装在掘削面的中心。
(3)机械式盾构机
盾构机的前部装有旋转刀盘,故掘削能力大增。
掘削下来的砂土由装在掘削刀盘上的旋转铲斗,经过斜槽送到输送机。
由于掘削和排土连续进行,故工期缩短,作业人员减少。
2.2、部分开放式盾构机
即挤压式盾构机,其构造简单、造价低。
挤压盾构适用于流塑性高、无自立性的软粘土层和粉砂层。
(1)半挤压式盾构机(局部挤压式盾构机)
在盾构的前端用胸板封闭以挡住土体,使不致发生地层坍塌和水土涌入盾构内部的危险。
盾构向前推进时,胸板挤压土层,土体从胸板上的局部开口处挤入盾构内,因此可不必开挖,使掘进效率提高,劳动条件改善。
这种盾构称为半挤压式盾构,或局部挤压式盾构。
(2)全挤压式盾构机
在特殊条件下,可将胸板全部封闭而不开口放土,构成全挤压式盾构。
(3)格式盾构机
在挤压式盾构的基础上加以改进,可形成一种胸板为网格的网格式盾构,其构造是在盾构切口环的前端设置网格梁,与隔板组成许多小格子的胸板;借土的凝聚力,用网格胸板对开挖面土体起支撑作用。
当盾构推进时,土体克服网格阻力从网格内挤入,把土体切成许多条状土块,在网格的后面设有提土转盘,将土块提升到盾构中心的刮板运输机上并运出盾构,然后装箱外运。
三、封闭式盾构机
(1)泥水式盾构机
是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面,其刀盘后面有一个密封隔板,与开挖面之间形成泥水室,里面充满了泥浆,开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂,经分离后泥浆重复使用。
(2)土压式盾构机
是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质,刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室,刀盘旋转开挖使泥土料增加,再由螺旋输料器旋转将土料运出,泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。
土压式盾构机又可分为纯土压平衡式与加泥型土压平衡式。
纯土压平衡式盾构机单纯依靠开挖下来的碴土压力稳定开挖面。
这种盾构机较适用于开挖含砂量小的塑性流动性软粘土。
加泥型土压平衡盾构机装备有注入添加材料促进开挖砂土塑性流动的机构。
对于含砂量、含水量较大的土层,盾构机的加泥装置可以根据土质,选用泡沫、膨润土、高吸水树脂等添加材料,将其注入开挖面和泥土仓。
通过搅拌机构将添加材料与开挖下来的碴土强力搅拌,将开挖碴土变成具有可塑性、流动性、防渗性的泥土,这种泥土充满土仓和螺旋输送机内。
当土仓内压力小于开挖面压力时,开挖面碴土继续进入土仓,土仓内土压升高;当土仓内压力与开挖面压力相平衡时,碴土停止流动,开挖面即稳定下来。
在某些地质条件下,加泥型土压平衡盾构还可以在半土压平衡/压气模式下工作,通过向开挖面与隔板间压注压缩空气来对没有碴土的空间提供支撑力,以防止盾构上方土体产生塌方;当土壤稳定性较好,盾构施工不需要带压出土时,土压平衡盾构还可以在土仓无压力条件下工作,此时,不需要对开挖土料进行改良;当线路中存在高水压、大水量地层时,盾构机的出土系统还可改为由柱塞泵输送开挖下来的碴土,以避免螺旋输送机的喷涌和开挖面上方的坍方。
这种盾构机适用土质范围广泛,占地面积较小,价格适中。
3、盾构法施工的主要技术优点:
(1)盾构施工时所需要顶进的是盾构机本身,故在同一土层顶进时顶力基本不变,因此盾构法施工不受顶进长度限制。
(2)操作安全,可在盾构的支持下挖土和衬砌。
(3)如采用平衡式盾构施工可不降低地下水施工避免了因降水造成地面下沉,再
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