地下結構施工技術(地下結構施工技術有哪些)

濰坊加固改造設計公司 2周前 ( 11-23 09:28 ) 6470 搶沙發(fā)

本篇文章給大家談談地下結構施工技術，以及地下結構施工技術有哪些對應的知識點，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔，本文目錄一覽：，1、，地鐵旁地下結構半逆作法施工探索？，2、，地下工程中涉及的主要施工方法及介紹，3、，我國地下工程施工新技術綜述？，4、，隧道是屬于什么結構類型呢？

本篇文章給大家談談地下結構施工技術，以及地下結構施工技術有哪些對應的知識點，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔。

本文目錄一覽：

1、地鐵旁地下結構半逆作法施工探索？
2、地下工程中涉及的主要施工方法及介紹
3、我國地下工程施工新技術綜述？
4、隧道是屬于什么結構類型呢？

地鐵旁地下結構半逆作法施工探索？

下面是中達咨詢給大家?guī)黻P于地鐵旁地下結構半逆作法施工的相關內(nèi)容，以供參考。

鄰近地鐵及周邊地下管線和現(xiàn)有建筑眾多的工程施工,對基坑穩(wěn)定和周邊環(huán)境保護要求較高,基坑施工采用逆作法、半逆作法日益增長。針對工程實際,介紹鄰近地鐵深基坑采用半逆作法施工的工藝方法、適用條件,分析了施工順序中的難點及采取相應的技術措施,為類似工程施工提供借鑒。

1工程概況

某大廈地處鬧市,屬舊區(qū)改造項目。由1#、2#主樓及裙樓組成,占地面積7040.6m2,建筑面積58136.0m2,地下建筑面積9408.2m2,基坑面積約4730m2。主要用途為商業(yè)、酒店式公寓等。1#、2#主樓均為地上28層,地下兩層。裙房為地上4層地下兩層,整個地下室連成一體。采用樁筏基礎,樁基采用鉆孔灌注樁。主體結構為鋼筋混凝土框架-核心筒結構,裙樓為鋼筋混凝土框架結構。地下兩層為車庫,戰(zhàn)時為六級人防工程,平戰(zhàn)結合。

基坑南北方向長約93m,東西方向?qū)捈s59m,呈不規(guī)則形狀。地下一層層高為4.5m,地下二層層高為3.7m,主樓底板板厚1.6m,裙房底板厚0.7m。主樓基坑開挖深度為9.45m(包括0.20m厚墊層),裙樓基坑開挖深度8.55m(包括0.20m厚墊層)。本工程基坑等級為一級基坑。

地鐵線區(qū)間隧道位于基地西側,呈南北走向分布。基坑邊距區(qū)間隧道凈距約6m,平行距離約80m,地鐵隧道頂部深約11～15m,隧道φ6.2m。且基地周邊市政管線和臨近的多層、高層建筑物眾多。

根據(jù)項目巖土工程勘察報告揭示,本工程場地土砂性較嚴重,自然地面下1.5m至14m左右均為砂性土,且含水量豐富,滲透系數(shù)較大。

2基坑施工方案

根據(jù)本工程的基坑面積、地下室分布、開挖深度、周邊環(huán)境的實際情況以及工期和造價等因素的綜合考慮,基坑施工最終確定先是裙樓向下逆作,待基礎底板形成后再主樓(芯筒部分)向上順作至±0.000的半逆作法方案。

采用地下連續(xù)墻結構梁板替代水平支撐主樓順作、裙樓逆作的總體圍護設計構想;即基坑開挖階段采用地下連續(xù)墻作為臨時圍護體,結構梁板作為水平支撐,臨時立柱作為基坑的豎向支撐系統(tǒng),裙樓地下各層結構采用由上而下的逆作施工方式,主樓待逆作施工至基底時采用由下而上的順作施工方式。逆作施工階段為方便土方出土,加快施工速度,在裙樓地下結構樓梯扶梯部位和主樓核芯筒剪力墻位置設置出土口,出土口周邊的結構梁兼作為臨時支撐作加強處理,中間設雙拼H型鋼臨時支撐。

2.1水平支撐系統(tǒng)

以結構梁板作為基坑開挖階段的水平支撐,其支撐剛度大,對水平變形的控制極為有效,同時也避免了大量臨時支撐的設置和拆除以及臨時支撐拆除過程中圍護墻的二次受力和二次變形對環(huán)境造成的進一步影響,較大程度上保證了基坑的安全性。在首層結構梁板上設置專用的施工車輛運行通道及堆載梁板,作為施工機械的挖土平臺及車輛運輸通道,主樓及裙樓局部位置預留出土口,為逆作施工階段的出土帶來極大的方便,有利于加快施工進度節(jié)約工期。

2.2豎向支承系統(tǒng)

本工程采用地下連續(xù)墻作為基坑圍護結構,地下墻墻體厚度800mm,入土深度20m,在基坑開挖階段作為豎向支承系統(tǒng);鋼格構臨時立柱采用4L160mm×14mm角鋼制作,截面為470mm×470mm,立柱樁利用主樓結構框架下的工程樁作承載體。

2.3留土護壁及分塊開挖

本基杭工程面積較大,開挖深度也較深,基坑周邊環(huán)境保護要求較高,尤其基坑西側分布有已建成的地鐵區(qū)間隧道,為進一步控制基坑大面積挖土卸荷不可避免產(chǎn)生的基坑變形及基底回彈隆起,最大限度減少因基坑開挖對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響,采取先逆作施工地下室各層梁板結構,然后盆式開挖中部區(qū)域的挖土方式;同時考慮到基坑開挖的第二層、第三層挖土工況,即頂板、中樓板結構形成后開挖至每次挖土基底的工況下,圍護體的豎向暴露跨度較大,為減少圍護體的跨度以控制其變形,該工況下采取基坑周邊留土放坡開挖至坑底標高,其后分段開挖基坑周邊的留土,并迅速澆筑墊層,使之形成對通支撐,最后再快速澆筑中樓板、基礎底板,以控制基坑內(nèi)的土體回彈和圍護墻的變形,保護地鐵及周邊環(huán)境。特別是在第三層挖土工況中,由于結構底板厚度不一,墊層不在同一標高上,難以形成對撐作用;故結構底板采用分三塊進行施工,先開挖兩主樓間的裙樓區(qū)域至基底,保留兩邊主樓區(qū)域土體,并迅速形成裙樓結構底板,在基坑中央形成一道剛度較大的對撐;然后再開挖兩邊主樓區(qū)域土體,再澆筑結構底板(圖1)。

3技術準備與部署

3.1逆作法施工的設計特點

逆作法施工需要設計與施工的緊密結合。根據(jù)目前的工程實踐,逆作法施工適用于:

(1)坑面積大、深度深,周圍環(huán)境復雜,對變形要求較嚴格;

(2)結構形式盡可能為框架結構,并盡可能地減少剪力墻部位的逆作施工;

(3)地下室層高較高,柱網(wǎng)較規(guī)則且柱距較大,如采用全逆作法施工,則首層層高也應較高(以便出土機械、車輛作業(yè)施工);

(4)從頂板往下各層樓板的標高、梁高應盡可能統(tǒng)一、規(guī)則,有可能的話可設計成無梁樓蓋,以減少同層挖土中的標高差;

(5)柱下布有工程樁,且盡可能布置“一柱一樁”型豎向臨時立柱,以減少坑內(nèi)立柱數(shù)量,當樁的設計承載力較大時,可設計成大口徑樁以提高單樁承載力,柱截面尺寸應偏大,盡可能采用“寬柱窄梁”;

(6)結構頂板上應布置有重載區(qū)域,以便重型施工機械及車輛停放、行走。

3.2本工程設計狀況

由于本工程地下結構存在3家設計單位(主體設計、圍護設計及人防設計)平行分包設計,且過程中缺乏必要的協(xié)調(diào)和結合;而且原先的主體設計在方案階段直至施工圖階段,全部按順作考慮,根本沒有考慮到逆作法的設計特點。這主要表現(xiàn)在以下幾點:

(1)地下室層高偏低,挖土凈空高度較小;

(2)柱網(wǎng)不夠規(guī)則,且柱距偏小,圍護設計在布置臨時立柱時,抽掉了一部分柱而沒有布置臨時立柱,使結構柱網(wǎng)在地下結構施工工況下與正常使用工況下不同,要求對結構梁、板根據(jù)施工工況進行復算;

(3)板、中樓板標高太多,且梁高不一;

(4)大多數(shù)柱下無樁,只能采用“一柱二樁”“、一柱三樁”型,使基坑內(nèi)立柱大量增多,樁間托梁使結構梁、柱節(jié)點變得更為復雜,且柱截面尺寸普遍偏小,而梁受層高限制做得較寬,成為“窄柱寬梁”型;

(5)原主體設計單位對取土口周邊梁、頂板重載區(qū)域等設計需與圍護設計單位、施工單位結合并優(yōu)化。

3.3技術準備與部署

根據(jù)本工程半逆作法施工的具體情況,我們在施工前作了下述技術準備與部署:

(1)據(jù)現(xiàn)場車輛行走條件及出土、施工等需要,確定重載區(qū)域和樓面荷載,提交設計單位進行驗算;

(2)對取土口周邊梁按圍護結構圈梁要求進行驗算和優(yōu)化;

(3)對梁板水平傳力體系進行驗算和優(yōu)化,特別是樓板標高變化處,防止梁、立柱在水平力傳遞過程中受扭或受剪破壞;

(4)由于本工程立柱較多,對立柱布置進行優(yōu)化,使之盡可能方便土方開挖;

(5)對“一柱一樁”型結構柱截面作優(yōu)化,使臨時立柱在合理偏差下能包含于柱中;

(6)對原“一柱二樁”、“一柱三樁”立柱間的托梁設計進行優(yōu)化,使框架節(jié)點盡可能地簡單化;

(7)由于本工程施工工況與正常使用工況的結構柱網(wǎng)存在差異,故需對施工工況下的結構梁、板進行全面驗算;

(8)對梁、柱節(jié)點的鋼筋布置,進行深化、翻樣。

(9)在全面理解圍護設計半逆作法施工設計意圖的基礎上,對本工程圍護及地下結構施工順序作全面部署,見圖2。

4立柱垂直度控制

立柱垂直度的偏差控制,是逆作法施工的技術難點之一。根據(jù)當前的工程實踐,控制立柱垂直度偏差的有效方法就是利用特制的定位糾偏架。定位糾偏架采用高強膨脹螺栓固定于硬地坪上,利用測量儀器可將架體的中心與樁位中心重合;利用架體下端螺栓可將立柱位置(包括中心位置與平面轉動)準確固定;利用架體上部的千斤頂校正立柱垂直度(圖3)。

5基坑降水

本工程基坑降水采用真空深井降水。由于本工程場地土砂層深厚,含水率高,土的滲透系數(shù)大,所以降水條件優(yōu)越,但是降水效果的好壞將直接影響到土方開挖的順利進行,以至直接影響到基坑安全。也就是說,成功地進行基坑降水,能大大改善砂性土的物理力學性能,使之有利于挖土施工;反之則對挖土施工帶來極大的困難,甚至還會引發(fā)流砂、管涌等現(xiàn)象,危及基坑安全。

6土方開挖

土方開挖是逆作法施工的又一技術難點。由于逆作法土方開挖采用暗挖法施工,所以挖土凈空高度、立柱布置等因素對土方順利開挖起到很大的影響;深基坑土方開挖對圍護結構及環(huán)境影響理論的研究和實踐,特別是“時空效應”理論的建立,為深基坑土方開挖施工提供了概念性設計。

本工程土方開挖總體上依據(jù)地下結構施工的順序及設計工況要求,分三層開挖施工。在每層挖土作業(yè)中,遵循“盆式”開挖的概念,進行分區(qū)、分段開挖,即首先保留基坑四周一定寬度的土坡以增強圍護結構的被動土壓力,對基坑中央先行開挖至設計標高;然后再分段開挖基坑四周的留置土坡,減少圍護結構(地下連續(xù)墻)無支撐下的暴露時間?；炷翂|層隨挖隨澆,并盡可能地形成對通,減少坑底土的暴露時間,防止土體回彈。

第三層挖土(最下層)由于深度較深,對圍護結構和環(huán)境影響較大,而主樓、裙樓底板厚度不一,基底不在同一標高上,所以混凝土墊層難以起到支撐作用,故對第三層挖土、底板結構施工作分段處理,即先開挖基坑中間段(裙樓區(qū)域),并澆筑裙樓底板后,再開挖基坑兩側主樓區(qū)域。在每段挖土作業(yè)中,遵循“盆式”開挖法。

7信息化施工及應急預案

深基坑施工中,對基坑及環(huán)境監(jiān)測是保障工程安全性的必要前提,同時也為信息化施工提供必要數(shù)據(jù);利用基坑監(jiān)測的第一手數(shù)據(jù),指導施工的具體組織,控制施工速率的變化,判定目前施工所處的狀態(tài)。任何施工計劃和方案都不是一成不變的,而是通過監(jiān)測信息的反饋而進行不斷地修正與變化。

應急預案是我們根據(jù)以往的工程實踐經(jīng)驗,對可能發(fā)生危害性情況下的組織分工、物資準備和應對措施等作出的計劃與部署,如果危害性情況一旦發(fā)生,可立即啟動應急預案,使工程施工始終處于可控制狀態(tài)。應急預案的編制應通過設計單位及其地下結構施工技術他相關單位的審核與批準。

8半逆作法結構施工

8.1梁、柱節(jié)點鋼筋施工

半逆作法結構施工的難點在于梁、柱節(jié)點的鋼筋施工。一般而言,梁、柱節(jié)點是鋼筋比較密集的區(qū)域,在逆作法施工中,在梁、柱節(jié)點區(qū)域還需布置柱子混凝土的澆搗管、振搗管及注漿管,同時部分梁、柱節(jié)點還布置有臨時立柱,這樣使鋼筋的布置變得尤為困難。逆作法施工需要我們對梁、柱節(jié)點進行細致、周密的策劃,合理布置縱向鋼筋及澆搗管、振搗管和注漿管,合理確定箍筋樣式。

8.2模板施工

逆作法施工中,模板工程施工基本上與順作法施工沒有差別,關鍵在于平臺排架形式、高度等的確定,這涉及到每層挖土的深度,及設計工況計算。在滿足設計工況計算的前提下,合理確定每層挖土的深度及平臺排架的高度。排架形式、高度等關系到合理利用施工人工、施工周轉材料和施工質(zhì)量。由于受設計工況計算的限制,一般逆作法施工的平臺排架較低,在排架方案的確定過程中,應考慮到拆模的方便。

8.3混凝土施工

逆作法施工中,墻、柱等豎向結構構件的混凝土澆筑是施工質(zhì)量控制的重點。由于墻、柱等豎向結構構件的混凝土澆筑是通過在結構中預埋的鐵管進行,而鐵管直徑較小,一般澆筑速度較慢,要求在混凝土澆筑過程中,應加強監(jiān)控,振搗密實。同時為了防止混凝土收縮,使墻、柱頂部新、老混凝土交接處出現(xiàn)細縫,我們從混凝土初凝到終凝的全過程中,進行注漿補液,使墻、柱頂部漿液飽滿。

9結語

通過本工程的施工實踐,我們體會到逆作法施工的關鍵在于“細與精”。

“細”就是細致。逆作法施工要求我們在施工技術上做到工作細致,這表現(xiàn)在設計工況的理解、施工前的技術準備與部署、施工順序的安排、梁柱節(jié)點的設計等等。

“精”就是精度。逆作法施工的難點就在于對施工精度的要求比較高,有些甚至是遠遠高于國家施工驗收規(guī)范。這是逆作法施工的真正難點。圍繞施工精度的要求,我們必須采取一系列的技術措施來保證。技術措施的策劃與應用需要我們長期的工程探索、實踐與總結。

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地下工程中涉及的主要施工方法及介紹

隧道及地下建筑工程施工時地下結構施工技術，須先開挖出相應地下結構施工技術的空間，然后在其中修筑襯砌。施工方法的選擇，應以地質(zhì)、地形及環(huán)境條件以及埋置深度為主要依據(jù)，其中對施工方法有決定性影響的是埋置深度。埋置較淺的工程，施工時先從地面挖基坑或塹壕，修筑襯砌之后再回填，這就是明挖法。當埋深超過一定限度后，明挖法不再適用，而要改用暗挖法，即不挖開地面，采用在地下挖洞的方式施工。礦山法和盾構法等均屬暗挖法。隧道及地下工程施工時有下列特點地下結構施工技術：①受工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的影響較大地下結構施工技術；②工作條件差、工作面少而狹窄、工作環(huán)境差;③暗挖法施工對地面影響較小,但埋置較淺時可能導致地面沉陷；④有大量廢土、碎石須妥善處理。隧道及地下工程的施工方法最初是采用礦山開拓巷道的方法，故稱為礦山法，此法應用范圍很廣。 19世紀，為修筑水底隧道，創(chuàng)制地下結構施工技術了盾構,經(jīng)100多年的改進，盾構法成為在松軟地層中常用的方法之一。為避免在水下施工，19世紀末又出現(xiàn)了沉管法，此法主要工序在地面上進行，優(yōu)點顯著，應用日益廣泛。在敷設管道或設置地道時，為了不影響地面房屋和其他工程設施，用千斤頂將預制的管段或箱涵配合挖土向前頂進，這就是頂管法。用這種方法穿過街道、路堤等障礙物是很有效的。用沉井法（見地下工程沉井法施工）修筑地下建筑，具有占地面積小、挖土量少、施工方便、對周圍設施影響較小等優(yōu)點。近年來，已發(fā)展成一種在軟土地層中修筑地下工業(yè)建筑物的方法。城市中用明挖法施工，打設板樁時會產(chǎn)生很大噪聲和振動，因此發(fā)明了減輕公害的地下連續(xù)墻法。它用專門機械開挖深槽，應用觸變泥漿護壁，然后在槽中灌筑水下混凝土，以形成地下連續(xù)墻來擋土，或作為地下結構的一部分。此法的優(yōu)點是產(chǎn)生的噪聲和振動都很小。地下工程的開挖工作很繁重，施工機械化要求特別迫切。隨著機械制造及冶煉技術的進步，20世紀50年代制造出用硬合金刀具直接破巖的隧洞掘進機，實現(xiàn)了開挖工作的綜合機械化，因此獲得一定程度的推廣。隨著巖體力學的發(fā)展,在結合現(xiàn)場經(jīng)驗的基礎上,20世紀中葉創(chuàng)造了新奧法。此法的主旨是盡量利用圍巖的自承能力,用噴錨支護控制圍巖的變形及應力重分布,使達到新的平衡。這樣就把支護和圍巖組成一整體結構，而其中的主要承載部分是圍巖。此法是在軟弱圍巖中施工的有效方法。施工方法的發(fā)展，除了科技人員對于地下工程受周圍介質(zhì)的復雜影響逐漸加深認識以外，還有賴于系列化、自動化施工機械的研制和新材料的創(chuàng)造，使在開挖、運輸和襯砌等作業(yè)中能綜合運用,并形成新的施工方法,以縮短施工期限和保證工程質(zhì)量。更詳細的可以在這里下載

我國地下工程施工新技術綜述？

下面是中達咨詢給大家?guī)黻P于地下工程施工新技術地下結構施工技術的相關內(nèi)容地下結構施工技術，以供參考。

總結了近年來我國一批大型基礎設施建設工程,如青藏鐵路、深圳地鐵、上海跨江隧道等地下工程施工中所采用地下結構施工技術的新工藝和新技術。

青藏鐵路的開工建設和順利實施,為解決高原凍土區(qū)地下工程的施工提供了良好的試驗基礎;同時,城市地鐵工程的建設也對解決復雜城市地質(zhì)環(huán)境條件下地下工程施工提出了新的挑戰(zhàn);而大型橋梁、跨江隧道和海上設施的建設使水下的地下工程施工面臨更高的技術要求。一系列大型基礎設施的建設并完工極大地促進了地下工程施工技術水平,及時總結和完善這些地下工程施工新工藝和其他技術成果將為今后的地下工程施工提供良好的技術支持和保證,對推動我國地下工程的施工帶來巨大的促進作用。本文結合近年來我國一些大型基礎設施建設工程,如青藏鐵路、深圳地鐵、上?？缃淼赖仁┕み^程中取得的地下工程施工技術成果,對新工藝進行介紹,以便為今后類似工程的施工提供借鑒。

1凍土區(qū)地下工程施工新工藝

青藏鐵路格爾木至拉薩段全長1100多km,穿越世界海拔最高、有世界屋脊之稱、施工條件惡劣的青藏高原。在高海拔多年凍土區(qū)修建鐵路在世界上也是第1次,無成熟的施工經(jīng)驗,技術含量高。

1.1多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝

其關鍵工藝是減少施工過程產(chǎn)生的各種熱量,如鉆孔的摩擦熱、回填料的熱量、灌注樁混凝土的水化熱等,避免樁周地基土溫度場急劇變化,引起樁周地基土一定范圍升溫和融化。同時由于凍土區(qū)有季節(jié)的變化,表層的季節(jié)融化層隨季節(jié)的變化將產(chǎn)生凍脹力,消除這些凍脹力也是鉆孔灌注樁的一個重點。

為減少施工熱量對凍土區(qū)的影響,盡快形成新的熱平衡狀態(tài),多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁樁身混凝土澆筑后,須經(jīng)過一個階段的熱交換過程后方可進行承臺以上部分施工,一般熱交換的時間為60d,60d后方可認為樁基已基本穩(wěn)定。

樁基在使用過程中由于凍土季節(jié)的變化將產(chǎn)生凍脹力。根據(jù)凍脹力作用于基礎表面的部位和方向,可劃分為3種:切向凍脹力、水平凍脹力和法向凍脹力(見圖1)。水平凍脹力相互抵消,對工程造成破壞的主要是凍脹產(chǎn)生的切向力和法向力。在工程建設中,采取以下措施可以防止樁基礎凍脹:①為避免樁基礎受到法向凍脹力,將樁基礎嵌入多年凍土天然上限以下一定深度;②將鋼制擴筒埋入多年凍土上限以下至少0.5m,護筒內(nèi)徑比樁徑大10cm,并于護筒外圍涂渣油,成樁后不拆除護筒,減少外表面的親水程度;③盡量采用高樁承臺,凍脹嚴重地區(qū)采用鉆孔擴底樁;④在護筒外側、低樁承臺底部采用渣油拌制粗顆粒土回填。以上措施能有效地減小切向凍脹力,降低凍土對護筒的上拔凍脹力(見圖2);⑤鉆孔采用旋挖鉆機干法成孔保證孔位置正確和鉆孔的垂直度;⑥采用低溫早強耐久混凝土,避免了混凝土低溫澆筑帶來的強度增長慢的問題。

1.2多年凍土隧道施工工藝

高原多年凍土隧道工程施工可借鑒的經(jīng)驗較少,其核心在于盡量減少氣溫升高對凍土的影響,避免凍土融化壓縮下沉和凍脹力造成施工災害和運營隱患。

凍土的抗壓強度很高,其極限抗壓強度甚至與混凝土相當。凍土融化后的抗壓強度急劇降低,所形成的熱融沉陷和下一個寒季的凍脹作用常常造成工程建筑物失穩(wěn)而難以修復。

含水的松散巖石和土體,溫度降低到0℃時,伴隨有冰體的產(chǎn)生,這是凍結狀態(tài)的主要標志。水結成冰時,體積增加約9%,使土體發(fā)生凍脹。土凍結時不僅原位置的水凍結成冰,而且在滲透力(抽吸力)作用下,水分將從未凍區(qū)向凍結鋒面轉移并在那里凍結成冰,使土的凍脹更加強烈。

土在凍結過程中由于水變冰體積增大,并引起水分遷移、析冰、凍脹、土骨架位移,因而改變土的結構。在融化過程則必然伴隨著土顆粒的位移,充填冰融化排出的空間,產(chǎn)生融化固結,從而引起局部地面的向下運動,即熱融沉陷(熱融下沉)。

為避免隧道施工中熱融沉陷,凍土隧道施工的關鍵工藝是作好保溫措施。

隧道保溫施工工藝主要包括:優(yōu)選寒季施工明洞及洞口工程,開挖施工時增設遮陽保溫棚,阻隔太陽輻射能量對凍土的影響。正洞采用弱爆破及光面爆破技術減少對凍土的擾動和超欠挖,開挖后清除拱(墻)夾層散碎冰塊,迅速噴混凝土封閉巖面;采用有軌運輸減少洞內(nèi)廢氣污染,減少通風次數(shù)和風量;暖季采用夜間放炮通風和冷風機通風等措施將洞內(nèi)掌子面溫度控制在5℃以下,盡量縮小洞室開挖斷面外的凍土融化圈。隧道全長全斷面鋪設“防水層保溫板防水層”,阻隔隧道竣工后洞內(nèi)溫度變化對凍土的擾動,確保運營安全。

影響土體凍脹的主要因素是土體類型、含水狀況和凍結條件。凍土學家經(jīng)過長期的試驗證明:粗顆粒土凍脹小甚至不凍脹,而細顆粒土一般凍脹較大。土體含水量大則凍脹嚴重,當土體含水量小于某一值時,土的凍脹率為零。為防止凍脹對明洞及洞口工程結構的影響,將明洞及洞口仰坡周邊凍脹影響范圍內(nèi)的富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層挖除,用粗顆粒土換填,嚴格控制粗顆粒土的含水量,換填后作好防排水設施。

工程實例:青藏鐵路風火山多年凍土隧道全長1338m,是世界上海拔最高的凍土隧道,多年凍土上限1～1.8m,凍土層厚達100～150m。洞身全部位于凍土之中。在施工過程中充分把握凍土的工程性質(zhì),采用注漿管棚、注漿錨桿、洞內(nèi)光面爆破等開挖技術并綜合運用粗顆粒土換填明洞覆蓋層,全長、全斷面設置多重保溫層,以及保溫、控溫、供氧、噴射混凝土、信息監(jiān)控等多項技術,盡量縮小凍土融化圈,使凍土隧道重建新的熱量平衡系統(tǒng),滿足了安全、優(yōu)質(zhì)、高效的建設要求。

此外凍土區(qū)防溫措施還有傾填片石通風路基施工工藝,高溫細粒土鋪設保溫板路基施工技術,高溫細粒土熱棒路基施工技術等,這些措施都可以大大減少路基承載后對凍土的熱融影響。

2地鐵和過江隧道施工新工藝

隨著我國城市化快速發(fā)展,大城市的交通壓力日益增大,大規(guī)模的城市地鐵建設勢成必然。對于沿江規(guī)劃的城市過江隧道的建設也越來越多。這類工程建設往往規(guī)模大,施工環(huán)境惡劣,施工技術復雜,下面簡單介紹幾種施工新工藝。

2.1地鐵施工中的樁基托換技術

地鐵建設中不可避免遇到樁基托換工程。深圳地鐵百貨廣場大軸力樁基托換技術研究,解決了大軸力樁基托換的主要關鍵技術問題,豐富了樁基托換工程的施工工藝。

樁基托換形式是我國托換技術應用的常見形式。樁基托換的核心技術在于新樁和舊樁荷載的轉換,要求在轉換過程中托換結構和新樁的變形限制在上部結構允許范圍內(nèi)。針對上述變形的控制,托換的機制可分為主動和被動托換。主動托換主要是在舊樁截樁之前,對新樁和托換結構加載,消除部分新樁和托換結構的變形,使得托換后樁和結構的變形限制在允許范圍內(nèi)。該技術應用于大軸力、結構物對變形要求嚴的情況。被動托換是在舊樁切除過程中,將荷載傳遞到新樁,托換后的樁和結構變形難以控制,該技術適用于小噸位和對結構變形控制不嚴的情況。深圳地鐵國貿(mào)老街區(qū)間百貨廣場大廈樁基托換工程具有托換樁多(6根)、軸力大(18000kN)、樁徑大(2000mm)、地質(zhì)條件差、地下水頭高、托換位置深(地下2層)、使用環(huán)境復雜(中間穿越地鐵,振動影響)等特點,目前國內(nèi)外尚無類似大軸力托換施工經(jīng)驗(國外日本類似托換最大軸力8750kN,國內(nèi)5900kN)可借鑒。

深圳地鐵一期工程線路由于受走向及最小半徑(Rmin=300m)等條件限制,必須從百貨廣場大廈裙樓下穿越。由此產(chǎn)生樁基礎托換問題。百貨廣場主樓22層,裙樓9層,地下室3層,為框梁剪力墻結構,基礎為獨立樁基端承樁。樁端持力層(強風化層)承載力標準值2700kPa,樁身直徑最大2000mm的人工挖孔樁(C25),根據(jù)樓層估算托換樁最大設計軸力約18900kN。

區(qū)間隧道通過百貨廣場、深南東路、華中酒店,由于暗挖隧道位置及其上部建筑物的影響,部分樁在隧道內(nèi)或緊靠隧道,須托換百貨廣場9層裙樓樁6根(樁徑2000mm,樁基持力層均在隧道結構面以下基巖),最大軸力18000kN。

根據(jù)百貨廣場的結構、基礎形式及操作空間,百貨廣場樁基托換采用梁式托換結構柱的形式,托換新樁采用人工挖孔樁,整個托換工程在地下3層室內(nèi)進行。

根據(jù)高層結構變形要求,裙樓樁基采用主動托換。托換時,在托換梁和新樁之間設置加載千斤頂,利用千斤頂加載,使上部結構有微量頂升位移,同時使新樁的大部分沉降位移在頂升時預壓完成,從而通過主動加載實現(xiàn)作用在原結構樁上的荷載經(jīng)托換大梁轉移至新樁上,且原樁(柱)頂升值和新樁沉降也得到有效控制。截樁在開鑿人工孔至托換梁底下后逐步進行。截樁后隧道暗挖、襯砌變形穩(wěn)定后(期間千斤頂裝置及時調(diào)整),托換梁與新樁連接形成永久結構,托換完成。樁基托換及隧道施工全過程都實行嚴格的全過程監(jiān)控、量測,確保了結構安全。

通過嚴格的計算和施工操作,通過技術攻關,解決了軟弱地層樁基開挖支護、托換梁以及截樁、力的轉換等技術難題,保證了百貨廣場等高層建筑物、地下管線的安全和正常使用。

該工程樁基托換原理如圖3所示。

2.2過江隧道施工中的水平凍結法

地下隧道之間的連接通道凍結法施工是利用人工制冷技術,使地層中的水變冰,把天然土變成凍土,增加其強度和穩(wěn)定性,隔絕地下水與地下結構的聯(lián)系,以便在凍結壁的保護下進行聯(lián)絡通道施工的一種特殊施工方法。

制冷技術是用氟里昂作制冷劑的三大循環(huán)系統(tǒng)完成的。三大循環(huán)系統(tǒng)分別為氟里昂循環(huán)系統(tǒng)、鹽水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。制冷三大循環(huán)系統(tǒng)構成熱泵,將地熱通過凍結孔由低溫鹽水傳給氟里昂循環(huán)系統(tǒng),再由氟里昂循環(huán)系統(tǒng)傳給冷卻水循環(huán)系統(tǒng),最后由冷卻水循環(huán)系統(tǒng)排入大氣。隨著低溫鹽水在地層中的不斷流動,地層中的水逐漸結冰,形成以凍結管為中心的凍土圓柱,凍土圓柱不斷擴展,最后相鄰的凍結圓柱連為一體并形成具有一定厚度和強度的凍土墻或凍土帷幕。水平凍結加固原理如圖4所示。

在實際施工中,通過水平鉆進凍結孔,設置冷凍管,并利用鹽水為熱傳導媒介進行凍結。一般是在工地現(xiàn)場內(nèi)設置凍結設備,冷卻不凍液(一般為鹽水)至-22～-32℃。其主要特點有:

(1)可有效隔絕地下水,對于含水量10%的含水、松散、不穩(wěn)定地層均可采用凍結法施工。

(2)凍土帷幕的形狀和強度可視施工現(xiàn)場條件、地質(zhì)條件靈活布置和調(diào)整,凍土強度可達4～10MPa,能有效提高工效。

(3)凍結法施工對周圍環(huán)境無污染,無異物進入土壤,噪聲小。

(4)影響凍土強度的因素多,凍土屬于流變體,其強度既與凍土的成因有關,也與受力的特征有關,影響凍土的主要因素有凍結溫度、土體含水率、土的顆粒組成、荷載作用時間和凍結速度等。

凍結法的關鍵施工技術包括:

(1)確定凍結主要技術指標,即根據(jù)實際工況,確定積極凍結期和維護凍結期的鹽水溫度、凍土墻平均溫度和凍土強度。

(2)凍結孔布置和施工,即根據(jù)連接通道平面尺寸和結構受力特征,設計布置凍結孔,同時凍結孔布置應根據(jù)管片配筋圖微調(diào)凍結孔偏斜,控制孔徑向外的偏角在0.5°～10°范圍。

(3)凍結站設計、積極凍結和維護凍結施工,計算凍結冷量,根據(jù)冷量需要選擇冷凍機組。

(4)連接通道開挖與構筑施工方法及其順序。

(5)施工監(jiān)測監(jiān)控。

上海市大連路越江隧道工程由東、西2條隧道組成,2條隧道之間設有連接通道,均位于黃浦江底下,相距約400m。位于浦西岸邊的連接通道(一),東西線隧道中心間距35.705m,隧道間高差3.565m,連接通道凈距約25.665m;位于浦東岸邊的連接通道(二),東西線隧道中心間距27.575m,隧道間高差0.345m,連接通道凈距為17.175m。2條連接通道所處地層為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土,滲透系數(shù)大、承壓水頭高,為滿足通道的施工安全采用凍結法施工。工程實踐表明,連接通道凍結施工技術具有凍結速度快、凍土強度高、帷幕均勻性好、抗?jié)B漏性能高、與隧道管片結合嚴密、施工安全可靠的優(yōu)點。對于長距離、大深度、高承壓水條件下的江底連接通道的施工,其安全可靠性較能保證。融沉作為凍結法施工中不可避免的情況,可通過隧道及連接通道預留的注漿孔,及時地對地層進行補償注漿,減小融沉量。在數(shù)條連接通道的施工中,已經(jīng)充分顯示出其優(yōu)越性和社會經(jīng)濟價值。

2.3地鐵車站三拱兩柱結構暗挖中洞施工工藝

隨著我國城市地鐵和交通快速軌道的發(fā)展,修建地鐵的大城市也越來越多。由于地鐵所經(jīng)過的地段大部分為繁華的商業(yè)區(qū),有些地段受拆改費用、交通占道、地下管線保護、古文物保護、環(huán)境保護等方面的影響,明挖(蓋挖)地鐵車站受到限制,只能采用暗挖法施工,從而出現(xiàn)了暗挖地鐵車站。

北京地鐵五號線磁器口車站、天壇東門站、崇文門站工程,采用三拱兩柱暗挖車站中洞法綜合配套施工技術,保證了工程質(zhì)量和安全,按期完成了施工任務,取得了良好的社會效益。該技術適用于圍巖自穩(wěn)能力較差的地鐵大跨雙層暗挖車站及多連拱等地下停車場、地下商場、大跨公路、鐵路隧道的施工。

暗挖車站中洞法施工的技術特點:

(1)采用CRD(CrossDiaphragm)施工方法完成中洞開挖,形成安全中洞初期支護體系。

(2)在中洞內(nèi)完成底板、底梁、鋼管柱、中板、頂梁和中拱,形成穩(wěn)定中洞支撐體系,承受圍巖主要荷載,為邊洞開挖提供安全條件。

(3)采用CRD法對稱完成邊洞開挖。

(4)拆除臨時初期支護體系,完成邊洞二襯施工。

(5)體系轉換過程中,合理確定分段長度,同時加設鋼支撐。

(6)充分發(fā)揮監(jiān)控量測作用,信息化指導施工。

暗挖車站中洞法施工的工藝原理:把大跨地質(zhì)較差的隧道分成三部分,各部分條塊分割,保證開挖期間安全,先形成中洞初期臨時結構,在臨時結構內(nèi)施做永久襯砌結構,形成中部穩(wěn)定支撐,承受圍巖主要荷載,然后對稱開挖邊洞部分的各分塊,最后形成整體結構。體系轉換過程中,結合監(jiān)測情況加設鋼支撐。其工藝流程為:施工準備→超前管棚→注漿加固→中洞各部開挖→防水層鋪設→中洞底板、底梁→立柱→中洞中板→頂梁、中拱→超前管棚→注漿加固→邊洞各部開挖→臨時隔壁拆除→防水層鋪設→邊洞底板→邊墻、中板→邊拱→二次襯砌背后注漿。地鐵車站三拱兩柱結構暗挖中洞法施工如圖5所示。

磁器口車站是北京地鐵5號線與規(guī)劃北京地鐵7號線的換乘站,車站全長180m,寬21.87m,高14.933m。車站建筑面積為12244.2m2,車站主體覆土深度為9.8～10.3m。車站為雙層島式三拱兩柱結構,車站地下1層為站廳層,預留通道實現(xiàn)與七號線換乘,地下2層為站臺層。車站施工采用本法,保證了工程施工安全和質(zhì)量,獲得了成功。

3水下基礎施工工藝

3.1海上基礎工程施工

隨著基礎設施的建設,跨海大橋等海上工程逐漸增多,一批規(guī)劃和在建的大橋,如渤海灣跨海工程、長江口跨江工程、杭州灣跨海工程(在建)、珠江口伶仃洋跨海工程以及瓊州海峽工程等對海上基礎施工帶來了新的挑戰(zhàn)。大型跨海、跨江工程基礎采用大直徑、長基樁是必然的趨勢,結構鋼管樁、臨時鋼護筒及海上平臺臨時鋼管樁將大量采用。這些都對打樁船提出了新的要求。而配有高樁架,強大吊樁動力系統(tǒng),大能量打樁錘及先進的海上沉樁GPS測量定位系統(tǒng)的打樁船能出色的完成海上錘擊沉樁的任務。

從大的方面來看,海上沉樁系統(tǒng)包括打樁船、運樁船、拋錨艇、拖輪及交通船等船舶組合。單從鋼管樁的沉入工序來看,打樁船為鋼管樁沉入的主體,其主要由以下幾個部分組成:船體系統(tǒng)(包括船體、錨位系統(tǒng)、動力系統(tǒng))、樁架及其吊樁系統(tǒng)、錘擊沉樁系統(tǒng)(包括打樁錘、替打)、海上沉樁GPS測量定位系統(tǒng)等。尤其是GPS能實現(xiàn)遠離岸邊施工船的定位和定位過程中數(shù)據(jù)的自動采集與處理,并以圖形和數(shù)字的形式反映施打樁的當前和設計位置,便于操作人員調(diào)整船位進行施工打樁,同時還能自動生成打樁報表以及進行數(shù)據(jù)的回放,從而給海上沉樁帶來便利。

海上沉樁定位采用“海上沉樁GPSRTK測量定位系統(tǒng)”來實現(xiàn),如圖6所示。

安裝在打樁船上的3個GPS接收機接收建立在陸地的基準站及海中參考站發(fā)射的固定頻率數(shù)據(jù)鏈,以此作為定位的基準數(shù)據(jù)。其工作原理:定位時,由固定在打樁船上的GPS流動站以RTK方式控制船體的位置、方向和姿態(tài),同時配合2臺固定在船上的免棱鏡測距儀測定樁身在一定標高上的相對于船體樁架的位置,由此可推算出樁身在設計標高上的實際位置,并顯示在系統(tǒng)計算機屏幕上。通過與設計坐標比較,進行移船糾位,直至偏位滿足要求。樁身的傾斜坡度由樁架控制。樁頂標高根據(jù)由免棱鏡測距儀發(fā)出的紅色水平光束所指涂畫在樁身上的刻度,通過系統(tǒng)計算得出。具體定位前,將所要定位樁的設計中心坐標、高程、平面扭角等參數(shù)輸入計算機內(nèi),定位時,可在顯示屏上顯示實時樁位數(shù)據(jù)與圖形,同時也顯示設計沉樁位置和偏差,打樁船指揮人員根據(jù)顯示的有關信息指揮打樁船正確就位。

本工藝適用于海洋、大江中的橋梁、碼頭的結構鋼管樁、臨時鋼護筒及水中平臺臨時鋼管樁的沉入施工,有以下明顯的優(yōu)點:①能在海況惡劣的海域中進行作業(yè);②能夠適應超長、大直徑鋼管樁的沉樁施工;③能滿足不同傾斜度和平面偏角斜樁的沉樁施工;④能使鋼管樁穿過不同的土層;⑤測量定位簡單快捷,精度滿足要求;⑥施工周期短(單根直徑1.6m,長80m左右的鋼管樁沉樁施工全過程僅為2.5h)。這在在建的杭州灣大橋工程中得到了實踐。

3.2無導向船雙壁鋼圍堰下沉施工技術

基礎施工中,傳統(tǒng)采用的鋼板樁圍堰鉆孔樁基礎和沉井沉至基層的基礎,存在著影響工程進度的2個薄弱環(huán)節(jié):①鋼板樁圍堰鉆孔樁基礎采用單層鋼板樁,沉井沉至基層的基礎在沉井頂上安設的防水圍堰,一般強度較小,圍堰內(nèi)抽水工序的安排受到施工水位的限制;②沉井基礎嵌入巖層清除風化巖的消基工作非常費工費時,特別是在深水急流中工程進度直接制約著整個基礎的安全渡洪。相比而言,雙壁鋼圍堰鉆孔樁基礎采用雙壁鋼圍堰防水結構,該結構吸收了上述2種施工結構的優(yōu)點,實質(zhì)上就是一個圓形浮式井筒和防水圍堰結合起來的施工結構,能夠承受較大的向內(nèi)或向外的水壓力,一般情況下,基礎施工工序的安排不受外界季節(jié)性水位變化的影響。

雙壁鋼圍堰由內(nèi)外兩板壁組成,板壁間以剛性支撐予以連接,由于兩板壁之間為空腔,底部以環(huán)形刃腳封閉,使其具有自浮能力,在底節(jié)處于浮起的情況下可以根據(jù)設備起重能力逐節(jié)加高板壁,在空腔內(nèi)注水配重并通過吸泥機吸泥促使其下沉,直至將鋼圍堰下沉至設計指定位置,并通過灌注水下封底混凝土使其保持穩(wěn)定,而后根據(jù)設計要求進行鉆孔樁施工,鉆孔平臺可直接搭設在鋼圍堰頂面。

采用無導向船雙壁鋼圍堰下沉施工,由于取消了龐大的導向船、聯(lián)結梁體系等,錨碇系統(tǒng)所承受的風力和水流作用力大大減少,從而簡化了錨碇設備的配置與施工,加快了施工進度,節(jié)省了鋼料和水上設備。同時雙壁鋼圍堰結構為浮式沉井,既便于浮運就位又能夠承受較大的水壓力,還可以克服下沉時底部翻砂的弊病,而且圍堰吸泥下沉就位時間短,施工安全。特別適用于通航條件要求高,施工區(qū)域狹窄,砂粘土及卵石土地層,無法設置導向船的水上施工項目。

該工藝應用于四川隆納鐵路瀘州長江大橋水中基礎施工,順利完成了深水基礎施工任務,確保大橋按期完工。對于類似的深水基礎施工,有廣泛的推廣應用價值。

4結語

我國土地遼闊、幅員廣大,自然地理環(huán)境不同,土質(zhì)各異,地下工程的區(qū)域性強,這使得地下工程施工具有較大的差異性和復雜性。結合不同的工程特點不斷進行創(chuàng)新是地下工程施工技術得以提高的根本。本文通過介紹近年來我國完成的幾種新型地下工程施工工藝,期望能給予地下工程施工一些啟發(fā),在此基礎上一方面積極推廣應用這些新工藝,更重要的是在應用的基礎上不斷創(chuàng)新,使我國的地下工程施工不斷邁上新臺階。

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