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1、作者：江湖笑笑生目 录1绪论11.1选题背景11.2 相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础11.3 课题实施的意义与必要性31.4 课题实施的可行性分析42 大开挖地下工程施工技术52.1 基坑支护体系52.2 地下工程降水72.3 基坑土方开挖102.4 防水工程施工132.5 混凝土工程施工142.6 信息技术162.6 环保技术173. 大开挖下地下工程施工技术发展趋势与分析193.1大开挖下地下工程施工技术发展趋势193.2大开挖下地下工程施工问题分析204 大开挖下地下工程施工技术研究成果与展望214.1 大开挖下地下工程施工技术研究成果214.2 大开挖下地下工程施工
2、技术展望211绪论1.1选题背景随着我国城市化进程不断加快，新一批区域中心城市规模快速扩张，对城市的道路通行能力带来了极大的压力，为了解决道路拥堵这一常态化问题，大多数城市通过高架、立交桥、地下隧道等一系列组合，建立起快速路交通体系。徐州市三环北路高架快速路起点东接三环北路高架快速路，沿三环北路老线布线，终点接三环西路高架。全长10.099公里。全线设置互通式立交3处，设置出入口9对，其中地面出入口1对，上下匝道出入口8对，其中设置的横向车行地道3座（煤港路地道、中山北路地道及平山北路地道）以及1座人行通道（华润路人行通道）地下工程，结构形式上平山路、中山北路采用单箱双室结构，煤港路左转隧道采
3、用单箱单室结构，引道采用封闭式U槽结构。大开挖深基坑作为一种较成熟的工艺已经广泛应用于各类地下工程施工中，在周围环境和施工条件允许下具有造价相对较低、施工快捷、施工工艺简单、技术成熟、施工安全、工期短、施工质量易保证等优点，此法已成为安全可靠的施工工艺。针对本课题拟依托徐州市三环北路高架快速路地下工程，基坑开挖深度大、工作量多、地面管线多、地质条件及外部环境影响复杂等特点，进行大开挖下地下工程深基坑及超深基坑施工研究，控制在开挖过程中对周围环境的影响，确保施工安全可靠、经济合理，进一步完善地下工程技术的应用，有效地降低深基坑工程风险，为今后类似地下通道施工提供依据和技术支持。1.2 相关领域国
4、内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础1）大开挖地下工程深基坑及超深基坑支护理论及设计方法研究目前的基坑支护体系理论仍采用传统的土压力理论（朗肯和库仑土压力），在实际设计工作上，土压力模型以及设计方法基本上都根据现有规范建筑基坑支护技术规程（JGJ120）进行操作。在基坑支护计算方面采用较多的是北京理正深基坑计算软件、上海同济启明星深基坑计算软件，其它的深基坑计算软件则使用的较少。目前实际工作中，设计模型大多基于平面应变分析，三维分析模型应用较少；此外，现有的设计理论或方法中，设计输入参数偏少，例如，设计中没有考虑基坑服务年限、基坑空间状态（基于平面分析）、季节环境因素等，导致设计偏离实际较
5、多。 对于深度大于30m的超深基坑，目前的研究还比较少。随着基坑深度进一步加深，必须对影响支护设计理论中的时空效应、土压力、地下水、周边环境等因素进行深入研究，必须寻求到更合理、更切合实际的设计方法。2）大开挖地下工程深基坑及超深基坑支护施工技术研究对于建筑深基坑来说，目前基坑深度基本都在25m以内。在此深度范围，其施工技术目前来说已比较成熟。但是对于坑深超过30m特别是坑深达到50m以上时，目前的施工技术由于缺少超深基坑工程实践故没有进行过深入研究。目前的深基坑支护型式主要有：地下连续墙+锚杆支护、地下连续墙+内支撑支护、桩锚支护、墙锚支护、土钉墙（复合土钉墙）支护及其组合支护。从施工技术角
6、度讲，尽管在施工中还不能完全对其控制，但经过不断的实践后，深基坑施工技术基本上已被广大施工技术人员掌握。随着基坑深度加大，基坑深度达到30m以上时，靠近坑底的土压力较大，地下水也不能随着基坑深度的加大而进行抽降，靠近坑底的水压力亦会很大。对如此深的基坑，采用锚杆支护已受到较大的限制，在软土地区锚杆更是无法实施，此时不得不选择内支撑。由于靠近深基坑底部的水土侧压力很大，无论临时内支撑还是永久结构梁板支撑，支撑结构的截面面积肯定远大于25m以内的基坑内支撑。此时，内支撑的设计必须与结构设计统一考虑。3）大开挖地下工程深基坑及超深基坑地下水控制技术研究在建筑基坑工程实施中，目前国内很多城市仍在采用抽
7、降的方式控制地下水。同时，为了防止地下水的过渡抽降和保护地下水资源，一些城市对地下水抽降采取了严格限制，止水帷幕开始运用的越来越多，这对保护稀缺的地下水资源起到了一定的作用。但是，由于地层情况的不同，采用止水帷幕并不是非常合理。当基坑深度达到30m以上时，这种情况则更突出。然而岩土行业现在对30米以上的超深基坑地下水控制方法还没有系统的认识。4）大开挖地下工程超深基坑及超深基坑综合开挖技术研究对于深度在30m以内特别是25m以内的基坑土方开挖，其坑内水平运输和垂直运输一般还不太困难（采用逆作法时土方挖运有一定困难），土方运输车辆一般都可以下到坑内装土。但是当基坑深度超过30m时，随着基坑深度的
8、加大，土方运输车辆几乎没有可能进行基坑下部土方装运，这给超深基坑的土方挖运带来了严重挑战。在现有土方挖运技术下，土方施作效率极其低下，根本无法满足超深基坑下部土方的快速挖运，故发展超深基坑的土方快速挖运技术势在必行。5）深基坑及超深基坑工程信息化监测技术研究随着超深基坑越来越多，基坑施工安全监测已经成为保证基坑安全施工的重要手段。为此，2009年9月1日国家颁布了建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009），以规范建筑基坑工程安全监测工作，保证监测质量，为信息化施工和优化设计提供依据，确保建筑基坑安全和保护基坑周边环境。其中对基坑安全监测评价做了一些明确的指标性的限制，给出了一些安全监
9、测数据范围，这是一个比较大的进步。但目前建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）在安全评价指标方面还不完善和细致，无法具体指导现场施工。另外人工监测的低效性、数据的不准确性和数据处理的滞后性大大限制了监测数据本身所应发挥的作用。随着信息技术的飞速发展，监测手段越来越多样化，其中采用自动化安全监测日益受到重视，工程技术人员也做了大量的研究。自动化监测系统是集数据自动采集、远程传输、数据处理、分析预测于一体的基坑安全监测管理信息系统。目前自动化监测的最大问题是自动化监测系统的可靠性、监测精度以及监测元器件的安置方法等问题。1.3 课题实施的意义与必要性通过本课题的实施，可以明确大开挖地
10、下工程深基坑围护体系理论及设计方法，从而对深基坑的研究、设计、施工提供充分的理论依据和数据支持。通过对深基坑施工的深入研究，可以明确深基坑施工中的围护桩（地连墙）施工技术、止水帷幕施工技术、锚杆施工技术、土方快速施工技术等多项施工技术，为今后的超深基坑支护提供可靠的施工技术数据与理论支持。由于深基坑地质环境的隐蔽性与复杂多变性、施工过程中灾害事故的突发性以及对周围环境影响控制的困难性，在深基坑的施工中必须进行实时监测。大量的工程实践证明，基坑安全监测在基坑施工中具有极其重要的地位，能有效预测和防止工程事故的发生。同时深基坑安全监测数据为超深基坑的发展提供数据与理论支持，形成良性循环。同时，股份
11、作为行业的排头兵，必须紧跟时代发展动向。从大的方面来说，我们要总结出先进建筑技术施工工法，充分发挥我局的实力，为建立节约型社会做贡献；从我公司自身的发展来说，在竞争日趋激烈的设计行业中，要想保持排头兵的地位，必须总结新型建筑技术的先进经验教训指导后续工程施工，才能够在激烈的竞争环境中立于不败之地。因此，本课题研究对于公司而言也具有重要意义和必要性。1.4 课题实施的可行性分析我局具有雄厚的技术力量，每年完成大量的工程施工任务，而参与本课题组的人员具有丰富的施工经验和良好的理论基础，可以很好结合工程来开展研究，最终将研究成果推向市场。技术中心目前拥有国内先进的土木工程仿真计算中心，中心拥有大型有
12、限元分析软件ANSYS和ABAQUS两个软件，还拥有MIDAS、PLAXIS、理正深基坑三个岩土专业分析设计软件，这为课题顺利开展提供了必要的试验与计算分析手段。对于深基坑、超深基坑地下施工技术的研究，信息技术需要熟悉信息化技术的人员加入，而技术中心拥有智能信息化研究团队，他们的加入对将来课题的顺利实施提供了保证。2 大开挖地下工程施工技术我国在地下空间利用方面有着悠久的历史，先后形成和发展的地下工程施工技术有明挖法、浅埋暗挖法、盖挖法、盾构法、冷冻法、沉管法等，这些技术的研究与应用也在不断的完善和发展。地下工程施工对于工程环境的依赖性较大，根据工程性质、所处环境等工程实际条件优选施工方法尤为
13、重要，如对于地铁、隧道等地下工程，常用盾构法施工技术：高层建筑的地下室、地下商场等常采用明挖法、盖挖法施工技术：沉管法施工技术则多用于水下建筑。施工方法的不同其适用范围也不同，施工技术的特点也有所不同，在选择地下工程施工技术时，因综合考虑工程地质和水文条件、施工场地条件、周围环境状况、工期要求等，并考虑经济效益和社会效益，从而确定合理适用的施工方法。本文研究主要是以明挖法施工技术为主的地下工程施工，对其工程施工关键技术进行研究。明挖法是指在预先施工的围护结构中，从地面开始往下开挖到底板结构的位置，按设计完成地下主体结构后进行回填，恢复到原状地面。该方法是施工中最基本、最常用的施工方法，采用明挖
14、法建筑的地下工程约占三分之二以上。主要由于其施工方便、简单快捷、经济安全，缺点是所需施工面广，对周围的环境影响也较大。与其他方法相比，明挖法具有以下显著特点：（1）工艺简单，作业面宽敞，施工条件较好。（2）可安排较多劳动力同时施工，便于使用大型高效率的施工机械，以缩短工期。（3）工程造价和营运费用低、使用效益好，施工质量易于保证。明挖法施工主要工艺有基坑支护、降低地下水位、土方开挖、地下防水工程和主体结构施工等。工程地质条件和环境的差异性，导致地下工程在施工过程中各工序的重要性存在一定差异，即对于不同工程而言，其地下工程施工关键技术有所不同，有必要对地下工程施工各工序在施工中作用及影响进行研究
15、。2.1 基坑支护体系基坑支护是为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采取临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施。支护结构的设计和施工应把保护基坑周围环境安全放在重要位置。基坑支护工程不仅应具备保证防止基坑的开挖危害周边环境的功能，而且应为地下主体结构施工提供施工面和作业空间，以及施工材料、设备堆放和运输的场地条件，并有效隔断基坑内外地下水以保证地下结构和防水工程的正常施工。基坑支护工程是为地下主体结构施工而采取的临时防护措施。随着大量深基坑工程的出现，人们对深基坑工程的认识也更加深入，基坑支护形式趋于多样化。在高层建筑工程建设过程中，基坑的开挖与支护为控制难点之一，基坑工程造价
16、在工程总造价中的比重大，基坑建设过程中，支护方案的不同造成工程造价也相差甚远，应地制宜的选择基坑支护方 案对提高工程质量、节约造价具有重要意义。深基坑工程的开挖与支护结构选型涉及到众多因素，在选择过程当应考虑工程质量、施工工期、工程造价和工程安全性等要求。经过多年的发展以及工程实践的总结，深基坑工程具有如下特点：（1）个性突出，区域性强。主要表现在不同城市间、同一城市不同区域间、同一区域不同范围内地形地质和水文地质的差异性，以及工程范围内的周围环境影响，造成深基坑工程的特殊性和区域性。（2）综合性强。基坑工程是一个具有很强综合性的系统工程，其设计施工中涉及多个领域，工程实践多与理论分析，具有半理论半实践性特征。因此，在理论研究方面尚需进一步研究发展。（3）工程量大，工期紧，质量
