《地下工程培训课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地下工程培训课件.ppt（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 1 章 绪 论,地下施工技术主要包括： 1、盾构施工技术 2、顶管施工技术 3、沉管施工技术 4、沉井施工技术 5、深基坑围护施工技术 6、非开挖施工技术,第 1 节 盾构施工技术,一、国外盾构施工技术发展概述,1.世界上第一条人工开挖盾构隧道： 人物：Marc BrunelIsambart Brunel 地点：伦敦泰晤士河下 概况：呈矩形状（宽11.6m高7m），总长366m 历时：耗时20年左右 发展：1869年，圆形敞开式盾构在泰晤士河下再建了 一条外径为 2.18m的行人隧道。 1886年，伦敦地铁时首次使用了压缩空气盾构。,2.第一台机械化盾构的专利： 1876年，由英国的Joh
2、n Dickinson Brunton和Gerge Brunton合作申请。如图1-1所示，第一台机械化盾构的设 想是用由几块板构成的半球状刀盘旋转切削土体，然后靠 径向转动的土斗将切削下来的土体运到皮带输送机上。 1896年，J.Price的专利（图1-2）比图1-1有较大改进， 刀盘由若干轮辐构成，电动驱动由长轴传递，其外形也与 现代盾构较为接近。,图1-1 第一台机械化盾构,图2-2 轮辐式刀盘盾构,3.削土密封式压力平衡盾构 1965年日本首先制造了泥水盾构。 基本原理：是用液体（水或加膨润土的水）平衡开挖 面的土体。,图1-3 泥水盾构,特点：泥水处理系统比较复杂，可用于粘土地层，大
3、 多数情况是在含水砂层中使用。,1974年，日本土压平衡盾构。在此之前，虽然压缩空 气盾构和泥水盾构己能克服含水层中的施工问题，但压缩 空气对人体的危害和泥水对环境的不利影响促使日本的隧 道专家寻找一个更好的解决问题的办法，土压平衡盾构便 应运而生了。,图1-4 土压平衡盾构,4.盾构技术的新发展,20世纪进入80年代后，盾构技术发展的主流大致从以 下两个方面延伸：,（1）日本人注重的开发不同几何形状的盾构技术；,（2）欧洲诸国（特别是德国）致力于研究能适合不同地层 的多功能盾构技术（Combined Shields）。,图1-5 矩形盾构端部,图1-6 双圆形盾构,图1-7 三圆形盾构,图1
4、-8 竖井隧道一体化盾构,图1-10 混合盾构,（a）泥水平衡,（b）上压平衡,（c）机械平衡,图1-11 合成盾构,5.管片及其联接方式的新发展,管片的联接方式主要是螺栓联接和销钉联接两种方式。,图1-12 塑料销钉,图1-13 钢销钉,Wagner的销钉技术具有以下特点: （1）施工速度大大提高，这是因为减少了穿螺栓和拧螺栓的时间； （2）可以实现连续施工，这是因为在管片拼装时，盾构可以不停顿地继续推进，大大提高了工作效率； （3）可以减少隧道上方的土体沉降，这是因为盾构能够保持连续推进气并能及时进行壁后注浆，有效地充填建筑孔隙； （4）可以减少管片的厚度，这是因为在管片的设计中可以省略因
5、穿放螺栓的手孔； （5）可以大大提高管片内壁光洁度，减少水流的摩擦因数，这对用于水工隧道是非常有利的； （6）可以大大提高隧道的成环质量和管片防水性能，这是因为销钉技术提高了管片拼装精度，接缝间隙大大减小。,管片的拼装方式有通缝拼装和错缝拼装两种。,图1-14 圆形隧道,通用管片的工作机理:是管片成环后将成为非等宽衬砌 环，通过对相邻管片环的旋转排列可以达到拼装成三维曲 线（含曲率半径为无穷大的直线隧道）隧道的目的。,二、中国盾构技术发展概述,1.第一个五年计划期间,东北阜新煤矿用直径2.6m盾构及小型混凝土预制块建造了疏水巷道。,2. 1957年在北京下水道工程中也用过直径为2.0m及2.6
6、m的盾构。,3.1963年上海隧道公司在浦东塘桥第四纪软弱含水地层进行的4.2m盾构隧道试验。,4. 1964年隧道公司开发了网格式盾构。,5. 1966年用可封闭式网格盾构建造了直径为10m的上海第一条黄浦江越江隧道（打浦路隧道）。,6. 1978年在地铁试验段使用了自己生产的高精度管片。,7. 1984年上海隧道工程公司（英文缩写名:STEC）用日本进口的4.33m小刀盘土压平衡盾构，建造了内径为 3.6m的下水道总管。,8. 1988年STEC设计和使用了加泥式土压平衡盾构。,9. 1990年STEC设计了刀盘削土土压平衡盾构。,10. 1991年STEC使用以法国FCB公司为主制造的土
7、压平衡盾构施工了上海地铁一号线的大部分区间隧道。,11. 1995年STEC使用以日本为主制造的11.22m泥水盾构建造了上海黄浦江下的延安路南线隧道。,12. 1998年至今，STEC在承接新加坡东北线地铁工程的施工过程中，掌握了当今流行的通用管片的使用方法等国际最新盾构施工技术 。,第 2 节 顶管施工技术,顶管施工技术： 其机头的掘进方式同盾构，但其推进的动力由放在始发井内的后顶装置提供，故其推力要大于同直径的盾构隧道。顶管管道是由整体浇筑预制的管节拼装成的，一节管节长24m，对同直径的管道工程，采用顶管法施工的成本比盾构法施工的要低。,顶管施工主要用于： 地下给排水管、煤气管、电讯电缆
8、管的施工。,顶管施工的发展： 在引进国外先进技术的同时，先后开发了水力机械顶管机、反铲顶管机、土压平衡顶管机和泥水平衡顶管机。长距离顶管技术也得到了开发和应用。混凝土管节制作技术和管节防水技术也得到了发展和提高。,一、局部气压反铲式顶管机,德国较早开发反铲式顶管机技术，开挖面施加气压可 用于含水地层，尤其适用砂性土和混有砾石、卵石的地层。 1990年，上海污水治理一期3.2标工程采用德国崔柏林公司 的4000反铲顶管机一次顶进800m。1993年，上海隧道公 司研制的2200反铲顶管机，用于深圳华侨城排水管道工 程，一次顶进1053m。,二、土压平衡顶管机,日本是最早开发土压平衡盾构，并把该项
9、技术用于顶 管工程。 德国在土压平衡顶管机技术方面也处于领先地位。 隧道公司在1989年研制出国内第1台2200土压平衡顶 管机，并开发了土压平衡顶管工法 。,土压平衡顶管机特点： 具有刀盘切削土体、开挖面土压平衡、对土体扰动小、地面和建筑的沉降较小等特点，适用于软粘土地层的城市建筑密集区内进行顶管施工。在砂性土或砾石土层中采用土压平衡顶管机时，应适当加注泥浆使土体塑流。,三、泥水平衡顶管机,泥水平衡顶管机可分为： 泥水机械平衡和泥水加压两种顶管机。,工作原理： 泥水加压顶管机采用泥水加压盾构的原理，以膨润土 泥浆充满开挖面密闭舱，在开挖面土体接触面形成泥膜， 起到止水作用，以泥水压力平衡开挖
10、面水土压力。,特点: 适用砂性高水压条件下的顶管施工，其安全性好，施 工机械化、自动化程度高，但制造和施工成本也较高。,第 3 节 沉管、沉井施工技术的发展,一、沉管隧道施工技术,1.沉管法的历史,目前全世界用沉管法己修建了107条水下隧道，按国别（或地区）的分布见表1-1。,表1-1 各国（或地区）修建的沉管水下隧道条数,2.沉管法在我国的发展,在国外有些国家用沉管法修建水下隧道是一种成熟的方法，而在我国尚属起步阶段。,目前，我国用沉管法修建的水下隧道有: 1.宁波常洪隧道; 2.上海外环线下游越江 隧道； 准备修建的隧道有： 1.武汉长江隧道。,二、沉井施工技术,沉井是一种古老的施工技术，
11、深沉井施工易发生周围 土体塌陷和沉井偏斜，于是开发了不排水下沉施工法和气 压沉井（又称“沉箱”）施工法。,德国首创的中心岛法沉井工法采用沿井壁内周挖槽施 工、泥浆护壁、中间留岛，待下沉至设计标高时再挖去中 间土体，这是一种对周围地表沉降影响非常小的新工艺。,沉井施工在施工机械化程度较高的年代仍将是一种十 分有效的地下工程施工技术，但在工艺和设备上仍有待不 断改进。,沉 井 施 工,第 4 节 深基坑围护施工技术,一、地下连续墙的发展,1.地下连续墙的起源与发展,米兰法从利用泥浆护壁打石油钻井和利用导管浇 灌水下混凝土等施工技术的应用中，引申发展起来的新技 术。1950年前后在意大利城市米兰用得
12、最多 。,地下连续墙施工方法解决：不允许采用放坡开挖 ；不能采 用沉井方法施工 ；降水会引起地面沉降 ；难以保证工程自 身和周围环境的安全。,2.隧道公司从事地下连续墙施工的历史,1960年，上海市为了解决黄浦江越江交通和城市交通问题，筹建黄浦江越江隧道和地下铁道 。,1963年，隧道公司筑成了国内第一幅用“槽壁法”施工的地下墙。,1973年，中断多年的“槽壁法”试验在黄浦江边隧道公司的一个工地上重新开始。,1976年，“槽壁法”试验移师漕河泾三角地，结合上海地铁试验工程。,在此后至今的20多年中，隧道公司先后承建了上海地铁一号线中 大部分车站等及其他地下连续墙工程。,二、深基坑围护支撑和开挖
13、施工技术,深基坑开挖施工中一般都要对围护结构进行内支撑或 打锚杆以控制挡土墙的变形。在软土地层不宜施工锚杆的 情况下，一般需要进行内支撑体系。 为确保基坑稳定和环境安全，深基坑施工顺序应考虑 时空效应，必须进行信息化施工和采取局部注浆加固等综 合技术措施。,第 5 节 微型顶管机及非开挖技术的发展,非开挖施工技术： 是指利用各种岩土钻掘的技术手段，在地表不开沟 （槽）的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工新 技术，即改传统的“挖槽铺管和修复”施工方式为“钻孔铺管 和修复”。,优点： 具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施 工成本低、社会效益显著等。,适用范围： 穿越高速公路、铁路、
14、建筑物、河流； 在闹市区、古迹保护区、农作物和植被保护区进行市 政、供水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等管线的铺 设、更新或修复。,一、小口径顶管或微型隧道施工法,根据施工方法和出碴系统的不同，可将微型隧道施工法分成以下三种: （1）先导式微型隧道施工法； （2）螺旋出土式微型隧道施工法； （3）泥水平衡式微型隧道施工法。,二、气动矛施工法,施工时，在压气的作用下气动矛内的活塞作往复式运 动，不断冲击矛，矛头挤压周围的土层形成钻孔，并带动 矛体前进。随着气动矛的前进，可将直径比矛体小的管线 拉入孔内，完成管线铺设。,三、夯管施工法,夯管施工法是指用夯管锤（低频、大冲击力的气动冲 击器）将待铺
15、设的钢管沿设计路线直接夯入地层，实现非 开挖穿越铺管。,图1-15 气动矛施工法,图1-16 夯管施工法,四、定向钻进施工法,施工时，按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），采用 定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，随后在钻杆 柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺 设管线，在回拉扩孔的同时，将待铺设的管线拉入钻孔， 完成铺管作业。,钻孔轨迹的监测和调控是水平定向钻进最重要的技术环节。,目前一般采用随钻测量的方法来测定钻孔的顶角、方 位角和工具面向角，采用弯接头来控制钻进方向，,图1-17 定向钻进施工法,五、我国非开挖施工技术及设备的发展现状,我国自行研制的主要非开挖施工设备分类如下: （1）水平钻机:管径401050mm，钻进距离50100m，一般为50m，分别由地矿部勘探所、北京市政工程研究所、天津市政三公司、江汉石油机械厂研制。 （2）导向钻机:管径40400mm，钻进距离200300m,DZ-200全液压动力头导向钻机由河北省地矿局开发，GBS系列由地矿部勘探所研制。 （3）气动矛和夯管锤:管径422000mm，顶进长度30100m，分别由地矿部勘探所、长春地质学院、长春路下工程公司，同济大学研制。 （4）微型液压顶管机:管径6001000mm，遥控操作，顶进长度6080m，由上海隧道工程股份有限公司研制。,
