地下建筑工程施工技术教案

绪论

一．地下建筑施工课程的任务、特点

1．地下工程是埋于岩土介质中的结构物

2．应根据工程地质与水文地质条件，综合考虑下列因素：

◆地下工程的类型、规模、结构形式；

◆开挖深度、降水排水条件、施工季节；

◆周边环境、工程经验、工程造价；

◆做到因地制宜、因时制宜，选用合适的地下工程施工方法与施工技术，以

取得以下效果：安全可靠、质量保证、方便施工、技术先进、经济合理。3．地下建筑施工专门研究各类地下工程、基础工程的：

◆施工方法

◆施工工艺

◆施工技术

4．本课程的任务：

不但要求学习、掌握地下建筑施工技术，而且要求能够研究各类地下工程的施工方法、施工工艺与施工技术，具有独立分析和解决地下工程施工问题的能力。二．地下建筑施工技术概要

1．一般地下工程：

城市地铁、越江隧道、引水隧道、地下工厂、地下民用设施、地下军用设施、高层建筑地下室

2．常用地下工程施工方法：

◆明挖法

◆暗挖法

◆明暗结合开挖法

3．明挖法有：

放坡开挖（大开挖）法、重力式水泥土墙法、高压旋喷法、土钉墙法、深基坑施工法、沉井法。

4．暗挖法有：

◆盾构法；

◆顶管法；

◆矿山（暗挖隧道）法

5．明暗结合开挖法有：

◆逆作法；

◆沉管法；

◆箱涵法

其中逆作法又分为：全逆作法、半逆作法、盖挖法

三．学习本课程需要注意的几个问题：

1．本课程着重讨论地下工程：

施工方法、施工工艺和施工技术；每一种施工方法、施工工艺和施工技术都有其特点，应注意它们各自的适用场合。

2．要求掌握一般地下工程常用的施工方法和施工技术；了解国内外施工领域的新技术和发展动态；具有独立分析和解决地下工程施工技术问题的初步能力。3．地下建筑施工技术涉及面广，实践性强，技术发展迅速，要求坚持理论联系

实际，要重视生产实习、教学参观、现场教学等实践性的教学环节，要有计划地到施工现场去参观，积累实践的感性知识。

第一章大开挖基坑工程施工

§1.1 概述

1．大开挖土方工程：指不采用支撑形式而采用直立或放坡施工方法进行开挖的基坑工程，有时又称放坡基坑开挖。开挖深度不大：一般小余10m深。

2．大开挖（放坡开挖）是明挖法中用得最多、最普通的一种方法，它具有的优点是：

◆坑内无支撑

◆方便大型机械与主体结构施工

◆施工速度快、成本低

3．边坡设计需要确定两个基本参数：边坡开挖深度和坡度

边坡开挖深度称为坡高H，坡度用坡角或高宽比表示

4．大开挖基坑的边坡稳定主要是通过边坡土质的抗剪强度来实现的。边坡的稳定性安全系数越低，变形越大。

5．大开挖基坑工程的施工内容包括：

◆施工组织设计；

◆基坑降水和边坡加固的方法；

◆基坑土方开挖

§1.2 施工组织设计

1．施工组织设计的任务：

根据建筑结构设计的要求，结合施工现场的具体情况，提出施工的具体方法和实施途径，保证工程按质如期完成。

2．施工组织设计主要包括如下内容：

◆选择合理的土方开挖方案、施工方法和施工设备；

◆对建筑工地进行总平面规划

3．大开挖基坑施工的土方开挖方案：

主要指边坡稳定计算、基坑降水方案、土方开挖的行进路线和边坡加固方法。4．土方开挖的施工方法：

人工开挖和机械开挖两种

5．选择施工设备

根据施工方法，选择合理的施工机具，提高挖土的机械化水平，缩短工期6．施工平面图设计内容应包括：

◆地上和地下原有建筑物和构筑物；

◆地上和地下拟建建筑物和构筑物；

◆为施工服务的临时设施。

§1.3 边坡稳定性计算和边坡失稳防止措施

1．基坑边坡主要的破坏形式：

◆沿近似圆弧的滑动面破坏；

◆沿近乎平面的滑移。

2．边坡失稳有如下几种原因可能导致边坡原来受力平衡状态失去平衡：

◆受荷；

◆土体抗剪强度降低；

◆动、静水压力的作用。

3．边坡稳定性计算的目的：确定边坡的主要系数、放坡坡度等

4．边坡失稳的防止措施：

◆边坡修坡；

◆设置边坡护面；

◆边坡坡脚抗滑加固。

§1.4 流砂、管涌的防止和基坑降水措施

1．流砂和管涌是基坑土方工程施工需要防止的两大危害

2．流砂：当水力梯度大于临界值

3．管涌：当土层主要由粗细相差较大的两类土粒组成时

4．防止流砂和管涌的措施：

◆设置防渗帷幕，增大渗径，减少水力梯度；

◆水下挖土，减少水力梯度；

◆人工降低地下水位。

5．大开挖基坑的降水一般有两种途径：

◆明排法

◆人工降水法

§1.5 土方开挖施工

1．放坡开挖的方法：

◆人工开挖：劳动强度大；

◆小型机械开挖：施工空间受限制情况下；

◆大型机械开挖：工作效率高。

2．机械挖土：

◆正向铲挖土机开挖：正向开行、侧向开行；

◆反向铲挖土机开挖：沟端开行、沟侧开行；

◆索铲挖土机开挖；

◆合瓣(抓斗)挖土机开挖。

第二章深基坑工程施工

深基坑工程施工是地下工程施工技术的重要组成部分

§2.1 概述

1．深基坑工程：通常基坑开挖深度大于等于7.0m

2．深基坑工程作用：

◆给地下结构敞开开挖创造条件；

◆建筑物地下结构的一部分。

3．基坑安全等级：

◆一级

◆二级

◆三级

§2.2 基坑支护结构类型与选择

1．支护结构分类：挡土结构和支撑结构两类

2．支护结构类型：

◆钢板桩、钢管桩、H型钢桩加横挡板、钢筋混凝土预制板桩、

◆钻孔（挖孔）灌注桩围护墙；地下连续墙；水泥土墙；高压旋喷桩；

◆钻孔灌注桩与水泥搅拌桩相结合；劲性水泥土墙；外拉锚；

◆土钉墙；沉井；沉箱。

3．支撑结构类型：

◆内支撑：型钢撑、钢管撑、钢筋混凝土撑、围檩、立柱等；

◆外支撑：拉锚和土锚

§2.3 基坑稳定性验算

◆基坑抗整体滑动失稳验算；

◆基坑抗隆起验算；

◆基坑抗管涌验算；

◆基坑抗承压水稳定验算

§2.4 钢板桩支护结构施工

1．钢板桩施工准备：柱帽、转角桩的制作

2．钢板桩打入方法：

◆单桩打入法；

◆双层围檩法；

◆屏风打入法。

3．钢板桩的拔除：

两种拔桩方法：振动锤拔桩法、重型起重机与振动锤共同拔桩法

4．钢板桩打入的允许偏差

5．钢板桩施工常遇问题与对策

§2.5 钻孔灌注桩支护结构施工

◆施工机械：干作业成孔机械；湿作业成孔机械。

◆干作业成孔钻孔灌注桩施工工艺

◆湿作业成孔钻孔灌注桩施工工艺

§2.6 挖孔桩支护结构施工

◆人工挖孔桩

◆施工安全：重视操作人员的人身安全

§2.7 水泥土墙支护结构施工

深层搅拌桩水泥土墙施工工序：定位、预搅下沉、预备水泥浆、喷浆搅拌提升、重复上、下搅拌、清洗、移位至下一根桩。

第三章沉井施工

§3.1 概述

通常沉井由刃脚、井壁、内隔墙、井内纵横粱等组成的圆筒或矩形钢筋混凝土结构

1．沉井的应用：

◆地下工业厂房、大型设备基础、地下仓(油)库、人防掩蔽所、盾构拼装井、◆船坞坞首、桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站、矿用竖井、

◆地下车道与车站、地下建(构)筑物的围壁、大型深埋基础等等

2．沉井在施工中具有的独特优点：

◆占地面积小；

◆不需要围护；

◆挖土量小；

◆对邻近建筑物的影响比较小；

◆操作简便，无需特殊的专业设备。

§3.2 沉井的分类与构造

1．沉井按制作材料分类：

混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石

2．沉井按平面形状分类：

◆圆形单孔沉井；

◆方形单孔沉井；

◆矩形单孔沉井；

◆矩形双孔沉井；

◆椭圆形双孔沉井；

◆矩形多孔沉井。

3．沉井按竖向剖面形状分类：

◆圆柱形沉井；

◆阶梯形沉井；

◆锥形沉井。

4．沉井的组成：

井壁、刃脚、内隔墙、上、下横梁及框架、井孔、封底

§3.3 沉井施工

1．沉井施工前的淮备工作

◆对施工场地进行勘察

◆熟悉工程地质、水文地质、施工图纸等资料

◆敷设水电管线、修筑临时道路、平整场地，即三通一平

◆搭建必要的临时设施，集中必要的材料、机具设备和劳动力◆应事先编制施工组识设计与施工方案

2．沉井施工的淮备工作

◆地质勘查和制定施工方案；

◆不开挖基坑制作沉井；

◆开挖基坑制作沉井；

◆地基处理后制作沉井；

◆人工筑岛制作沉井；

◆测量控制和沉降观察。

3．沉井下沉与抗浮稳定验算

4．沉井制作：

◆刃脚支设；

◆沉井壁制作；

◆单节式沉井混凝土的浇筑；

◆多节式沉井混凝土的浇筑；

5．沉井制作与下沉的顺序：

◆一次制作，一次下沉；

◆分节制作，多次下沉；

◆分节制作，一次下沉。

6．沉井下沉方法：

排水下沉和不排水下沉

7．排水下沉常用的排水方法：

◆明沟直接排水方法；

◆井点系统降水；

◆井点与明沟排水相接合的方法。

8．下沉挖土方法：

排水下沉挖土方法和不排水下沉挖土方法

9．沉井的辅助下沉方法：

◆射水下沉法；

◆触变泥浆护壁下沉法；

◆抽水下沉法；

◆井外挖土下沉法；

◆压重下沉法；

◆炮震下沉法。

10．沉井封底：

◆排水封底；

◆不排水封底；

◆导管法灌注沉井水下封底混凝土。

11．沉井施工机具：

◆双瓣抓土斗；

◆四瓣抓土斗；

◆空气吸泥机；

◆压缩空气管。

§3.4 沉井施工引起土体移动的分析与计算

1．沉井施工引起土体移动的因素：

◆由于开挖井内土体，开挖面释放了原有土体的自重应力，使井底土体失去

三维平衡条件，引起井底土体移动；

◆由于井壁外预留空隙，引起井周土体移动；

◆由于沉井在下沉中经常纠偏，扰动土体，引起土体移动；

◆井底流砂引起土体的移动；

◆井底承压水引起土体的移动；

◆制作沉井时，由于地基承载力不够，引起土体的移动。

2．井底流砂引起土体移动的分析

3．井底承压水引起土体移动的分析

第四章地下连续墙施工

§4.1 概述

地下连续墙：刚度大，既挡土又止水，施工时噪音低，无振动，无挤土，可适用于各类地层，也可使用于逆作法施工

§4.2 地下连续墙的施工简述与工艺流程

地下连续墙的施工由多种工序组成，施工内容包括：准备工作和墙体施工§4.3 地下连续墙施工

1．施工准备

2．导墙施工

3．泥浆护壁

4．成槽施工

5．钢筋笼施工

6．导墙的作用：

划分挖槽位置，控制施工精度，支挡侧向土压力，容蓄泥浆

7．护壁泥浆的作用：

◆护壁；

◆携渣；

◆冷却机具；

◆切土润滑。

8．外加济按其功能分为下面四类：

加重型、增粘型、分数型和防漏型

9．成槽施工：

◆槽段长度确定；

◆成槽顺序：顺槽法和跳槽法；

◆槽段平面形状和接头位置

10．地下连续墙的接头形式：施工接头、结构接头

11．施工接头：

◆直接连接构成接头；

◆接头管接头；

◆接头箱接头；

◆隔板式接头。

12．结构接头：

◆直接连接接头；

◆间接接头：预埋连接钢板、预埋剪力块和预埋钢筋连接器。

§4.4 地下连续墙的施工机具设备

◆索式斗体推压式导板抓斗

◆中心提拉式导板抓斗

◆导杆液压抓斗

§4.5 地下墙施工常遇问题与处理对策

§4.6 地下连续墙施工质量标准

第五章地下工程逆作法施工

§5.1 概述

1．逆作法：地下工程施工中，不架设临时支撑；结构本身既作挡墙又作内支撑；施工顺序与顺作法相反：从上往下依次开挖和浇筑结构主体

2．逆作法分为：全逆作法和半逆作法

3．全逆作法：地上、地下同时进行立体交叉施工

4．半逆作法：地下结构从上往下施工，地上结构不能与地下结构同时施工5．顺作法的施工顺序：挡墙、支撑、开挖、底板、从下往上浇筑结构主体6．顺作法支撑：型钢支撑、钢管支撑、钢筋混凝土支撑和土锚

7．逆作法支撑：地下结构主体的粱、板作为支撑

8．逆作法的优点：

◆由于地下结构本身作为支撑，且具有相当大的刚度，使围护结构的应力、

变位减小，提高了工程施工的安全性，能有效控制周围土体的变形和地表

的沉降，减小了对周边环境的影响，有利于保护邻近建(构)筑物；逆作法适用于任何不规则形状平面或大平面；

◆由于最先筑好顶板，地下、地上结构可以同时施工，缩短了工程的施工总

工期；

◆一层结构平面可作为工作平台，不必另外架设开挖工作平台与内撑，这样

大幅度削减了支撑和工作平台等大型临时设施，减少了施工费用。

◆由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递

至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了基坑内地基回弹量；9．逆作法的缺点：

◆需要设临时立柱及立柱桩，增加了施工费用；且由于支撑为建筑结构本身，

自重大，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。

◆逆作法所设立柱内钢骨与原设计设置的梁主筋、基础梁主筋冲突相碰，节

点构造复杂，施工难度大。

◆为运送开挖出的土方与施工材料，需在顶板多处设置临时施工洞。必须对

顶板采用加强措施。

◆地下工程在楼板的覆盖下进行施工，闭锁的空间使大型机械设备难于进

场，作业不便，施工难度大。

◆在逆作施工的各个阶段浇注的混凝土都分有先浇和后浇，产生的交接处

(缝)，不仅给施工带来不便，而且为保证结构、防水等问题，给施工计划及质量管理提出了很高的要求。

10．逆作法的施工的适用范围：

逆作法常用于埋藏较深的地下(基础)工程的施工，可适用于各类土层条件，包括饱和含水的软土地层，尤其适用于城市密集建筑物街区的地下(基础)工程施工。如地下厂房、地下车库、高层建筑下的深基础、地下贮库、地下变电站、地铁车站等工程。

§5.2 逆作法施工顺序与工艺流程

◆逆作法的施工顺序

◆逆作法的施工工艺流程

§5.3 逆作法施工

1．中间支撑柱(桩)的施工

2．中间支撑柱(桩)的作用：将上部结构及其承重的荷载传递给地基

3．地下室结构常用的浇筑方法有两种：

◆利用土模浇筑粱板；

◆利用支模方式浇筑粱板。

4．施工缝处的浇筑方法有三种：

◆直接法；

◆充填法；

◆注浆法。

第六章盾构法隧道施工

§6.1 概述

1．盾构法是地面以下暗挖隧道的一种施工方法

2．盾构法建造的隧道主要用于：

◆水底公路隧道；

◆地铁区间隧道；

◆电力电讯隧道；

◆市政管线隧道；

◆进水排水隧道。

3．断面形式：圆形、矩形、马蹄形、双园形、多园形

4．盾构法施工的优点：

◆地面作业少，隐蔽性好，噪音、振动引起的公害小；

◆费用和技术难度基本不受覆土深浅的影响；

◆隧道施工可完全不影响航道通航和地面建筑与市政管线正常使用

◆不受气候影响；

◆施工自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；

◆适用于各类软土地层和软岩地层的隧道施工

5．盾构法施工的缺点：

◆不能完全防止盾构施工区域内的地表变形；

◆盾构一次掘进长度有限；

◆隧道覆土小于0.5Ds时，盾构开挖面土体稳定较困难；

◆施工人员易患减压病的危险；

◆当盾构的曲线半径小于20D时，盾构转向比较困难。

§6.2 盾构的构造、分类与选型

1．盾构的基本构造：

◆盾壳：切口环部分、支撑环部分、盾尾部分；

◆推进系统：液压设备，盾构千斤顶；

◆正面支撑系统：千斤顶、刀盘面板、网格类；

◆衬砌拼装系统：举重臂，真圆保持器；

◆液压系统：为千斤顶、举重臂、大刀盘供动力；

◆操作系统：控制盾构掘进机的工作状态。

2．盾构的分类及其适用范围：

◆手掘系统盾构：手掘式盾构、挤压式盾构、网格式盾构；

◆半机械式盾构；

◆机械系统盾构：机械式盾构、泥水加压盾构、土压平衡盾构。

3．盾构选型：

盾构选型一般应根据拟建隧道的规模、特征、施工场地的工程水文地质条件、施工人员的技术水平、隧道施工区域内的环境保护要求、经济性等因素，综合考虑选择盾构类型。

§6.3 盾构法施工

1．盾构法施工的准备工作：

◆盾构的拼装和拆卸室；

◆盾构基座；

◆盾构进出洞方法：

2．盾构出洞方法：临时基坑法、逐步掘进法、工作井进出洞法；

3．临时封门的构造形式：钢结构或砖石或砼；盾构后座。

4．盾构开挖方法：

◆敞开式开挖；

◆网格式开挖；

◆挤压式开挖；

◆机械切削式开挖。

5．盾构操纵与纠偏：

◆千斤顶编组的调整；

◆盾构纵坡的控制；

◆开挖面阻力的调整；

◆盾构自转的控制。

6．衬砌壁后压浆：

◆压浆方法：二次压浆法、一次压浆法；

◆压浆材料；

◆压浆设备。

§6.4 盾构法隧道衬砌

1．内部使用限界的确定：车辆限界、建筑限界。2．圆形隧道断面的优点

◆受力好；

◆易于盾构推进；

◆便于管片的制作和拼装；

◆发生转动，对断面的利用的毫无妨碍。3．衬砌分类：

◆铸铁管片；

◆钢管片；

◆钢筋混凝土管片；

◆钢与钢筋混凝土复合型管片；

◆混凝土管片；

◆砌块。

4．衬砌防水

§6.5 盾构法隧道衬砌

盾构掘进中的辅助施工法：

◆稳定开挖面的辅助施工方法；

◆盾构进出洞的辅助施工方法；

◆特殊情况下的辅助施工方法：

二次压浆法；

基础托换；

承压板法；

地层加固；

管棚法。

§6.6 工程实例

工程概况

工程地质条件

盾构

盾构掘进施工

盾构施工引起地表变形与环境保护