東湖隧道之六明挖隧道施工（PPT127頁）

1、第章明挖隧道施工明挖法：基坑法 它是按照隧道的寬度和高度，包括必要的施工操作余量，從地面開挖出一個基坑，并在其中修筑鋼筋混凝土箱涵，做外防水，再進行回填的方法。明挖隧道結(jié)構(gòu)形式： 直墻式 單跨 雙跨 多跨短形閉合框架明挖法優(yōu)點： 施工作業(yè)面大，各項施工工序可以全線鋪開，進行平行流水作業(yè)，因而施工速度較快，工期較短，適應(yīng)性強，可以使用高效率的挖土機械和運輸車輛，也可采用簡易的施工機械設(shè)備，操作技術(shù)簡單，工程質(zhì)量容易控制。明挖法缺點： 土方工程量大，對地面街道干擾大，地下管道拆遷量大，降水和地層加固費用較高。明挖法施工的一般程序：測量定位挖表層土打樁（護坡樁）打降水井點管開挖路面設(shè)置支撐防護與開挖

2、開挖至設(shè)計標高基坑底部處理隧道結(jié)構(gòu)屋施工回填土拔井點板樁恢復(fù)路面第一節(jié)基坑的支護設(shè)計與施工一、基坑形式放坡開挖直槽開挖支護形式板樁支護基坑錨噴網(wǎng)支護基坑凍結(jié)法維護基坑混凝土連續(xù)墻維護基坑全放坡開挖基坑半放坡開挖基坑拉錨支護直槽基坑橫撐支護直槽基坑土錨支護基坑錨噴網(wǎng)支護基坑凍結(jié)支護基坑混凝土連續(xù)墻基坑二、基坑支護結(jié)構(gòu)（一）板樁式支護結(jié)構(gòu)組成：工字鋼、木擋板、腰梁（導梁）、頂撐或拉錨 工字鋼一般采用號的工字鋼，長度一般為m；工字鋼的間距一般采用.、.、.、.m等，也有采用.米的，間距太小會增加工字鋼樁的數(shù)量，過大增加木擋板的厚度，工字鋼樁的入土是一般為m。 木擋板一般設(shè)計選用cm，腰梁用槽鋼、工字

3、鋼或型鋼，由三腳架固定在工字鋼上，也可直接焊接，它可以傳遞壓力，也可增加鋼樁的穩(wěn)定性，控制工字鋼樁的間距。頂撐用鋼或木作成，.m以下可用梢徑約cm的圓木， .m以上用鋼頂撐，一端做成可伸縮式的，以適應(yīng)打樁發(fā)生偏轉(zhuǎn)或基坑寬度發(fā)生的變化。頂撐的層數(shù)與基坑的壁側(cè)壓力直接有關(guān)。要盡量減少層數(shù)，影響施工速度。4m10m50-60cm（二）錨噴網(wǎng)支護結(jié)構(gòu) 組成：錨桿、混凝土噴層和排水設(shè)施。 變形鋼筋和沙漿組成的全錨式注漿錨桿； 錨桿長度和支護高度之比宜在.范圍內(nèi)。 對頂部錨桿不小于.； 在飽和土中.；錨桿間排距： 在非飽和土中為.m；對軟土則可以小于. m；錨桿傾斜角度在支護變形小時為度，要求穩(wěn)定性高是可

4、以去大值，但不超過度。三、基坑支護結(jié)構(gòu)計算或穩(wěn)定性驗算結(jié)構(gòu)計算內(nèi)容：（）支護結(jié)構(gòu)承受荷載的確定；（）放坡開挖邊坡穩(wěn)定性計算；（）樁板支護樁的入土深度計算和板樁的強度計算以及頂撐、腰梁斷面、錨系結(jié)構(gòu)等；（）錨噴網(wǎng)支護錨桿錨固力、錨桿長度、混凝土噴層厚度計算等。（一）支護結(jié)構(gòu)的荷載 作用在支護結(jié)構(gòu)上的載荷主要是土壤側(cè)向壓力，及其破壞土體上方的附加荷載所產(chǎn)生的側(cè)向力。一般以庫侖公式或朗金公式求之。土壓力分布圖土壓力的簡化計算圖（二）放坡開挖邊坡穩(wěn)定性計算.無粘性土邊坡穩(wěn)定性計算有地下水益出時：時，處在極限平衡狀。.粘性土邊坡穩(wěn)定性計算粘性土邊坡穩(wěn)定性計算（三）單層板樁墻式支護計算板樁墻破壞形式板樁入

5、土深度不足或坑底過于軟弱時，很可能發(fā)生板樁繞錨拉點轉(zhuǎn)動，樁底翹起。 當板樁斷面尺寸不足，跨中彎矩大于板樁抗彎能力，導致板樁變形，甚至喪失穩(wěn)定，使邊坡破壞。當錨桿拉力不足或錨錠距離太短時，板樁向前傾倒，墻后地面開裂，邊坡失去穩(wěn)定。單層支護板樁計算應(yīng)主要解決的問題：板樁的入土深度板樁斷面尺寸橫撐頂力或錨桿拉力 根據(jù)板樁入土深度的大小，以及板樁在土層中承受土壓力作用后產(chǎn)生的變形，分兩種情況計算。（）板樁入土深度較淺，在點以上，板樁入土部分看作自由支承，板樁上端的頂撐或錨索看作簡支單跨的簡支梁。（）自由支撐板樁墻的土壓力分布.確定如土深度.確定錨桿拉力.確定板樁斷面尺寸（）打入深度比較深，超過處以后，

6、認為板樁的入土部分能比較牢固地嵌固在土層中，點處起固定端支撐作用。相當梁法找等值梁的另一支點，即正負彎矩的轉(zhuǎn)折點，近似找主被動土壓力等于零的位置。進而求出相當梁反力。等值梁法 圖中ab梁一端固定一端簡支，彎矩圖的正負彎矩在c點轉(zhuǎn)折，若將ab梁在c點切斷，并于c點加一自由支承形成ac梁，則ac 梁上的彎矩將保持不變，即稱ac梁為ab 梁上ac段上的等值梁。 等值梁原理ababc 如ab梁一端固定，一端簡支，彎矩圖的正負彎矩在c點轉(zhuǎn)折。若將ab梁在c點切斷，并在c點置一自由支承，形成ac梁，則ac梁上的彎矩將保持不變，則稱ac梁為ab梁上ac段的等值梁。HAPaBCDHAPaBCDPaP0等值梁板

7、樁上土壓力分布圖板樁彎矩圖（）點固定支承情況板樁入土深度a實際入土深度實際斷面尺寸（四）樁板式支護結(jié)構(gòu)計算滑動破壞菱體，其體積為：土體抗力增加系數(shù)板樁土壓力分布基坑底部上方主動土壓力：基坑頂部處主動土壓力：基坑底部下方主動土壓力：被動土壓力在樁下端處為：主動土壓力在樁下端處為：（五）錨噴網(wǎng)支護的穩(wěn)定性分析（）錨噴網(wǎng)支護的體外破壞，即外部穩(wěn)定性；體外破壞：整個支護作為一個剛體發(fā)生沿支護底面滑動，繞支點面層底端傾覆，連同周圍基底深部土體滑動等現(xiàn)象。（）錨噴網(wǎng)支護的體內(nèi)破壞，即內(nèi)部穩(wěn)定性。 內(nèi)部穩(wěn)定性可采用極限平衡法進行分析，支護土體破壞面的形狀可假定為圓弧線、拋物線、雙折線或直線。四、板樁結(jié)構(gòu)的施

8、工隧道基坑法施工時，開挖深度較淺，土層條件較好時，多采用樁板結(jié)構(gòu)維護。樁板結(jié)構(gòu)施工根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為：鋼板樁施工樁板式結(jié)構(gòu)施工 .鋼板樁施工設(shè)備 （）沖擊式打入機械； （）振動式打入機械； （）振動沖擊打樁機械和精力壓入機械。選用機械時考慮的因素： （）工程規(guī)模 （）土質(zhì)條件 （）作業(yè)能力 （）作業(yè)環(huán)境.鋼板樁施工（）施工準備 對運進施工現(xiàn)場的板樁進行整理、檢查和堆放； 注意板樁施工的導向設(shè)置，以確保施工后板樁處于設(shè)計軸線上； 設(shè)置樁帽，防止樁頂?shù)膿p傷，帽內(nèi)加緩沖材料。（）鋼板樁打入打入方法.單根板樁施工.屏風法施工（）施工常見故障及對策 出現(xiàn)的問題及解決辦法：（）不易貫入：.對地質(zhì)情況做詳細分

9、析，可伴以高壓沖水或振動法沉樁，不能用錘硬打；.對板樁逐根檢查，發(fā)現(xiàn)銹蝕或變形及時調(diào)整，還可在鎖口內(nèi)涂油脂；（）傾斜： 卷揚機鋼索將板樁反拉后錘擊，或改變錘擊；傾斜可用特別楔形板樁進行糾偏，降水疏干地層。（二）樁板式結(jié)構(gòu)施工（）立柱施工前必須檢查其腰梁的槽口是否平直完整，整體是否保持直線形；立柱樁的施工必須確保垂直且不能扭轉(zhuǎn)，立柱間的距離要嚴格按設(shè)計尺寸施工。（）該類結(jié)構(gòu)可與錨桿支護聯(lián)合使用，施工中要注意及時進行支撐或拉錨，并可適當調(diào)節(jié)，以確保緊貼立柱樁。（）立柱樁間的擋板要作檢查，不能有裂紋，也不能腐爛或扭曲，混凝土擋板要檢查是否已經(jīng)發(fā)生裂紋，鋼木混合擋板要保持平直；第二節(jié)地下連續(xù)墻的設(shè)計與

10、施工地下連續(xù)墻：是以專用的挖槽設(shè)備開挖溝槽，并采用觸變泥漿護壁，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導管法澆注混凝土，形成一個單元槽段的混凝土墻體，依次繼續(xù)挖槽、澆注施工，連接成一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻或帷幕。地下連續(xù)墻的作用：防滲擋土承重一、地下連續(xù)墻的設(shè)計應(yīng)具備的要求足夠的強度足夠的剛度保證隧道的穩(wěn)定性保證在荷載作用下墻體的安全，保證對附近結(jié)構(gòu)物及地基不產(chǎn)生有害影響，保證隧道的穩(wěn)定性，防止坑底隆起、管涌流沙、承壓水沖潰坑底。（一）作用在連續(xù)墻上的荷載地面超載水土壓力（二）地下連續(xù)墻的靜力計算.山肩邦男法山肩邦男法求解，基本假定：（）在粘土層中，墻體作為無限長的彈性體；（）墻背土壓力在開挖面以上取三角形

11、分布，開挖面以下取矩形；（）開挖面以下土的橫向抵抗反力分為兩個區(qū)域，彈性區(qū)和塑性區(qū)；（）橫撐設(shè)置后，即作為不動支點；（）下道橫撐設(shè)置后，上道橫撐軸力不變，下道橫撐支點以上的墻體仍然保持在原來的位置。山肩邦男近似解法圖：山肩邦男近似解法，基本假定：（）在粘土地層，將墻體改作底端自由的有限長彈性體；（）（）（）假定與精確解法假定相同；（）開挖面以下土的橫向抵抗力取為被動土壓力；（）把開挖面以下墻體彎矩為的點假象為一個鉸，并忽略此鉸以下墻體對上面墻體的剪力傳遞。中國彈塑性法計算簡圖.彈性法（）彈塑性法基本假定：（）考慮支撐的彈性變化，圖中以彈簧表示；（）主動側(cè)壓力假定按二次函數(shù)分布；（）入土部分分塑

12、性區(qū)和彈性區(qū)兩部分；（）墻體為有限長。彈塑性法計算簡圖二、地下連續(xù)墻的施工（一）施工準備施工之前應(yīng)根據(jù)工程要求和地質(zhì)條件決定墻體深度、厚度、施工方法、施工設(shè)備和施工精度。修筑導墻，鋪設(shè)軌道，建立泥漿配置站及循環(huán)溝槽與沉淀池和必要施工材料準備。（一）施工準備.修筑導墻導墻：地下連續(xù)墻挖槽之前構(gòu)筑的引導地下連續(xù)墻施工的臨時結(jié)構(gòu)物。導墻作用：給挖槽、造孔起導向作用；儲存觸變泥漿；維護槽口穩(wěn)定，避免塌方；支承造孔機及其他設(shè)備的荷載。程序：平整場地測量放樣挖槽及處理棄土綁扎鋼筋網(wǎng)片立模澆注混凝土拆模并設(shè)置橫撐。深.m厚cmC20.泥漿系統(tǒng)泥漿的作用：（）泥漿充滿被挖掘的空間，利用泥漿的壓力，對槽壁產(chǎn)生一

13、定的靜水壓力；（）泥漿向地層流滲形成一層致密而透水性很小的薄層泥皮，同泥漿一起起到平衡地壓、穩(wěn)定槽壁的作用。泥漿的組成：膨潤土、水、化學摻劑和一些惰性材料對泥漿的要求抗重力作用的物理穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性適當?shù)南鄬γ芏群驼扯刃阅鼙仨毦哂锌烧{(diào)節(jié)性泥漿處理（）重力沉降法：挖掘沉淀池進行沉淀處理（）機械處理：用旋流器和振動篩進行處理（二）槽孔施工.造孔機械及施工方法沖擊式造孔直接出土機械及施工方法斗式成槽機械及施工方法旋轉(zhuǎn)切削式泥漿循環(huán)出渣成槽及施工方法（）沖擊式造孔直接出土式機械靠鉆頭自重，在充滿泥漿的孔中反復(fù)沖擊破碎巖石，然后用帶有活底的取渣筒將破碎的巖屑取出。（）沖擊式優(yōu)缺點優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作容易

14、，適應(yīng)性強，在堅硬的土層和含礫石、卵石等復(fù)雜地層均可使用，使用與深度較大的造孔施工。缺點：取渣時，沖擊鉆頭必須間斷工作，效率低，噪聲和震動較大。（）抓斗式成槽機械利用抓斗上的犁齒直接對土層進行破碎，抓取并將土體運出槽外其形式主要有各種索式導板抓斗、液壓導板抓斗和剛性導板抓斗等。首先在槽段兩端用鉆機鉆兩個垂直導孔，然后用抓斗抓除兩導孔之間的土體，形成槽段。用抓斗直接把沒經(jīng)破碎的土層送到地面，不需要泥漿循環(huán)和凈化。（）回轉(zhuǎn)式造孔機械優(yōu)點：用鉆頭、刃具對土層進行鉆削，并借助泥漿循環(huán)排渣，機械化程度和工效、成孔質(zhì)量、垂直精度均較好，而且噪聲小，對側(cè)面土體擾動少，最適于土質(zhì)較差、開挖較深的槽段。缺點：結(jié)

15、構(gòu)復(fù)雜，遇有大粒徑礫石、卵石層難于使用。.槽段的劃分與施工槽段：混凝土一次澆注的單位長度。槽段長：減少接頭數(shù)，提高地下墻的整體性和防水性。實際確定槽段長度要考慮以下的因素：（）地質(zhì)情況；（）起重設(shè)備能力；（）單位時間內(nèi)供應(yīng)混凝土能力，槽段最好小時澆灌完畢；（）工地所具備的穩(wěn)定液槽容積，一般穩(wěn)定液槽容積應(yīng)是沒一槽段溝槽容積的倍；（）工地能占用的場地面積及能夠連續(xù)作業(yè)的時間（）劃分槽段還要考慮槽段的平面形狀和尺寸，注意拐角和墻與內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接處不宜設(shè)置接頭。挖槽結(jié)束后，必須掃孔清渣，待槽孔符合設(shè)計標準后，進行清孔換漿，保證護壁效果，以利于下放鋼筋籠和澆注混凝土。（三）鋼筋籠的制作與吊放（四）混凝土澆

16、灌混凝土的密實：自重和灌注時產(chǎn)生的局部振動實現(xiàn)。混凝土的流動容易將泥漿和槽內(nèi)的沉渣混入墻體，使混凝土質(zhì)量降低。（五）槽段的連接與接頭施工.圓形接頭.混凝土預(yù)制板或鋼板接頭.剛性接頭鋼筋連接方式鋼板連接方式第三節(jié) 明挖隧道襯砌結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算一、襯砌結(jié)構(gòu) 二、襯砌結(jié)構(gòu)計算 明挖隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算通常包括三個方面的內(nèi)容：荷載計算、內(nèi)力計算、截面計算。 （一）荷載計算 靜荷載、活荷載和特殊荷載 明挖隧道結(jié)構(gòu)荷載示意圖1頂板上的荷載2底板上的荷載3側(cè)墻上的荷載（二）內(nèi)力計算1計算簡圖沿隧道縱向截取lm作為計算單元，將空間結(jié)構(gòu)問題簡化成單位延米的平面變形問題進行分析。并且一般情況下，不考慮支托的影響，同時可

17、認為連接點是剛性的，結(jié)點處無相對位移。 隔墻的剛度較頂?shù)装宓膭偠刃?，可以近似假定隔墻不承受彎矩，僅承受軸力，即可視為一根鏈桿（二力桿）。 明挖隧道結(jié)構(gòu)計算簡圖（a）一實際結(jié)構(gòu)；（b）一計算簡圖2假定截面尺寸3計算方法閉合框架一般可采用位移法計算，當不考慮線位移影響時，可用力矩分配法，有線位移時，則可按力法力矩分配法結(jié)合的計算方法，也可使用計算機進行計算。一般可采用類比法或近似計算方法，經(jīng)內(nèi)力計算若不滿足所設(shè)截面，則重作假定。4設(shè)計彎矩、剪力及軸力的計算結(jié)點的計算彎矩和設(shè)計彎矩 （右端結(jié)點） （左端結(jié)點） 符號規(guī)定：桿件內(nèi)緣受拉時彎矩為正；使截面沿順時針方向轉(zhuǎn)動的剪力為正。對于剪力 不利截面位于

18、距墻的邊緣一段距離處（即約離支座邊緣0.65h0處） 靜載引起的設(shè)計軸力 結(jié)點的計算軸力和設(shè)計軸力 特載引起的計算軸力 （三）截面計算控制截面：指內(nèi)力最大或所需配筋最多的截面。一般情況下為支座及跨中處。（四）抗浮驗算三、構(gòu)造要求1配筋形式橫向受力鋼筋 縱向分布鋼筋 2混凝土保護層隧道襯砌結(jié)構(gòu)相對濕度較高，受力鋼筋的保護層最小厚度比地面結(jié)構(gòu)增加mm，一般墻板為 mm mm，梁、柱為 mm，基礎(chǔ)有墊層時為35 mm，無墊層時為70 mm。 3橫向受力鋼筋橫向受力鋼筋最小配筋率應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。受壓鋼筋的配置原則要求細而密，不得過粗、過稀，優(yōu)先采用點焊片架。 4箍筋5隧道的縱向分布鋼筋縱向分布鋼筋的截面面積應(yīng)不小于受力鋼筋截面面積的10，配筋率不小于0.10?？v向分布鋼筋應(yīng)在沿框架周邊各構(gòu)件的內(nèi)外側(cè)和內(nèi)墻兩側(cè)布置，其間距可采用10cm30cm。在框架節(jié)點區(qū)域內(nèi)的