《城市地下空間建設(shè)新技術(shù)》第四章

城市地下空間建設(shè)新技術(shù)

2014年11月19-22日合肥全國注冊土木工程師（巖土）繼續(xù)教育必修教材4.1概述4.2技術(shù)介紹4.3工程應(yīng)用4.4小結(jié)第4章現(xiàn)代氣壓沉箱工藝與施工技術(shù)4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理工法原理：在沉箱下部設(shè)置一個氣密性高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工作室，并向工作室內(nèi)注入壓力與刃口處地下水壓力相等的壓縮空氣，使在無水的環(huán)境下進行無人化遠程遙控挖土排土，箱體在本身自重以及上部荷載的作用下下沉到指定深度后，在沉箱結(jié)構(gòu)面底部澆筑混凝土底板的一種地下工程施工方法。壓縮空氣4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理工作室在地面上完成構(gòu)作物的結(jié)構(gòu)工作室工作室這個原理適用于沉箱工作室4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理沉入地底下后，水就涌入了工作室4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理作業(yè)室空氣壓力等于外水壓力，施工才可能進行。壓縮空氣4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理突出優(yōu)勢：利用氣體壓力平衡箱體外水壓力，沉箱底土體在無水狀態(tài)下進行無人化遠程遙控開挖，通過遠程監(jiān)視系統(tǒng)，沉箱在下沉過程中可以直接辯別并較方便地處理地下障礙物，同時避免了坑底隆起和流砂管涌現(xiàn)象。相比常規(guī)的沉井施工方法，智能化氣壓沉箱施工方法由于氣壓反力的作用，箱體容易糾偏和控制下沉速度，可以防止突沉、超沉，且周邊地層沉降小，對環(huán)境影響??；相比地下連續(xù)墻施工方法，可顯著減少圍護結(jié)構(gòu)的插入深度，具有可觀的經(jīng)濟性。4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理還有．．．20cm左右水中挖土天頂移動式沉箱挖土機不發(fā)生漏氣水位連動型壓力自動控制裝置微調(diào)作業(yè)氣壓（可以10cm的精度調(diào)整）作業(yè)氣壓設(shè)在只比肋腳底部低一點點的地方（水頭20cm＝０．００２MPa左右）

氣壓沉箱工法因為延垂直方向下沉結(jié)構(gòu)體，所以能防止漏氣引發(fā)的事故。氣壓沉箱的壓氣（垂直方向）4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理雙頭碎石機余土寬度的調(diào)整軟土硬質(zhì)旋臂刀4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工藝原理適用范圍：智能化氣壓沉箱施工技術(shù)可適用于軟土、黏土、砂性土和碎(卵)石類土及軟硬巖等各種地質(zhì)條件，適合在城市建筑密集區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，地表沉降要求高，對周邊建筑保護力度大的區(qū)域進行深基坑建設(shè)，以及舊城改造區(qū)域障礙物較多時采用，并可以向大深度、大面積的方向發(fā)展，滿足城市地下空間的開發(fā)需求。目前開挖深度可達40m。

適用范圍：智能化氣壓沉箱施工技術(shù)可適用于軟土、黏土、砂性土和碎(卵)石類土及軟硬巖等各種地質(zhì)條件，適合在城市建筑密集區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，地表沉降要求高，對周邊建筑保護力度大的區(qū)域進行深基坑建設(shè)，以及舊城改造區(qū)域障礙物較多時采用，并可以向大深度、大面積的方向發(fā)展，滿足城市地下空間的開發(fā)需求。目前開挖深度可達40m。

4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工工藝原理橋梁基礎(chǔ)豎井電力設(shè)施垃圾坑地下停車場泵站?調(diào)節(jié)池隧道防汛堤地下鉄駅舎氣壓沉箱4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工工藝原理民營大樓的地下室室首都高速大宮JR下的沉箱4.1概述4.1.1氣壓沉箱工法的工工藝原理并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。氣壓沉箱基礎(chǔ)：沉箱形似有頂蓋的的沉井。沉箱基礎(chǔ)礎(chǔ)是一種較好的施施工方法和基礎(chǔ)型型式。當(dāng)沉箱就位位后，將壓縮空氣氣壓入沉箱室的內(nèi)內(nèi)部，排出存在于于工作室中的水，，施工人員在箱內(nèi)內(nèi)進行挖土施工，，并且通過升降筒筒和氣閘，把棄土土外運，從而使沉沉箱在自重和頂面面壓重的作用下逐逐步下沉至設(shè)計標(biāo)標(biāo)高，最后用混凝凝土填實工作室。。4.1概述4.1.2氣壓沉箱工法與沉沉井工法的區(qū)別沉井基礎(chǔ)：是以沉井作為基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將上部荷荷載傳至地基的一一種深基礎(chǔ)。沉井井是一種四周有壁壁、下部無底、上上部無蓋、側(cè)壁下下部有刃腳的筒形形結(jié)構(gòu)物。沉井通通常用鋼筋混凝土土制成。它通過從從井孔內(nèi)挖土，借借助自身的重量來來克服井壁的摩阻阻力下沉至設(shè)計標(biāo)標(biāo)高。沉井基礎(chǔ)的特點是是埋深大、整體性性強、穩(wěn)定性好，，能承受較大的豎豎向作用和水平作作用。沉井井壁既既是基礎(chǔ)的一部分分，又是施工時的的檔土和擋水結(jié)構(gòu)構(gòu)物，施工工藝也也不復(fù)雜。4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。開始裝配地坪的整平胚模作業(yè)作業(yè)室建設(shè)舾裝沉降挖掘建造主體地下混凝土舾裝解體沉箱間連接完成4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。砂土胚模肋腳金屬物?墊板整平沉箱裝配所用用的地坪，建砂土土胚模（澆注工作室底板混混凝土?xí)r的模板支支架）。肋腳金屬物砂土胚模4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。工作室底板工作室底板在地面上，建造最最初的底板結(jié)構(gòu)（能確保沉箱施工的的剛性所需的高度度位置）4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。人艙材料艙塔吊挖掘開口材料艙人艙設(shè)置用于搬運施工工資材的塔吊、用于搬運砂土的材材料艙、作業(yè)人員員出入涵箱的人艙艙、舾裝設(shè)備等。4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。沉箱鏟車地面遠程操作室遠程操作盤無人挖掘機挖掘?搬出箱內(nèi)砂土的同同時，控制沉降，，將結(jié)構(gòu)體沉至所所規(guī)定的深度。4.1概述4.1.3氣壓沉箱工法的工工藝流程并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。并且通過升降筒和和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重重和頂面壓重的作作用下逐步下沉至至設(shè)計標(biāo)高，最后用混混凝土填實工作室室。舾裝解體回填水荷載地下混凝土沉至所定深度后，，在工作室內(nèi)填入入地下混凝土，使使其與結(jié)構(gòu)體一體體化。然后，搬出出設(shè)備，進行回填填。4.2技術(shù)介紹4.2.1氣壓沉箱工法的功功能系統(tǒng)氣壓沉箱工法主要要設(shè)備系統(tǒng)包括：：（1）遙控沉箱液壓挖挖機研制；（2）遠程遙控系統(tǒng)研研制；（3）液壓升降出土皮皮帶機研制；（4）物料出入塔的研研制；（5）人員出入塔研制制；（6）螺旋出土機研制制；（7）地下（挖掘操作作）監(jiān)視系統(tǒng)；（8）供排氣系統(tǒng)；（9）3D地貌顯示系統(tǒng)；（10）移動氧艙；（11）其它輔助設(shè)備。。4.2技術(shù)介紹4.2.1氣壓沉箱工法的功功能系統(tǒng)氣壓沉箱內(nèi)部主要要設(shè)備：（1）物料塔（2）人員塔（3）螺旋出土機（4）遙控挖機、（5）皮帶出土機（6）地下監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)設(shè)備（7）地下照明（8）通訊設(shè)備4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)氣壓沉箱存在兩級級系統(tǒng)：（1）地下開挖卸載的的工作系統(tǒng)（2）地面的管理與操操作系統(tǒng)（3）要進行兩級的無無縫對接：對地下下要有快速的識別別——地貌與信號監(jiān)測系系統(tǒng)4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)常規(guī)氣壓沉箱的地地下地上交流存在在的問題：現(xiàn)代氣壓沉箱施工工過程中無人進箱箱，管理人員僅通通過攝像機傳來的圖像像來觀察沉箱工作情況，不不能對沉箱工作室室內(nèi)地貌挖掘情況況進行有效測量，也無法形成真實實感的沉箱工作室室場景。同時挖掘掘機操作人員是通通過觀察攝像機二二維圖像來操縱挖挖掘機，操作人員員缺乏身臨其境的的感覺。其次在多多部挖掘機協(xié)同作作業(yè)，在協(xié)同作業(yè)業(yè)的過程中，挖掘機容易發(fā)生碰碰撞。4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)3D地貌與信號監(jiān)測系系統(tǒng)：可對沉箱工作室內(nèi)內(nèi)地貌挖掘情況進進行有效測量和三三維顯示，并有效效警示多部挖掘機機協(xié)同作業(yè)中的相相互碰撞。系統(tǒng)主要包括：（1）系統(tǒng)硬件；（2）三維數(shù)據(jù)；（3）3D地貌建模研究與實實現(xiàn)；（4）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)系統(tǒng)可實現(xiàn)的主要要功能：（1）利用激光掃描技技術(shù)，開發(fā)了一套套三維激光掃描系系統(tǒng)，該系統(tǒng)可適適用沉箱環(huán)境，實實現(xiàn)沉箱3D地貌數(shù)據(jù)掃描功能能。（2）研究開發(fā)了氣壓壓沉箱3D地貌建模系統(tǒng)，該該系統(tǒng)使用OpenGL實現(xiàn)了3D地貌的實時建模.并可實時測量沉箱箱工作室地面任意意處的挖掘深度。。（3）采用傾角傳感器器，實時測量沉箱箱體的X和Y軸的傾角值，利用用此值實時測量沉沉箱體的四角高差差，實現(xiàn)了對沉箱箱體姿態(tài)的實時監(jiān)監(jiān)視。（4）采用激光測距儀儀等傳感器實時測測量挖掘機的位置置，實現(xiàn)了挖掘的的實時位置顯示和和挖掘機避碰智能能語音報警。（5）開發(fā)了3D地貌顯示系統(tǒng)、數(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、控控制系統(tǒng)等一整套套軟件。（6）該3D地貌與信號監(jiān)測系系統(tǒng)硬件軟件經(jīng)過過工程應(yīng)用檢驗了了其成效，為工程程的順利實施提供供了信息保證。4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)沉箱地貌三維建模模流程圖沉箱地貌三維建模模流程4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)云圖像及深度測量量4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)三維面及測量4.2技術(shù)介紹4.2.2地貌與信號監(jiān)測技技術(shù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)4.2技術(shù)介紹4.2.3氣壓沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計計技術(shù)（1）沉箱設(shè)計要點沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計要點點：重點要解決強度、、變形、穩(wěn)定等安安全性；沉箱設(shè)計主要內(nèi)容容：沉箱結(jié)構(gòu)尺寸確定定、下沉穩(wěn)定性分分析與結(jié)構(gòu)內(nèi)力變變形分析、沉箱支支承、壓沉及自主主糾偏一體化系統(tǒng)統(tǒng)。需要解決的問題：：（1）沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計；；（2）下沉穩(wěn)定性計算算與抗浮驗算；（（3）結(jié)構(gòu)分析；（4）沉箱支承、壓沉沉裝置的設(shè)計與研研究；（5）對施工反饋的設(shè)設(shè)計修正與總結(jié)。。4.2技術(shù)介紹4.2.4現(xiàn)代氣壓沉箱工藝藝與施工技術(shù)總體工法涉及到的的專項技術(shù)包括：：（1）現(xiàn)代氣壓沉箱施施工工藝；（2）氣壓沉箱下沉控控制技術(shù)；包括氣氣壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)、出土控制系統(tǒng)統(tǒng)、支承及壓沉系系統(tǒng)及相互間的協(xié)協(xié)調(diào)系統(tǒng)；（3）氣壓下沉箱混凝凝土自密實封底技技術(shù)；（5）高氣壓環(huán)境下作作業(yè)的技術(shù)；（6）編制現(xiàn)代新型氣氣壓沉箱施工規(guī)程程，其中包括高氣氣壓環(huán)境下的操作作規(guī)程等。4.2技術(shù)介紹4.2.4現(xiàn)代氣壓沉箱工工藝與施工技術(shù)術(shù)工法涉及到的專專用裝備：自動挖機4.2技術(shù)介紹4.2.4現(xiàn)代氣壓沉箱工工藝與施工技術(shù)術(shù)工法涉及到的專專用裝備：監(jiān)控、遙控挖機機系統(tǒng)4.2技術(shù)介紹4.2.4現(xiàn)代氣壓沉箱工工藝與施工技術(shù)術(shù)工法涉及到的專專用裝備：螺旋出土機4.2技術(shù)介紹4.2.4現(xiàn)代氣壓沉箱工工藝與施工技術(shù)術(shù)工法涉及到的專專用裝備：醫(yī)療減壓艙4.3工程應(yīng)用——上海市軌道交通通7號線12A標(biāo)南浦站~耀華站中間風(fēng)井井工程4.3.1工程概況本工程為浦江南南浦站～浦江耀耀華站區(qū)間的一一個中間風(fēng)井工工程，位于原上上海浦東鋼鐵（