土木工程毕业设计（论文）-天津地铁幸福花园站基坑设计与施工.docx

全套图纸加扣3012250582编号：（ ）字 本科生毕业设计设计题目：天津地铁幸福花园站基坑设计与施工专 题：盾构施工中的钢套筒接收技术研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-1班二一五年六月全套图纸加扣3012250582中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（城市地下工程方向）设计题目：天津地铁幸福花园站基坑设计与施工专 题：盾构施工中的钢套筒接收技术研究指导教师：职 称：二一五年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级土木工程专业地下2011 学生姓名任务下达日期： 2015年 1 月 19 日毕业设计日期： 2015年 1 月 19日至 2015年 6 月 8日毕业设计题目：天津地铁幸福花园站基坑设计与施工专 题 题 目：盾构施工中的钢套筒接收技术研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据提供的天津地铁幸福花园站工程的地质资料及结构设计资料，进行该基坑的设计和施工组织设计。结构设计的内容应包括基坑围护方案选择、支撑方案设计、围护结构内力计算及相关稳定系验算等，并编制设计计算书。施工组织设计的内容应包括基坑施工准备、施工方案选择、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理、相关的管理措施等内容。绘制图纸应包括：天津地铁幸福花园站基坑平面图、纵剖面图、横断面图及施工总平面布置图等。专题要求：根据给定的盾构施工中的钢套筒接收技术研究的题目，在查询国内外相关研究资料的基础上，分析钢套筒接收技术的特点，对钢套筒接收盾构机的施工流程、施工关键进行研究，结合工程实例，给出钢套筒接收盾构机技术设计和施工过程的描述。绘制图纸：1张。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的近三年外文参考文献，翻译后的中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日全套图纸加扣3012250582中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要毕业设计主要包括三个部分，第一部分是天津地铁5号线幸福花园站基坑围护结构设计，第二部分是天津地铁5号线幸福花园站基坑施工组织设计，第三部分是专题部分，内容为盾构施工过程中钢套筒接收技术研究。在第一部分基坑围护结构设计中，根据所提供的天津地铁五号线幸福花园站的地质水文条件以及所处的环境来进行进行基坑围护结构设计。通过基坑围护方案的比选，确定基坑围护形式为地下连续墙结构，内支撑则采用钢支撑进行支护。通过计算书对围护结构及支撑的内力进行了计算，同时对基坑的抗渗、抗隆起和抗倾覆等进行了验算，最后根据计算书对地下连续墙进行了配筋计算及验算。在第二部分的施工组织设计中，结合第一部分确定的基坑围护以及内支撑支护方案，对基坑的施工准备、施工现场的布置、施工的工法工序、地下连续墙的施工、基坑的开挖以及内支撑的施工等内容进行了设计。根据工程量制订了工期计划及管理措施，并根据相关规范，编写了质量、安全、文明管理施工。第三部分专题内容是盾构施工过程中钢套筒接收技术研究。通过相关资料以及工程实例对钢套筒接收盾构机这项技术进行了深入，总结了钢套筒接收技术的施工过程、施工特点以及施工的风险分析及应对措施。关键词：基坑； 地下连续墙； 施工组织； 支撑体系； 盾构钢套管接收技术ABSTRACTThe graduation design mainly includes three parts. The first part is about the design of the deep foundation pit enclosure structure which applies to the Happiness garden road metro station in Tianjin; The second part is the design of the construction organization for the Happiness garden road metro station in Tianjin; The third part is the research on shield construction process of steel sleeve receiving technology .In the first part, according to the engineering geology, the hydrogeology conditions and environment circumstances of the project located, as well as the scheme comparison the underground continuous wall and the symmetrical brace are determined to be applied to the foundation pit of the Happiness garden road metro station in Tianjin. There are four steel pipe supports from the ground to the bottom of the foundation pit. The internal forces of the the diaphragm wall and the symmetrical braces are also calculated. And the strength of the symmetrical braces, the reinforcement of the diaphragm wall, Anti-overturn Stability et are also checked. According to the first part, the design of the construction organization in the second part includes the preparation work before the construction, the construction site layout, the construction of the enclosure structure and the design of the foundation excavation and the support installation. The plan of project schedule and the measures of the quality, safety and environment are organized in the second part,too.The thematic of the third part is the research of pre-reinforcement technology about Shield tunnel. Based on the pre-reinforcement technical measures and related reference material of the project, the soil pre-reinforcement measures of shield tunnel are summarized .Keywords: foundation pit; underground continuous wall; construction organization; support system; pre-reinforcement technology on shield tunnel construction目 录第一部分 天津地铁幸福花园路站基坑围护结构设计1 工程概况11.1工程地质及水文地质资料11.2工程周围环境12 设计依据和设计标准22.1 工程设计依据22.2 基坑工程等级及设计控制标准32.3 基坑设计控制标准43 基坑围护方案设计43.1基坑围护方案43.2基坑围护结构方案比选54 基坑支撑方案设计64.1支撑结构类型64.2 支撑体系的布置形式74.3基坑施工应变措施75 计算书85.1 土压力计算85.2 土压力计算95.3 围护结构地基承载力验算105.4 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算115.5 抗渗验算115.6 抗倾覆验算125.7 整体圆弧滑动稳定性验算125.8 围护结构内力变形计算135.9 钢支撑强度验算175.10地墙截面配筋计算186 基坑主要技术经济指标196.1 开挖土方量196.2 浇筑混凝土量196.3 钢筋用量196.4 人工费用20第二部分 天津地铁幸福花园路站基坑施工组织设计1 基坑施工准备261.1 基坑施工的技术准备261.2 基坑施工的现场准备261.3 基坑施工的其他准备282 施工方案292.1 概况292.2 施工方法的确定302.3 施工流程322.4 质量控制372.5 施工主要技术措施382.6关键部位技术措施403施工总平面布置413.1 施工现场广场临时建筑物的布置原则及位置413.2 施工用的临时运输线路的布置423.4 建筑材料的堆放位置424施工进度计划及管理措施434.1 工程安排原则434.2 施工进度计划434.3 施工质量过程控制445质量、安全、文明管理措施455.1 质量管理措施455.2 土方运输环境管理规定465.3 安全生产管理措施465.4 文明施工措施46第一部分 盾构施工中的钢套筒接收技术研究 1引言492盾构接收施工技术502.1盾构到达段掘进施工502.2盾构到达前的土体加固502.3盾构到达的涌水涌砂原因502.4盾构到达的涌水涌砂的解决方案513钢套筒的盾构接收工艺513.1钢套筒的制作513.2钢套筒的工艺过程533.3钢套筒接收技术的特点543.4钢套筒接收施工关键技术543.5钢套筒接收技术施工注意事项563.6钢套筒接收技术的适用特殊环境563.7盾构法施工钢套筒接收的风险应对措施573.8钢套筒接收施工中存在的问题574与传统接收盾构机技术的对比584.1传统的接收盾构机技术584.2钢套筒接收技术的产生585盾构钢套筒接收技术的应用595.1工程概况595.2盾构到达工程地质条件595.3钢套筒接收盾构机的施工方案605.4盾构到达施工与安全保证措施645.5总结65参考文献66翻译原文67中文翻译80致 谢85第一部分天津地铁幸福花园站基坑围护结构设计全套图纸加扣3012250582 第20页1 工程概况天津地铁幸福花园站是全长34.831km，是建设28座车站得而天津地铁5号线的一个中间站点，它位于月牙河道战与靖江路站之间。车站的结构形式是采取地下二层岛式站台，地板的埋深为16.91m，幸福花园站的地铁行车道的主体长约174，宽约18m，在地铁行车道两边设有人形通道，为上下旅客提供来往空间，长约6070m，宽约10m，车站设有东出入口和西出入口。1.1工程地质及水文地质资料1.1.1工程地质条件天津地铁幸福花园站位于平原地带，地形较平坦落差小，地面标高在4.16m4.65m之间。经勘察，该站的土层分布如下：该场地的土质主要以粘土和粉质粘土为主，在3层分布浅部无粉性土，受古河道切割影响，场地北侧存在土层缺失现象，第层、第1-1层缺失，第1层粘性土取而代之。土层从上到下为填土，滨土，粉质粘土，淤泥质粉质粘土，淤泥质粘土，粉质粘土，粉砂，粘土，粉砂夹粉质粘土。第1层褐黄色灰黄色粉质粘土，第层淤泥质粉质粘土以及第层淤泥质粘土，都夹有较多的的薄层粉性土。接着是第层硬土层，一般埋深为17.418.4m，厚度约1.44.0m。第1-1层埋深一般在2021m左右的，顶面埋深分别为31m、45m左右的第1、2-2层土。1.1.2水文条件经勘察，拟建场地的地下水由两种水质组成，一是深部土层里的承压水，二是浅部土层的潜水。潜水和地下承压水都受到当地气候和季节的影响，水位都是变化的，如果靠近河道，还会受到潮汐的影响，水位变化更加明显。根据当地的水文资料，潜水位高于地下承压水位，潜水位埋深一般为0.31.5m，年平均地下水位离地表面0.50.7m，低水位也不过为1.50m；而承压水埋深较深，为311m。根据统计资料，地下水的水温也是随着外界环境气候的变化而变化的，在4m的埋深内会因为外界的气温变化而变化，而埋深超过4m的水温度就不会受到太大的影响，基本保持在1618之间。根据地质资料，浅部土层的潜水水位埋深为1.232.80m，深部土层的承压水水位埋深为4.08m。根据天津地区经验，在拟建场地的地下水水位较高时候，水对混凝土无腐蚀性的时候土也不会造成腐蚀混凝土的现象。又根据对水质做的分析，该地方水对混凝土无腐蚀性，所以该地的水土不会对混凝土造成腐蚀危害。通过实验以及相似工程的经验，该地的地下水对于钢结构会有弱腐蚀危害，所以在设计和施工中要予以注意。1.2工程周围环境1.2.1邻近建筑天津地铁幸福花园站车站建设过程中，住宅区位于施工场地的西侧，居民区的位置距离基坑开挖地点还有一段距离，在基坑施工过程中对住宅区的影响很小。在道路下面有很多的市政管线，分布在施工现场的东侧和南侧，为了保护管线，需要控制基坑的变形。1.2.2 地下管线根据现有的管线资料显示，天津地铁幸福花园站站端头井围护结构范围内无地下管线，但有一排架空电线在施工场地周边会影响施工。施工过程中，要妥善安排大型机械设备，避免碰撞管线，造成管线的损坏。在基坑东侧的路上，分布有上水200、电话36孔、上水500、上水1800、雨水400；水300、上话12孔、雨水400、上话（2根光缆）、煤气200分布在花园路口。而且花园路上的管线分布局距离基坑较远，受到的影响也较小，但是幸福路的管线距离基坑较近，在基坑开挖的过程中需要加强监测和保护。具体管线分布情况参见表1.1。表1.1 幸福公园站管线分布详细列表道路管线种类埋深（m）至端头井基坑距离（m）幸福路电话36孔1.07上水2000.77上水5001.010上水18001.715.2雨水4001.218.2花园路上水3001.2超过基坑影响范围上话12孔1.0超过基坑影响范围雨水4000.6超过基坑影响范围上水3000.7超过基坑影响范围上话（2根光缆）1.0超过基坑影响范围煤气2000.7超过基坑影响范围备注：在至基坑外侧边缘1.5H(H为基坑开挖深度)距离内为基坑影响范围1.2.3周围道路由于幸福花园站的道路较宽，而且施工布置的场地距离城市的交通道路较远，所以在施工过程中，场区的施工对于道路交通的影响是很小的，可以忽略不计。2 设计依据和设计标准2.1 工程设计依据（1）天津市轨道交通五号线工程（幸福公园站）的相关资料。（2）天津市轨道交通五号线工程（幸福公园站）土建施工图。（3）天津市市轨道交通五号线工程（幸福公园站）岩土工程勘察报告，幸福公园站的现场条件及施工用地范围平面图、施工阶段交通组织平面图、地下综合管线图。（4）施工参照的主要技术规范见表2.1。表2.1 主要的技术规范序号编号名称1GB50299-2003地下铁道工程施工及验收规范2JGJ 79-2012地基处理技术规范3DG/TJ08-236-2013市政地下工程施工质量验收规范4GB50300-2013建筑工程施工质量验收统一标准5GB50108-2008地下工程防水技术规范6GB50208-2011地下防水工程质量验收规范7GB50205-2011钢结构工程施工质量验收规范8GB50755-2012钢结构工程施工规范9GB50017-2014钢结构设计规范10DBJ08-61-1997基坑工程设计规程11GB 51004-2015建筑地基基础工程施工规范12JGJI20-2012建筑基坑支护技术教程2.2 基坑工程等级及设计控制标准在基坑设计方案中，为了制定出安全合理的设计规范必须考虑它的使用功能和周围的环境。按深基坑工程已有的工程经验，根据周围环境保护要求，将基坑变形控制标准分为四个等级如下表2.2表2.2 基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求环境保护要求特级1. 地面最大沉降量0.1%H；2. 围护墙最大水平位移0.14%H；3. K2.2 离基坑10m，周围有地铁、共同沟、煤气管等重要建筑及设施必须确保安全。一级1. 地面最大沉降量0.2%H；2. 围护墙最大水平位移0.3%H；3. K2.0 离基坑H范围内设有重要干线、管道、大型在使用的构筑物、建筑物。二级1. 地面最大沉降量0.5%H；2. 围护墙最大水平位移0.7%H；3. K1.5 在基坑H范围内设有重要的的支线管线和一般建筑、设施。三级1. 地面最大沉降量1%H；2. 围护墙最大水平位移1.4%H；3. K1.2 在基坑周围30m范围内有需要保护建筑设施和管线建筑物。注：H为基坑开挖深度，由于最大开挖深度为16.91m，K为抗隆起安全系数是按圆弧滑动公式算出来的。根据以上标准，幸福花园站的工程等级定为二级。2.3 基坑设计控制标准依据建筑地基基础工程施工规范（GB 51004-2015）知：（1）抗隆起安全系数2.0。（2）基坑底抗渗稳定性2.0（3）抗倾覆稳定性安全系数应满足1.0-1.53 基坑围护方案设计3.1基坑围护方案对于幸福花园路这种处于软土地区而且地下水又较浅的情况，在进行基坑围挡支护中，同此采用的有以下四种方法：深层搅拌水泥土围挡墙；槽钢钢板桩SMW工法；地下连续墙。以下是这几种支护方案的特点：3.1.1深层搅拌水泥土围挡墙深层搅拌水泥土围挡墙是一种常见的围护形式，它是利用深层搅拌机把地下的土体搅拌起来，同时加入配置好的泥浆，在搅拌机的充分搅拌下，形成了一个个泥土柱桩，这些泥土柱桩相互搭接形成具有强度的围挡结构。在没有内支撑的基坑里，这种结构是属于机械化操作，施工速度快而且简便，会大大缩短施工工期。在多数情况下采用深层搅拌水泥土围挡墙技术是比较经济的。深层搅拌水泥土围挡墙具有在施工过程中无振动、无噪音、比较少的污染、对于土体挤压比较轻微，具备在城市里面施工的优点。深层搅拌水泥土围挡墙在施工过程中位移相对较大以及围护墙的厚度较大，这些都是深层搅拌水泥土围挡墙的不足之处。位移较大时需要采取相应措施控制它的位移，水泥土搅拌的时候需要注意周围环境。3.1.2槽钢钢板桩槽钢钢板桩是一种极其简易的围护结构形式，通过钢板并排或者相互搭接而形成一个连续且具有一定刚度和强度的围护结构。为了防止钢板桩的倾覆，通常和锚杆相结合使用，在地面处加设锚杆来增加它的稳定性。这种围护结构简单轻便快捷，比较适合于小工程。槽钢钢板桩具有强度比较大，施工速度快而且简便的特点，多用于软土地区，具有一定的挡水能力。在用材上属于经济型材料，可以多次使用。槽钢钢板桩在进行比较深的基坑支护时候工作量比较大，会影响到工期的进度。在含水层比较丰富的时候不能完全挡水。在多次利用的时候，需要拔出的时候会带出部分土体，会造成土体位移，对周围的环境影响较大。3.1.3SMW工法SMW工法的工作原理是利用深层搅拌机械，将水泥和地基土进行原位的强度搅拌而固化，再插入型钢加固成不同形状的的支护体，多用于深基坑开挖形成的防水支护结构甚至是当作承重桩来使用，SMW是依靠型钢来承担挡土结构的弯矩和剪力，利用水泥搅拌体来止水，并使得复合强度增大，从而可以使得支护稳定性好。SMW工法具有成桩效果好，比较适合于分段施工，处理简便，而且不会形成施工缝。SMW施工进度比较快。由于型钢可以回收，所以造价比较低，使用起来较经济。SMW工法在施工过程中机械使用率高，会损耗很多电量。SMW工法在粉砂层里面进行施工的时候，会产生抱钻现象。由于SMW结构属于柔软性支护，所以不宜使用在较深的基坑中，容易产生较大的位移。3.1.4 地下连续墙地下连续墙是软土地区对维护强度有很大要求的一种维护结构，它是利用挖槽机械和钢筋笼以及水泥浆来完成的一种地下围挡结构。地下连续墙顾名思义，在地下连续的墙体，是一道由钢筋混凝土组成的墙体，在防渗、承重、围挡等方面具有突出特点。地下连续墙在施工过程中，产生的振动较小，噪声小，这很适合于在城市中施工。地下连续墙具有施工工期短、施工高效、质量可靠以及经济效益高的特点。在地下连续墙施工过程中，施工用地较小，可以充分利用规定的有限的场地和空间，可以发挥经济效益高的特点。由于地下连续墙的施工工艺的改进以及街头形式的变化，使得地下连续墙具有很好的抗水抗渗性能，可以用于逆作法施工。地下连续墙的刚度大的特点使得设置埋设件变得简单，这样也方便了逆作法施工。由于具有上述几项优点，使我们可以紧贴原有建筑物建造地下连续墙，用地下连续墙作为土坝、尾矿坝和水闸等水工建筑物的垂直防渗结构，是一种经济安全的做法，墙体刚度大在用于基坑开挖的时候，可以承受很大的周围土压力，减少了基坑沉降和基坑塌方的事故出现。地下连续墙已经成为深基坑支护工程中必不可少的挡土结构，适用于多种地基条件。废泥浆的处理是地下连续墙在城市施工中的一大难题，废泥浆处理起来很麻烦，处理不好，很容易影响到城市的卫生环境。地下连续墙是作为永久支护的围护结构，如果用于临时的围护结构的话，它的费用较高，不经济。地下连续墙的施工工艺要求很好，一旦施工方法不当，极有可能出现相邻墙段无法对齐使得地下水渗漏出来影响工程质量。地下连续墙的施工地质是有要求的，适合于软土以及松软的地层，在淤泥质土和超硬岩层中施工难度较大，而且工程进度慢，资金花费多。3.2基坑围护结构方案比选对基坑支护中常用的四种围护方式进行比较，根据幸福花园站的地质情况，以及工期要求和经济性来决定需要采用的基坑围护结构方案。上述主要方案的比较如下表3.1所示： 表3.1 主要围护结构比选技术特征围护结构深层搅拌水泥土围挡墙槽钢钢板桩SMW工法地下连续墙经济开挖深度6104106142040现场要求较少较少较少较高施工占地较大较小小大施工工艺比较简单较简单较复杂复杂环保要求废土外运，影响小噪音小，影响小废土外运、影响小影响较大整体刚度一般一般较大大抗渗性较好一般好好桩（墙）质量较好好好好技术成熟熟练熟练熟练较熟练结构性质临时结构临时结构临时结构永久结构费用低低低高在幸福公园站，基坑的开挖开挖深度为16.91m，处于较深基坑的行列。天津的土层多为粘土层，对围护结构的要求比较高，钢板桩具有施工方便，经济适用特点，但它的变形大，是我们在选择施工方案时需要考虑的。SMW工法在国外开挖深度达到20m以上也很常见，经济费用也低，但是我国在此技术的应用上还没有很熟练的掌握，考虑到工程的安全性，也不宜采用，等数年之后，我国的技术也熟练了，将对于我国的基坑工程起到很大作用。在基坑开挖的过程中还需考虑“水”，地下渗水对于地下工程是致命的，所以围护结构的抗水性，对渗漏水都是有要求的，因为渗水严重的话会影响整个工程的进行。上面的四种方法中，SMW工法和地下连续墙都具有很好的抗水能力，这两种工法也是中国目前在基坑围护中使用频率最高的。地下连续墙施工工序多，较为复杂而且成本偏高，在这方面SMW工法较优，于安全性以及我国对这项技术的熟练掌握的情况，以及根据天津地质以粘性土为主，比较考虑，采取地下连续墙的围护方案。地下连续墙的墙厚一般为 6001200mm 范围内，墙体深度为基坑深度的1.72.0倍。由于本工程基坑等级为二级，主体围护结构墙厚拟定为1000mm，地连墙深度取1.85倍，则：地下连续墙的深度为： 16.91m1.85=31.28m，取31.5m。4 基坑支撑方案设计4.1支撑结构类型在软弱地层，基坑在施工过程中为了承受围墙周围的水土压力，通常会采用内支撑体系来承受水土压力。支撑材料有钢筋混凝土和钢这两种，自然也就存在着混凝土支撑和钢支撑，单一的支撑或者相结合的支撑组成支撑体系会有更好的效果。支撑材料分类如表4.1所示：表4.1 支撑形式按材料分类表材料优点缺点钢结构支撑钢结构对比而言，它的自重小，方便安装和拆除，可以随挖随撑，更好的是能很好的控制基坑的变形，通常情况下我们会优先考虑钢支撑的使用钢结构安装节点比较多，当构造不合理或施工不当时，很容易造成节点变形，使得钢结构无法正常工作，而导致基坑过大的水平位移，施工技术水平要求高混凝土结构支撑具有较大的平面刚度，对于各种复杂的平面状的基坑都可以适用，现浇节点比较牢固不会产生松动，从而增加基坑的变形，施工技术水平要求较低混凝土结构的自重大，材料仅能使用一次不能重复利用，比较不经济。安装和拆除需要较长工期，不能做到随挖随撑，对控制变形不利，当基坑完成时拆除支撑时会出现噪声、振动等危害占据基坑内的空间是内支撑存在的最大缺陷，由于内支撑的存在，会给挖土以及主体结构施工带来诸多不便，使得施工难度加大，影响到施工进度。在主体结构施工的过程中，会逐步拆除相应的内支撑，在这个过程中，会使得基坑周围的地层产生相应的地层位移。除此以外，内支撑还受到温度环境的影响，这些外界条件会使得内支撑的内力发生变化，比如当温度降低很多的时候，由于热胀冷缩的原因，内支撑的长度也会发生相应的缩短，这样便造成了基坑的变形增加。然而当温度上升了，这种由于温度降低而发生的内支撑变短并不会完全恢复，相反还会造成内支撑的内力增大，所以有时候需要对内支撑在高温下采取减少吸收热量的相关措施（冷却或者涂漆）。在本工程中，通过对工程的分析，地下连续墙的强度足够大，所以可以考虑采用钢支撑体，施工安全满足，钢支撑施工简便有利于缩短工期，钢支撑可拆卸，可以重复利用经济成本较低。所以，采用钢支撑进行基坑围护。4.2 支撑体系的布置形式常用支撑体系的布置形式有：1.平面交叉型（单层或多层）支撑；2.井字式支撑；3.角（斜）撑式支撑；4.周边桁架；5.圆形环梁；6.水平压杆支撑；7.圆拱形支撑；8.竖向斜撑；9.中心岛式开挖和支撑；10.逆作法；11.锚杆；组合式支撑等。根据本工程基坑开挖深度达到16.91m，可以拟采用4道钢支撑进行支护，考虑到基坑长度较大基坑宽度也较大，从安全方面决定使用609钢支撑。基坑开挖的宽度为18m，为了达到基坑的稳定性，在进行钢支撑施工时，需要设置中间支撑柱。由于以后还要进行主体结构的施工，所以支撑需要避开设置。初定基坑各道支撑中心标高（从上到下）分别为：-2.00m、-6.00m、-10.00m、-14.00m。4.3基坑施工应变措施考虑到工程位置土质条件非常复杂，同时围护深度大。施工过程中，在围护结构成槽体的稳定、超长超重结构的起吊、围护结构体防渗控制等方面，都将会遇有一定的困难，并带来较大的工程风险。由于工程规模大，加上工期、工程与水文地质、总体施工方案等的要求，针对基坑开挖过程中会产生哪些问题，做出相应的应变措施。表4.2为基坑开挖过程中可能出现的问题及相应的稳定应变措施。表4.2 基坑施工应变措施序号开挖中可能出现的问题安全、稳定应变措施1渗漏水问题1、 对于不太严重的点漏、面漏，先用人工清除杂质，凿去混凝土表面松动的石子，并用水将表面清洗干净、凿毛，然后选用硫铝酸盐超早强膨胀水泥与一定量的中粗砂制成的水泥沙浆来进行修补。2、漏水孔很大时，用土袋堆堵，然后用化学灌浆封闭，止水后，再拆除土袋。基坑堵漏抢险必须固砂，才能止水，从而使基坑安全。2地连墙变形超标1、在整个施工过程中，对地连墙采取测斜、水平垂直位移的量测等观测措施，密切监测地连墙的变形及沉降，一旦发现地连墙变形超过预警值，便根据该应急预案采取应对措施。2. 采用水导管、快硬早强水泥修补地连墙表面缺陷，或采用压密注浆等方法修补内部缺陷。3、在基坑内壁采取高压旋喷设止水帷幕及时进行土体加固。3围护强度不够1、增加支撑的预应力2、调整支撑的间距3、多加几道支撑，或者加斜撑。4基坑隆起1、采用岛式施工法2、在坑底被动土层中超前一步进行分层注浆加固5支撑脚破坏引起土体变形1、采取在脚区被动区加载2、增加锚杆支持，混凝土加固。6支撑立柱桩不均匀沉降1.设置竖向剪刀撑2.设置稳定支撑的拉系构件3.支撑和节点上卸载或加载4.调整立柱上支托支撑的支托构件标高7围护、支撑、周围地表变形、坑底土体隆起变化速率均急剧加大，基坑有失稳趋势对基坑进行局部甚至全面回填或放水回灌以得到临时稳定，赢得时间进行地基或支撑加固。 5 计算书5.1 土压力计算天津地铁幸福公园站的基坑长为174m，宽18m，深度为16.91m。按照设计，拟定地下连续墙厚度为1000mm，深度为31.5m。 幸福花园站的各土层物理力学性质参数见表5.1：表5.1 幸福公园站土层物理力学性质参数土层编号土层名称各层平均重度，kg/m3各层平均浮重度，kg/m3各层平均层厚hi，m各层内摩擦角i，度粘聚力C，kPa侧壁摩阻力特征值qs(kPa)1填土181.0182257.82滨土1881.6182557.81粉质粘土18.28.21.520.52122.8淤泥质粉质粘土17.67.6420.5129.7淤泥质粘土16.66.611.518.514201粉土粘土17.77.71118.01649.3灰色粘土19.39.3318.04623.21-1粉砂18.38.31034.0151粘土17.77.71419.0232-2粉砂夹粉质粘土18.68.61033.026在地下连续墙深度范围内，由于土的重度、厚度、内摩擦角和粘聚力都各不相同，同时根据下面采用的山肩邦男法的假设，要求墙背土压力呈线性三角形分布。通常各指标采用按土层厚度的加权平均值来计算，这样会使得计算比较方便合理。计算公式如下： （5.1） （5.2） （5.3）式中 第i 土层的厚度，m；第i 土层的粘聚力，kPa；第i 土层的天然重度，kg/；各参数加权平均值计算结果如表5.2：表5.2 各参数加权平均值计算结果参数（kg/m3）c(kPa)数值17.514.2416.975.2 土压力计算一般来说，基坑围护结构所受的荷载主要有侧向土压力、垂直地面荷载、施工动荷载等。在本工程中，地面超载、垂直地面荷载和侧向土压力荷载是基坑围护结构所受的主要荷载。土的压力会产生变化，由主动土压力会转变成静止土压力。在地铁站施工过程中需要对墙体的侧向位移进行控制，同时地连墙还起到支护作用，所以需要用静止土压力来对围护结构进行内力计算。通过这样设计的围护结构会更加安全。土压力计算公式：（1）成层土自重应力 （5.4）式中 天然地面下任意深度z处的竖向有效自重应力，kPa； n深度z范围内的土层总数； 第i层土的厚度，m； 第i层土的天然重度，对地下水位以下的土层取浮重度，。（2）静止土压力 （5.5）式中 静止土压力，kN/m； H挡土墙高度，m。考虑超载后的静止土压力： （5.6）式中 主动土压力系数，被动土压力系数，为土层内摩擦角。计算土压力系数静止土压力系数：主动土压力系数：被动土压力系数：5.3 围护结构地基承载力验算本工程地下墙兼作永久承重结构，由规范可知，侧壁摩阻力F 和墙底端承力R 两部分组成了地下连续墙的竖向承载力P，即： （5.7） （5.8） （5.9）式中 L、B地下连续墙所取宽度、厚度，mm； 第i 土层的厚度，mm；第i 层土的墙体侧壁摩阻力标准值；墙底土的承载力标准值（查表：本基坑中取=140 kPa ）。地连墙深度为31.5m：F=1.02.657.8+2.222.8+49.7+8.815.2+2（2.695.2+1149.3+0.956.5）= 1499.33kNR=14011=140kN所以单位长度地连墙的竖向承载力为：P=F+R=1639.33kN地连墙自重：根据经验，结构上部传来的超载取500kN，则819+500=1319kNP=1611.33kN故围护结构地基承载力满足要求。5.4 基坑底部土体的抗隆起稳定性验算根据规范要求，验算基坑的抗隆起稳定性的公式为： （5.10）式中 D墙体插入深度； H基坑开挖深度； q地面超载； 坑外地表至墙底，各土层天然重度的加权平均值； 坑内开挖面以下至墙底，各土层天然重度的加权平均值； c、地墙底以下主要影响范围内地基土的粘聚力、内摩擦角峰值； 地基极限承载力的计算系数。采用普朗特尔公式，分别为： （5.11） （5.12）其中，、c、分别采用公式（5.1）（5.3）计算。计算结果见下表5.3。表5.3 标准段各参数计算结果 14.5916.912017.518.0414.2416.97由上计算可知，抗隆起系数偏于安全，所以基坑底部满足抗隆起要求。5.5 抗渗验算在基坑进行开挖后，地下水位会形成水头差hw，这样就形成了地下水由高处向低处流的现象。而当渗流的水力较大的时候，就会对基坑底部造成破坏，使得基坑底部发生渗流现象。基坑抗流稳定的安全系数应满足下式： （5.13）式中 坑底土体临界水力坡度，根据坑底土的特性计算；坑底土体的相对密度；坑底土体天然孔隙比；坑底土体渗透水力坡度，；基坑内外土体的渗流水头，m，取坑内外地下水位差；最短渗径流线总长度，m；抗渗流或抗管涌稳定性安全系数，取1.52.0。（本基坑取2.0），因此，基坑底抗渗稳定性验算满足要求。5.6 抗倾覆验算通过验算最下道支撑以下的主动、被动土压力绕最下道支撑点的转动力矩是否平衡来确定地下连续墙的抗倾覆稳定性。据规范，抗倾覆稳定性安全系数应满足： （5.14） 式中 基坑内侧被动土压力对最下一道支撑处的力矩；基坑外侧最下道支撑处至地墙底端主动土压力对最下一道支撑处的力矩；基坑内侧被动土压力；基坑外侧最下一道支撑处处主动土压力强度；基坑外侧地墙底端处主动土压力强度；最下一道支撑离坑底的距离。被动土压力按朗肯土压力计算： （5.15）式中 H墙体高度：H=31.5-14.59=16.91m， 主动土压力强度： （5.16） 式中 e主动土压力强度，kPa； z所计算点离地面深度，m，其它符号同上。 验算： 综上计算可知，抗倾覆安全系数大于允许值，故本基坑工程满足抗倾覆要求。5.7 整体圆弧滑动稳定性验算在有支护的基坑中，对其稳定性的验算，通常采用整体圆弧滑动法。在基坑里有内支撑作用时，往往整体稳定性好，不容易破坏。整体圆弧滑动验算是对只有一道支撑