地基基础和地下空间工程技术.ppt

地基基础和地下空间工程技术 1 总概 建筑业10项新技术 的发展变革 地基基础与地下空间工程技术 企业如何推广应用建筑业10项新技术 2 建筑业10项新技术 的发展变革 一 建筑业10项新技术 的由来随着建筑业的不断发展 高 大 难的建筑工程层出不穷 日新月异 不断的改变记录 而且科技含量也越来越高 为推进建筑业技术进步 提高行业整体素质 原建设部于1994年8月发出了 关于建筑业1994 1995年和 九五 期间推广应用10项新技术的通知 这个文件是我国政府要求建筑行业推广应用新技术的第一个正式文件 3 4 以国家发展战略为主导 紧扣行业的创新管理 结合国内外新技术发展 引领行业技术进步 建筑业10项新技术是面向行业 带动施工企业技术升级换代的技术政策性文件 新技术整体水平居于 全国平均先进 5 二 建筑业10项新技术的内容变革1 1994版建筑业10项新技术针对当时施工水平 有的内容具体到某一产品或单项技术 有的具体到某一类技术但是没有具体新技术内容 如新型模板与脚手架应用技术 建筑节能技术 6 1994版建筑业10项新技术内容如下 1 商品混凝土和散装水泥应用技术2 粗直径钢筋连接技术3 新型模板与脚手架应用技术4 高强混凝土技术5 高效钢筋和预应力混凝土技术6 建筑节能技术7 硬聚氯乙烯塑料管应用技术8 粉煤灰综合利用技术9 建筑防水工程新技术10 现代管理技术与计算机应用 7 2 1998版建筑业10项新技术随着建筑技术的迅速发展 原建设部分别于1998年和2005年对1994版建筑业10项新技术进行了两次修订 使其所包含的内容更加丰富 范围更加广泛 总结了传统技术领域的最新发展成果 为建筑业新技术应用示范工作提供了有力的技术支撑 1998版包含10大项42小项或分类 大项已基本按建筑工程的分部及专业进行了不完全的分类 每一大项下面有2 5项推广技术或推广方面 该版有较大的缺项 如对建筑机电安装工程 对信息化施工技术没有涉及 8 1998版10项新技术如下 1 深基坑支护技术2 高强高性能混凝土技术3 高效钢筋和预应力混凝土技术4 粗直径钢筋连接技术5 新型模板和脚手架应用技术6 建筑节能和新型墙体应用技术7 新型建筑防水和塑料管应用技术8 钢结构技术9 大型构件和设备整体安装技术10 企业计算机应用和管理技术 9 3 2005版建筑业10项新技术2005年2月的这次修订将 建筑业10项新技术 扩充为10个大项 44个子项 93个小项 内容以房屋建筑工程为主 兼顾铁路 交通 水利等其他土木工程 突出施工技术 同时考虑与材料 设计必要的衔接 突出智能监测等新兴领域的技术 也总结了传统技术领域的最新发展成果 所推广的技术既成熟可靠 又代表了当时我国建筑业技术发展的最新成就 为建筑业新技术应用示范工作提供了有力的技术支撑 2005版还在文本结构 技术内容 表述格式上进行了统一 形成了完整的规范性文件 10 2005版10项新技术内容如下 1 地基基础和地下空间工程技术2 高性能混凝土技术3 高效钢筋与预应力技术4 新型模板及脚手架应用技术5 钢结构技术6 安装工程应用技术7 建筑节能和环保应用技术8 建筑防水新技术9 施工过程监测和控制技术10 建筑企业管理信息化技术 11 4 2010版建筑业10项新技术2010年10月为适应当前建筑业技术迅速发展的形势 加快推广应用促进建筑业结构升级和可持续发展的共性技术和关键技术 住建部对 建筑业10项新技术 2005 又进行了修订 2010年10月14日 下发 建质 2010 170 号 建筑业10项新技术 2010 推广应用的通知 12 从2005年到2010年这五年期间 我国经历了奥运工程 世博工程等一批重大工程的相继建设 促进了工程技术的创新和研发应用 2005年版的 建筑业10项新技术 为10大类 10大项 共94项技术 内容以房屋建筑工程为主 突出通用技术 兼顾铁路 交通 水利等其他土木工程 而2010版的建筑业10项新技术内容更广泛 共108个小项 增加了 绿色施工技术 及 塔式起重机安全监控管理系统应用技术 等内容 2010版和2005版相比较 删除了22处 新增加24处 技术含量更高 所推广技术既成熟可靠 又代表了现阶段我国建筑技术发展的最新新成就 13 突出了施工技术 注重新材料与新工艺的结合 重视基于总承包管理的设计与施工的协调技术 适度引进了一些行业关注的热点技术和前沿技术 如绿色环保 安全 抗震 加固和信息化应用等技术内容 新增新技术反映了新技术发展导向 热点技术 国民经济发展阶段要求 保证施工安全 提高工程质量的技术 2010版建筑业10项新技术适应国家发展战略 增加了有关节能 绿色施工及其他新技术 相对实施难度增大 验证时间长 企业需要倾注更多的资源 更持久的关注 14 2010版10项新技术的内容如下 108项 1地基基础和地下空间工程技术 16子项 2混凝土技术 8子项 3钢筋及预应力技术 8子项 4模板及脚手架技术 16子项 5钢结构技术 9子项 6机电安装工程技术 11子项 7绿色施工技术 14子项 8防水技术 7子项 9抗震加固与监测技术 11子项 10信息化应用技术 8子项 15 2014版10项新技术的内容如下 131项 1地基基础和地下空间工程技术 16 22子项 2混凝土技术 8 11子项 3钢筋及预应力技术 8 9子项 4模板及脚手架技术 16子项 5钢结构技术 9 11子项 6机电安装工程技术 11 18子项 7绿色施工技术 14 15子项 8防水技术 7子项 9抗震 加固与改造技术 11 7子项 10信息化应用技术 8 15子项 16 5 建筑业10大新技术的特点保持稳定性保证权威性突出创新性保持口径协调性体现产业发展方向表达国家政策导向突出重点强调实际应用成果技术内容要具体覆盖范围适度扩展 17 18 19 地基基础与地下空间工程技术一 爆破挤淤法技术 爆破挤淤法是由中科院力学所 北京中科力爆炸技术工程有限公司 研发的一种爆破专利技术 1 主要技术内容爆破挤淤处理软土地基实质上是地基处理的置换法 即通过爆炸作用将填料沉入淤泥并将淤泥挤出 使地基达到设计承载力和满足地基在一定时间内的沉降要求的施工工艺 其主要技术为 在堆石体前沿淤泥中的适当位置埋置药包群 爆后堆石体前沿向淤泥底部坍落 形成一定范围和厚度的 石舌 所形成的边坡形状呈梯形 当 20 21 继续填石时 由于 石舌 上部的淤泥在爆炸瞬间产生的强大冲击力的作用下 产生超孔隙水压力 冲击作用使土的结构发生破坏 扰乱了正常的排水通道 土体的渗透性变差 超孔隙水压力难以消散 土体的强度降低 承载能力在短时间内丧失 因此抛石可以很容易地挤开这层淤泥并与下层 石舌 相连 形成完整的抛填体 采用爆炸和抛填循环作业 就可用石方置换掉抛填方向前方一定范围内一定数量的淤泥 达到软基处理的目的 22 23 24 25 2 技术指标 1 线药量qL计算 2 一次爆破挤淤填石药量Q1计算 3 单孔药量q1计算 4 爆破挤淤的药包埋深计算 5 石料应使用不易风化石料 粒径应大于30cm 6 堆填石料范围 一次处理淤泥宽度沿线 高度为1 3 1 8倍淤泥深度 7 爆破安全震动速度及水中冲击波安全距离可参照 爆破安全规程 GB6722之规定进行 26 3 适用范围爆破挤淤重在 挤 必须地处开阔地带 保证在爆炸后抛填体的重力作用下淤泥可以被挤出待处理地基范围 并且不会对环境造成污染和破坏 主要适用于港口工程的防波堤 护岸 码头等基础处理 公路 铁路 房建等地处海滩 河滩等开阔地带的地基处理 爆破挤淤法处理软土地基适宜深度为3 25m 4 已应用的典型工程海军16642工程防波堤 连云港西大堤 大连港东区围堤 浙江嵊泗中心渔港防波堤 珠海电厂陆域围堤 广东汕头华能电厂 深港西部通道等 二 深孔锚杆挤压注浆自动退管法施工技术 1 主要技术内容采用性能稳定的挤压式注浆设备代替风枪泵注浆 并将水泥药卷改为散装粉状锚固剂以利拌浆 在注浆管管口安装浆液封堵器 将快凝水泥砂浆按计算量均匀连续 稳定地注入孔内 再用同样方法注入缓凝砂浆 注浆管受注浆压力挤压后平稳退出 直到浆液注满 最后安插锚杆 从而达到压浆均匀连续 减少了人为因素的影响 充分保证了砂浆注入量可控和密实度可靠 稳定 从而保证了张拉锚杆的强度 同时 该工艺施工简便 安全可靠 效率高 从而可加 27 28 快施工进度 保证开挖支护施工工期 2 技术指标 1 孔深及孔径控制 造孔时实际孔深按设计孔深 50mm控制 实际孔径按大于锚杆直径15mm控制 2 锚固剂拌制 分别拌制快凝和慢凝两种锚固剂 选择水灰比应根据施工部位及锚杆角度选择合适的水灰比 并通过生产性实验确定 一般在0 28 0 38之间 选用砂粒粒径不易过大 一般不大于0 25mm 也可在锚固剂中加入经筛分的天然细砂 3 注浆设备选型 张拉锚杆注浆设备选用螺旋式注浆机或挤压式注浆机 4 注浆 浆液按0 3 0 35水灰比均匀拌制 其 29 中以快凝锚固剂注装的内锚段长度为2 5 3 5m 剩余的为缓凝锚固剂注装的外锚段长度 5 锚杆安装 杆体插入孔内长度不应小于设计长度的95 且外露长度应符合设计要求 6 锚杆张拉 张拉时一次加载到设计张拉力的115 然后锁定杆体 3 适用范围适用于大中型水利水电工程不同施工部位的水泥药卷张拉锚杆及普通砂浆锚杆施工 4 已应用的典型工程三峡地下电站主厂房 糯扎渡地下电站厂房系统及锦屏一级水电站等大型工程 三 高边坡防护技术 1 主要技术内容采用极限平衡法 数值分析方法对边坡稳定性进行分析计算 得出保证高边坡稳定所需要的锚固力 通过在坡体内施工预应力锚索 打入一定数量的系统锚杆 土钉 或注浆加固对边坡进行处治 系统预应力锚索为主动受力 单根锚索设计锚固力可高达3000KN 是高边坡深层加固防护的主要措施 系统锚杆 土钉 对边坡防护的机理相当于螺栓的作用 是一种对边坡进行中浅层加固的手段 根据滑动面的埋深确定边坡不稳定块体大小及所需锚固力 一般多 30 31 用预应力锚 索 杆有针对性的进行加固防护 为防治边坡表面风化 冲蚀或弱化 主要采取植物防护 砌体封闭防护 喷射 网喷 混凝土等作为坡面防护措施 2 技术指标根据边坡高度 岩体性状 构造及地下水的分布 判断潜在滑移面的位置 选择适宜的计算方法确定所需的锚固力并给出整体安全系数 采用加固防护措施提高边坡的稳定性 主要技术指标为 1 锚索锚固力 500 3000KN 2 锚杆锚固力 100 500KN 3 喷射混凝土 强度不低于C20 32 4 锚 索 杆固定方式 可采用机械固定 灌浆 胶结材料 固定 扩张基底固定方式 根据粘结强度确定锚固力设计值 在实际工程中 要结合边坡坡度 高度 水文地质条件 边坡危害程度合理选择防护措施 提高地层软弱结构面 潜在滑移面的抗剪强度 改善地层的其它力学性能 并加固危岩 将结构物 地层形成共同工作的体系 提高边坡稳定性 3 适用范围高度大于30m的岩质高陡边坡 高度大于15m的土质边坡 水电站侧岸高边坡 船闸 特大桥桥墩下岩石陡壁 隧道进出口仰坡等 33 4 已应用的典型工程三峡永久船闸高边坡 李家峡水电站侧岸边坡 小浪底水利枢纽高边坡 小湾水电站高边坡 宜昌下涝溪特大桥桥墩下岩石陡壁锚固 大连港矿石码头高边坡 京福国道 京珠高速等 高边坡加固防护技术在交通 铁道 水电 矿山等行业应用规模不断扩大 展示了广阔的发展前景 34 35 36 37 38 四 堆积体高边坡加固技术 1 主要技术内容在堆积体高边坡的加固中主要采取浅表加固 混凝土贴坡挡墙加预应力锚索固脚和浅表排水和深层排水降压的加固处理措施 浅表加固采用中空注浆土锚管加拱形骨架梁混凝土对边坡浅层滑移变形进行加固的处理措施 边坡开挖切脚是引起蠕滑变形的原因之一 为了重新恢复和增加堆积体边坡坡脚的抗滑力 保证边坡的稳定 采用混凝土贴坡挡墙加预应力锚索对坡脚进行加固 解决好边坡的地表水和地下水的排放是边坡治理最关键 39 40 的施工措施 在边坡治理中 采用浅表排水和深层排水降压相结合的措施进行治理 2 技术指标 1 中空注浆土锚管和拱形骨架梁混凝土1 土锚管长6m 采用 48mm 壁厚3 5mm的钢管制作加工 其中一端加工成锥型导向头 锥型导向头端3m位置 在沿管轴向方向长10cm 角度沿管圆周方向旋转900螺旋线布置 6mm出浆孔 出浆孔采用三角体角钢倒刺保护 其余3m不设出浆孔 2 土锚管夯入坡面长度5 85m 外露15cm 土锚管沿坡面布置 间排距1 5m 1 5m 梅花形布置 锚管下倾15 自开口线及马道下方50cm布置第一排土 41 锚管 3 土锚管注浆 土锚管灌注M20的水泥净浆 水灰比0 8 1 注浆压力控制在0 3Mpa以内 4 注浆结束标准 孔口返浆 或边坡往外串浆 即可结束灌浆 孔口未返浆 但灌浆压力已达到0 3Mpa 且浆液无明显下降时即可结束灌浆 5 在拱形骨架梁主梁布置位置 按1 0m间距布置一排中空注浆土锚管 坡面按1 4m 1 4m交错布置 6 坡面出现塌滑的区域 坡面按1 0m 1 0m交错布置 在拱形骨架梁主梁布置位置 按1 0m间距布置一排中空注浆土锚管 7 对已开挖的坡面全部进行拱形骨架梁混凝土护坡支护 拱形骨架梁混凝土护 42 坡施工应结合施工完成的主梁位置土锚管进行布置 2 堆积体预应力锚索在锚索孔穿过堆积体时 采用偏心跟管钻进法进行造孔施工 钻孔到达岩石后 改用普通冲击钻头进行锚索孔造孔施工 3 浅表排水排水孔均处于堆积体内 排水孔造孔施工采用偏心跟管钻进法进行施工 施工方法同预应力锚索在堆积体造孔的施工方法 排水花管采用直径为100mm和50mm的热镀锌钢管加工 钢管管壁位于排水孔上部的部分 间隔10cm钻设 43 孔径为10mm的小孔 直径为100mm的排水花管共布置5排孔 直径为50mm的排水花管共布置3排孔 梅花形布置 孔口端1m不设小孔 并在排水花管出口端标识钻孔的部位 保证在排水花管安装时打设小孔的部位朝上 排水钢管外部用每平米400g长丝土工布包裹 作为反滤装置 并用12 铅丝间隔1m绑扎固定并用M10的砂浆对孔口进行封堵 封堵长度为10cm 4 深层排水降压在堆积体岩体内部设置一条永久排水平洞 3 适用范围适用堆积体高边坡加固 堆积体从下至上厚度 44 逐渐加大 堆积体厚度较厚 目前的锚固钻机难以满足造孔施工要求时 及堆积体后部无山体可依托 深层预应力锚固施工难以实施的情况 4 已应用的典型工程溪洛渡水电站 45 46 47 48 49 五 非开挖埋管技术 根源及背景 雏形 据考古证实 古罗马最早应用顶管技术 据可查文字 1892年美国北太平洋铁路公司第一次采用顶管施工作业 并成之为在铁道下顶进铸铁管的标准方法 早期的杰出贡献者是美国工程师AugustusGriffin 在早期从事灌溉研究时 发明铁道下铸铁管顶管施工技术 盾构法由法国工程师M I Brunel在1818年首先发明 1825年应用矩形盾构 宽11 40米 高6 8米 修 50 51 建了英国伦敦泰晤士河下的世界上第一条水底隧道 1843年正式完工 中国最早的顶管始于1953年的北京 当时在京包铁路的路基下进行的钢筋混凝土管道的顶管穿越私活工 1956年 上海首次在黄浦江堤下进行钢管顶管施工 也很成功 最初都是采用手掘式顶管 1964年前后 在建设部和上海市的支持下 上海一些单位开展了大口径机械式顶管的各种试验 管道工程的主要任务是输送介质 管线的布置方式 架空 沿地面和埋设地下 分散布置与集中布置的对比 节约用地约35 52 非开挖施工技术的特点 减少土方 节约用地 不影响人 物交通 对原始生态环境影响小 适合穿越建筑 构 物 各种交通线和河湖堑沟等 1 主要技术内容 1 特点 顶管法施工技术是一种非开挖埋管技术 即直接在松软土层或富水松软地层中敷设中 小型管道的一种施工方法 施工时无须挖槽 可避免为疏干和固结土体而采用降低地下水位等辅助措施 从而大大加快施工进度 在特殊地层和地表环境下施工 具有很多优点 顶管法已有百年历史 短距离 小管径类地下管线工程施工 广泛采用顶管法 近几十年 中继接力顶进技术的出现使顶管 53 法已发展成为可长距离顶进的施工方法 2 主要技术内容包括 平衡 动态和静态 予力 Thegivenforce 为改善结构体和岩土体受力性状而主动施加的一种广义影响力 主动 已知 可控 可调予力作用和予力技术顶管施工是一种予力作用的综合效应过程 1 顶管法的基本构成 包括顶进设备 顶管机头 中继环 工程管及吸泥设备 2 顶管法顶力计算该技术的理论关键步骤 54 钢管所能承受的最大顶推力 t D t F 2 1 105 D t t顶力计算 其与管节强度后背强度直接相关 规模 造价 是确定最大顶推长度的依据 顶管的顶力可按下式计算 亦可采用当地的经验公式确定 计算总顶力 P f D1 2h 2h D1 tg2 45 2 D1 L PF3 顶管法综合施工技术 包括顶管工作坑的开挖 穿墙管及穿墙技术 顶进与纠偏技术 陀螺仪激光导向技术 局部气压与冲泥技术及触变泥浆减阻技 55 术 3 顶管的施工设计应包括以下主要内容 1 施工现场平面布置图 2 顶进方法的选用和顶管段单元长度的确定 3 工作坑位置的选择及其结构类型的设计 4 顶管机头选型及各类设备的规格 型号及数量 5 顶力计算和后背设计 6 洞口的封门设计 7 测量 纠偏的方法 8 垂直运输和水平运输布置 下管 挖土 运土或泥水排除的方法 9 减阻措施 56 10 控制地面隆起 沉降的措施 11 地下水排除方法 12 注浆加固措施 13 安全技术措施 2 技术指标顶管法的技术指标应符合 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 及 顶管用钢筋混凝土管行业标准 JC T640的规定 3 适用范围适用于直接在松软土层或富水松软地层中敷设中 小型管道 57 58 59 60 61 62 63 64 65 4 顶管工程中主要内容及应注意的问题 1 进出洞技术措施 66 67 穿墙止水构造 如图 主要由挡环 盘根 轧兰组成 轧兰将盘根压紧后起止水挡土作用 为避免地下水和掘土大量涌入工作井 应在穿墙管内事先填埋经夯实的黄粘土 68 69 2 洞口止水方法不同构造的工作井 洞口止水的方式不同 a 钢板桩围成的工作井中 应在管道顶进前方的井内浇筑一道前止水墙 墙体可由较高强度等级的素混凝土筑成 b 方形钢筋混凝土井 不必设前止水墙 c 圆形钢筋混凝土井 需浇筑一睹弓形的前止水墙 将洞口止水圈安装在平面上 而不安装在圆弧面上 d 覆土很厚或穿越江河的工作井中 洞口止水圈需做成两道 一道是充气的 一道是普通的止水圈 在长距离顶管或覆土较厚的顶管中必须做 70 71 72 3 进出洞口措施门式加固法 对管道两侧和顶部一定宽度和长度范围内的土体进行加固 以提高这部分土体强度 从而使工具管或掘进机在出洞或进洞中不发生坍塌现象 加固的方式有 高压旋喷桩 深层搅拌桩 压密注浆 冻结技术 钢封门 4 其它较为关键性技术问题顶力计算 迎面阻力 侧阻力 超长顶管 中继间的设置 通风问题 曲线顶管顶管施工对土体的扰动 73 顶管施工监测和环保控制措施顶管穿越河流 道路时原始载质突变问题 流量 地下已有管线 障碍物情况及未来可能变化情况地质情况管道接口问题浆液配比问题 74 5 已应用的典型工程浙江镇海穿越甬江的顶管工程 上海穿越黄浦江的顶管工程 西气东输穿越黄河顶管工程等 六 定向穿越施工技术 定向钻是工程技术行业的一种管道施工工艺 一般多用于石油 天然气以及一些市政管道建设 由大型的定向钻机进行钻孔 扩孔 清孔等过程以后再进行管道回拖 管线穿越公路 河流时 若采用传统的开挖方法 施工后地面通常会发生较大的变形 因为开挖已破坏了地基土的整体性 通常地 地表变形会沿管道敷设中线分布 而采用定向钻方法穿越公路或河流时 对地面的影响要小得多 地表发生的沉降也要小得多 75 76 77 78 79 80 定向钻施工示意组图 81 82 83 84 85 86 87 定向钻现场布置示意图 88 89 90 91 1 主要技术内容与狭义顶管技术的最大区别 顶拉关系 定向钻进穿越技术主要根据图纸所给的入土点和出土点设计出穿越曲线 然后按照穿越曲线利用穿越钻机先钻出导向孔 再进行扩孔处理 之后利用泥浆的护壁及润滑作用将已预制试压合格的管段进行回拖 完成管线的敷设施工 其主要技术内容包括 1 根据原地面 地下的自然状况 进行现场放线 按设计图纸来确定钻机的出 入土点的位置 角度 2 根据套管允许的曲率半径 工作场地及岩土工程条件 确定定向钻进的顶角 方位角 工具面向角 92 空间坐标 设计出定向钻进的轨迹草图 3 定向钻机定位后 测量设备所处地面的相对标高 并和设计图纸校对 4 导向孔钻进是采用射流辅助钻进方式 通过定向钻头的高压泥浆射流冲蚀破碎旋转切削成孔的 以9 斜面钻头来控制钻孔方向 通过钻机进行调整钻进参数 以控制钻头按设计轨迹钻进 5 扩孔的目的是将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上 以减少敷设管线时的阻力 6 将要敷设的管线与回扩头用分动器进行连接 在钻杆旋转回拉牵引下 将管线回拖入已成型的轨迹孔洞 93 2 技术指标 1 穿越深度应符合下列要求 1 穿越河流等水域时 穿越管段顶埋深应在河流最大冲刷线2 5m以下 且穿越管段顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10 15倍 且不小于6m 对防洪等级高的河流 应根据不同的岩土工程条件 适当增加穿越深度 2 穿越铁路 公路时 穿越管段管顶埋深应符合铁路 公路等相关部门的规定 2 穿越施工时入土角 出土角的大小 应根据地质 地形条件和穿越管段的材质 管径来确定 入土角宜为8 20 出土角宜为4 12 必要 94 时 可适当调整入土角 出土角的大小 3 水平定向钻穿越的曲率半径应符合设计要求 曲率半径不宜小于1500D 且不得小于1200D 4 管道穿越控制点的位置确定 钻机拖拉力的计算和钻机的选择按规范 油气输送管道穿越工程施工规范 GB50424的要求执行 5 管道回拖时受力特征理想的钻孔轨迹为弓背状 盆竖切面 回拖时钻机作用于管道的拉力主要克服 管道与地表面摩擦阻力 孔道内壁的摩擦阻力 钻孔液阻力和通过弯曲段时管道变形的阻力 管道通过弯曲段时 由于管道的变形和拉力方向的 95 改变 使弯曲段出口的拉力大于弯曲段进口的拉力 6 国际前沿回拖拉力理论计算方法1 1993年PhillpsDriscopipe第一次给出了计算聚乙烯管回拖拉力的计算公式 它假设整个管道由许多直线段的直管组成 并且仅考虑管道与地表的摩擦力和管道与孔道内的摩擦力 没有考虑弯曲段的变形阻力和钻孔液的流体阻力 2 Drillpath方法是三维模拟钻孔路线和回拖过程的计算机程序 它把整个管道看成是由许多段组成 96 各段通过各节点传递力 并且考虑了管道与地表面和孔道壁的摩擦力以及弯曲段法向力对拉力的影响 但没有考虑钻孔液的流体阻力和管道本身的刚度影 3 国际管道研究会的计算方法该计算方法是由Huey etal在1996年为应用定向钻安装钢管道而提出的 它考虑了摩擦力 钻孔液的阻力 重力和弯曲变形阻力的影响 但没有考虑管道在被拖入孔道之前管道与地表面的摩擦阻力 并认 97 为最大拉力出现在回拖最后阶段并以递增的方法沿管线分布 在管道进入孔道时拉力为零 a 直线段拉力计算公式b 弯曲段拉力计算公式c 总轴向拉力计算公式4 2002年MeriaAnnaPalk等提出了该方法 它全面考虑了管道在回拖时与地表面和孔壁摩擦阻力 钻孔液的粘性阻力 管道通过弯曲段时摩擦阻力的 98 变化以及方向改变时轴向拉力的增量 在计算时把整个长度分为多个直线段和曲线段 以前一段计算的轴向拉力作为后一段轴向力计算的已知条件 最后形成总的轴向拉力 a 孔道外管道与地表面摩擦阻力和重力分量b 孔道内管道与孔壁摩擦阻力和重力分量c 钻孔液的粘性阻力d 弯曲段变形的阻力 99 e 总轴向拉力5 参数的选择及参考文献主要依据来源 国际管道研究会 a 管道与地面的摩擦系数影响其取值的因素有地表状态 管道材质及管道的支承状态 如果管道被托轴辊支承时取小值 b 为了计算管道在孔道内所受的浮力 必须知道钻孔液泥浆的密度 其密度值与膨润土的含量有关 通常为1000kg m3 最大可达1440kg m3 c 在1996年Hueyet根据钢管通过由膨润土组成泥浆钻孔液时的测定 其粘性阻力为345Pa 100 d 参考文献 PolakMA LasheenA Mechanicalmodellingforpipesinhorizontaldirectionaldrilling J TunnellingandUndergroundspaceTechnology 2002 16 1 47 55 BaumertME AlloucheEN MethodsforestimatingpipepullbackloadsforHDDcrossings J JInfrastructSyst 2002 8 12 19 KnightMA DuyvestynG GelinasM Excavationofsurfaceinstalledpipeline J InjournalofInfrastructure 101 Systems 2001 7 3 123 129 张启君 张忠海 水平定向钻机技术现状与可行性研究的分析 刘滨 谈水平定向钻穿越施工流程 2011加拿大沃特由卢大学近几年对应用水平定向钻安装管道作了比较全面的实验研究 7 浆液配比仿生模型 初成期小米粥状态 均匀悬浮主要成分 膨润土 碳酸钠 CMC膨润土 是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产 膨润土也叫斑脱岩 皂土或膨土岩 我国开发使用 102 膨润土的历史悠久 原来只是做为一种洗涤剂 四川仁寿地区数百年前就有露天矿 当地人称膨润土为土粉 真正被广泛使用却只有百来年历史 美国最早发现是在怀俄明州的古地层中 呈黄绿色的粘土 加水后能膨胀成糊状 后来人们就把凡是有这种性质的粘土 统称为膨润土 其主要矿物成分是蒙脱石 含量在85 90 因而膨润土的一些性质也都是由蒙脱石所决定的 可以成致密块状 也可为松散的土状 用手指搓磨时有滑感 有机膨润土在各类有机溶剂 油类 液体树脂中能形成凝胶 具有良好的增稠性 触变性 悬浮稳定 103 性 高温稳定性 润滑性 成膜性 耐水性及化学稳定性 膨润土具有强的吸湿性和膨胀性 可吸附8 15倍于自身体积的水量 体积膨胀可达数倍至30倍 在水介质中能分散成胶凝状和悬浮状 这种介质溶液具有一定的黏滞性 触变性和润滑性 有较强的阳离子交换能力 它与水 泥或细沙的掺和物具有可塑性和黏结性 膨胀性是其遇水即膨胀 造浆性是膨润土颗粒在水中分散形成悬浮液 保持成孔形态 填充 均匀悬浮不离析 CMC 溶解以后 立即使用 若需长时间放置可加甲 104 醛或苯酚类试剂 CMC的重要特性是形成高粘度的胶体 溶液 有粘着 增稠 流动 乳化分散 赋形 保水 保护胶体 薄膜成型 耐酸 耐盐 悬浊等特性 且生理无害 3 适用范围管线在穿越大型河流 地面障碍物较多且岩土工程条件较差的地段时 该技术有着独特的优势 适合定向钻机施工的地层条件为岩石 砂土 粉土 粘性土 对仅在出土点或入土点侧含有卵砾石等不适合定向钻施工的地层条件时 在采取得当措施后也可进行定向钻进穿越施工 4 定向钻和板桩井顶管施工的费用对比分析 105 1 在工艺技术许可的条件下 同样穿越100m长度 从施工费来说 定向钻比顶管更经济 2 同样穿越100m长度 折合每米的单价 定向钻比顶管便宜 3 工作井 场地 在整个工程费用中的比例 当穿越长度为100m时 板桩井的施工费用接近总费用的一半 而定向钻工作井的投资仅占总投资的25 不到 但随着非开挖穿越长度的增长 工作井 场地 在整个工程费用中的比例是逐渐减少的 而管材的费用比例会上升 小结 在工艺条件允许的条件下 工艺条件允许是指工艺技术 穿越长度 施工场地 施工周期 106 管材选用 工程地质等方面 都可以满足条件的情况下 可以对比顶管和定向钻工艺的施工费用 5 已应用的典型工程南京天然气工程 济南机场天然气工程 绍兴天然气利用工程 107 七 大断面矩形地下通道掘进施工技术 1 主要技术内容大断面矩形地下通道掘进施工技术是利用矩形隧道掘进机在前方掘进 而后将分节预制好的混凝土结构在土层中顶进 拼装形成地下通道结构的非开挖法施工技术 矩形隧道掘进机在顶进过程中 通过调节后顶主油缸的推进速度或调节螺旋输送机的转速 以控制搅拌舱的压力 使之与掘进机所处地层的土压力保持平衡 保证掘进机的顺利顶进 并实现上覆土体的低扰动 在刀盘不断转动下 开挖面切削下来的泥土进入 108 109 搅拌舱 被搅拌成软塑状态的扰动土 对不能软化的天然土 则通过加入水 粘土或其他物质使其塑化 搅拌成具有一定塑性和流动性的混合土 由螺旋输送机排出搅拌舱 再由专用输送设备排出 隧道掘进机掘进至规定行程 缩回主推油缸 将分节预制好的混凝土管节吊入并拼装 然后继续顶进 直至形成整个地下通道结构 大断面矩形地下通道掘进施工技术施工机械化程度高 掘进速度快 矩形断面利用率高 非开挖施工地下通道结构对地面既有运营设施影响小 能适应多种截面尺寸的地下通道施工需求 2 技术指标 110 地下通道最大宽度6 9m 地下通道最大高度4 3m 3 适用范围能适应N值在10以下的各类粘性土 砂性土 粉质土及流砂地层 具有较好的防水性能 最大覆土层深度为15m 通过隧道掘进机的截面模数组合 可满足多种截面大小的地下通道施工需求 4 已应用的典型工程该技术已在上海轨道交通6号线浦电路车站 8号线中山北路车站 4号线南浦大桥车站等矩形地下人行通道工程中成功应用 经济效益显著 具有较好的应用前景 八 智能化气压沉箱施工技术 1 主要技术内容智能化气压沉箱施工技术是指在沉箱下部设置一个气密性高的钢筋混凝土结构工作室 并向工作室内注入压力与刃口处地下水压力相等的压缩空气 使在无水的环境下进行无人化远程遥控挖土排土 箱体在本身自重以及上部荷载的作用下下沉到指定深度后 在沉箱结构面底部浇筑混凝土底板 形成地下沉箱结构的新型施工技术 智能化气压沉箱在施工中 利用气体压力平衡箱体外水压力 沉箱底土体在无水状态下进行无人化远 111 112 程遥控开挖 通过远程监视系统 沉箱在下沉过程中可以直接辩别并较方便地处理地下障碍物 同时避免了坑底隆起和流砂管涌现象 相比常规的沉井施工方法 智能化气压沉箱施工方法由于气压反力的作用 箱体容易纠偏和控制下沉速度 可以防止突沉 超沉 且周边地层沉降小 对环境影响小 相比地下连续墙施工方法 可显著减少围护结构的插入深度 具有可观的经济性 2 技术指标 1 无排气环保螺旋机出土速度 16m3 h 2 远程遥控自动挖掘机 铲斗容量0 15 0 2m3 并配有专门的远程监视系统 113 3 减摩泥浆 钠基膨润土 纯碱 CMC 密度1 05 1 08g cm3 黏度30 40S 4 配有专门的人员生命保障系统 包括医疗舱 减压舱等 工作室在有人状态下氧气含量保持19 23 气压小于0 4MPa 人员在高压常压环境之间转换有专门操作规程并有各种故障的应急预案 防止减压病的发生 3 适用范围智能化气压沉箱施工技术可适用于软土 黏土 砂性土和碎 卵 石类土及软硬岩等各种地质条件 适合在城市建筑密集区 周边环境复杂 地表沉降要求高 对周边建筑保护力度大的区域进行深基坑 114 建设 以及旧城改造区域障碍物较多时采用 并可以向大深度 大面积的方向发展 满足城市地下空间的开发需求 目前开挖深度可达40m 4 已应用的典型工程智能化气压沉箱施工技术在上海市轨道交通7号线工程12A标 浦江南浦站 浦江耀华站 区间中间风井工程得到应用 风井结构为全埋地下四层结构 平面尺寸为 25 24m 15 6m 深度约29m 地下一层设外挂风道 沉箱施工过程中采用无人化智能化新技术和新设备使整个挖土 出土流程实现了无人化遥控施工 有效地控制周围地基的沉降 保护了周边建筑物的安全 而且坑底无隆起和流砂管涌 工 115 程质量良好 116 117 118 九 双聚能预裂与光面爆破综合技术 1 主要技术内容双聚能预裂与光面爆破综合技术是将聚能爆破应用于预裂爆破和光面爆破的最新爆破技术 该项新技术能最大限度提高药柱爆炸的成缝能量 比普通预裂与光面爆破扩大孔距2 3倍 同时也减小了对保留岩体的爆破危害并提高了保留岩体的稳定性和安全度 提高了半孔残留率 爆后没有爆破再生裂隙 该项新技术不仅节能环保还可以降低施工成本50 以上 2 技术指标 1 采用双聚能预裂与光面爆破综合技术施工宜使用 119 120 国家专利产品 双聚能预裂与光面爆破专用装置 可按 双聚能预裂与光面爆破综合技术施工工法 YJGF078施工 2 采用 聚能预裂与光面爆破综合技术 可以达到以下技术指标 1 根据爆破岩石的力学特性和岩石的结构构造预裂或者光面爆破孔距可以增大2 3倍 2 保留岩体的建基面以下40cm范围内 爆后波速最大衰减只有4 远低于国家规范要求 3 半孔残留率远高于国家规范要求并且爆后残留半孔没有爆破再生裂隙 4 施工成本降低50 以上 121 5 节省能源消耗50 60 造孔矽尘大量减少有利于环境保护 3 适用范围双聚能预裂爆破是一种新型爆破工艺 采用双聚能槽管填药 将爆破能量集聚起来向指定方向传递 通过聚能爆破的方式 可以在现有传统爆破基础上拉开孔距 减少造孔和装药量 从而实现加快施工进度和减少成本的目的 这项成果可以广泛应用于矿山 水电 公路 城建等多个领域 具有较强的实用性 适用于水利水电 矿山 交通 房屋建筑 风电 核电等建筑行业各种岩性岩石的轮廓控制爆破设计 122 与施工 双聚能预裂与光面爆破综合技术 经冯叔瑜 汪旭光院士等国家爆破权威专家鉴定为目前世界领先水平的轮廓控制爆破技术 使用该项技术可以节省施工成本50 以上 并大大加快施工进度提高施工质量 水利水电八局对该技术掌握较好 4 已应用的典型工程在水利水电行业应用广泛 并且取得良好经济效益和社会效益 该技术为国家一级工法 并且获国家发明专利 123 124 125 十 复杂地质条件下洞室开挖中的 爆刻 技术 1 主要技术内容围岩类型为 或 类 软硬相间的缓倾角砂岩和泥岩 开挖跨度35m 高度90m的地下洞室 或工程地质条件相对类似 规模相当的 质量要求高 工期紧迫等复杂的地下工程 可采用 爆刻 开挖技术 其技术内容包括 采用钻孔样架 样架导向管由内 外导向管组成 分别采用 32和 48钢管 在内导管上套2个 38钢管环 4cm长 以约束内导管晃动从而减小钻孔偏差 内导管焊接铁板后用螺栓与外导管连接 外导管长度为79 4cm 在一侧管壁焊 8螺帽 126 127 内导管长度为80cm 先将外导向管用扣件按照孔距提前加固在两根 48钢管上 形成 梯子 形状 样架搭设时只需套上即可 固定导管的样架要嵌入岩石不小于20cm以保证钻孔时样架的稳定性 有效控制了钻孔精度 实行了均匀微量化装药 有效地保留了岩体的质量 2 技术指标 1 排炮台坎不大于6cm 2 岩台平均超挖仅2 9cm 不平整度0 4cm 3 周边孔的孔底偏差0 4cm 4 炮孔半孔率 类围岩100 类围岩99 2 类围岩90 97 3 128 5 爆破振动监测和松动圈检测均满足相关规范和技术条款要求 1 周边孔设计边线与光爆孔孔位偏差不应大于1cm 缓冲孔孔位偏差不大于5cm 主爆孔孔位偏差不大于10cm 2 相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值 不应大于10cm 3 预裂爆破后 必须形成贯穿连续性的裂缝 裂缝宽度应不小于0 5cm 4 岩壁不应欠挖 超挖不大于20cm 斜面与水平面的夹角与设计值相比宜偏小 但不宜超过于3 5 爆破质点振动速度小于10cm s 爆后实测松动范 129 围小于80cm 3 适用范围适用于地下厂房和地下洞室爆破施工 岩性主要由砂岩和粉砂质泥岩等构成 存在多个包含这些岩性的 旋回层 各岩性层在空间的厚度变化大 岩层产状一般为60 80 SE 15 20 岩壁梁位于软硬相间的缓倾角砂岩和泥岩中 地质构造很发育 岩性变化大 岩壁梁部位 类围岩上 4 已应用的典型工程向家坝水电站地下厂房工程 中国水电七局 130 131 十一 拱坝坝肩槽开挖技术 1 主要技术内容 1 坝肩槽开挖时进行合理的分区 分层作业 使钻爆与出碴穿插进行 形成多工作面流水作业 2 采用拱坝坝肩槽建基面及上 下游边坡三面深孔预裂爆破一次成型技术 在正确地选择爆破参数情况下 三面深孔预裂爆破一次成型技术能够严格控制超 欠挖 具有施工进度快 半孔率和边坡平整度高的优点 同时减小爆破振动对边坡的影响 从而有效地保证边坡的安全稳定 3 采取深孔缓冲并采用与介质相匹配的炸药品种 132 133 不耦合装药 分段装药 条形装药等结构形式有效的减振 最大限度的减小爆破振动对边坡的影响 采用微差起爆 控制最大单响药量也能达到减振的效果 4 通过采用先进的监测仪器 利用多种监测手段获得信息 将数据处理和信息反馈技术应用于施工 利用监控量测指导施工 及时修正施工方法和支护参数 确保施工安全和进度 2 技术指标 1 分层分区 坝肩槽分层分区 一般以500m2 1000m2为一区 每层梯段高度为10 0 15 0m 2 爆破参数 134 1 孔径选择 孔径为95 120mm 2 孔距确定 预裂爆破时预裂孔和缓冲孔的孔距采用孔径倍数法确定 预裂孔孔距 a 8 14 d缓冲孔孔距 a 10 16 d式中 a 孔距 单位为cmd 钻孔直径 单位为cm按现有经验 预裂孔孔距为0 9 1 0m 缓冲孔