地下工程重点整理

第一章绪论一、地下工程、地下空间的基本内涵地下工程：地下工程是建设在地层环境中的工程结构物，有广义和狭义的地下工程。地下空间：岩层和土层自然形成，人工开发形成的空间叫地下空间。第二章地下空间资源与开发利用价值1、地下空间资源、城市地下综合体的基本内涵地下空间资源：有三个含义：一)天然存在的资源储量；2 )在一定的技术条件下可以合理开发的资源总量3 )一定历史时期可有效利用的地下空间总量。地下综合体是指城市中不同功能的地下空间建筑相结合形成的大型地下空间工程。第三章地下工程地质环境与围岩等级1、岩体结构的含义和类型岩体结构：结构和结构面在岩体内的排列、组合形式。类型1 )整体、块状构造岩体2 )层状构造岩体3 )破碎构造岩体4 )散体构造岩体2 .地应力概念及其分类地应力：指地壳岩体中存在的原始应力，也称天然应力。分类自重应力结构应力活动的残馀变异和残馀应力诱导应力3 .影响围岩稳定性的因素(一)地质因素：1 )岩体构造的特征2 )构造面的性质和空间的组合3 )岩石的力学性质4 )围岩的初期应力场(二)工程活动造成的人为因素：1 )地下洞穴的尺寸和形状2 )施工中采用的挖掘方法4、围岩等级(见本p50 )第四章地下结构的设计方法与计算原理1 .地下结构的受力特性主要特点：地下构造围岩是作用于支护构造的载荷源，与支护构造共同构成装载系统。(1)除使用载荷外，地下结构还受到周围岩土体和地下水的作用，而后者往往构成地下结构的主要载荷(2)地下结构围岩是负荷的来源，有时可以与结构合作形成装载系统(3)地下水对结构的力学作用与岩土组成、地下水流场和结构防水系统等因素有关(4)地下结构埋深足够大时，由于地层拱效应，结构受围岩垂直应力始终小于其上霸地层的自重压力(5)地下结构受力可能受结构与围岩相互作用和施工过程的显着影响(6)地下结构荷载具有时空效应。2 .地下结构荷载计算的荷载结构模型方法和地层结构模型方法1 .载荷-结构模型(1)特征a )支护结构是支撑主体，围岩作为载荷来源和支护结构的弹性支撑，起到约束支护结构变形的作用b )支护结构与围岩的相互作用通过对支护结构施加弹性支撑来体现，围岩的能力在确定围岩压力和弹性支撑约束能力的时间接地来考虑。(2)适用条件主要适用于周围岩石过度变形产生松动和塌陷，支护结构承担周围岩石松动的压力的情况。(三)需要解决的重要问题如何确定作用于支护结构的主动载荷，即围岩产生的松动压力和弹性支撑在支护结构上的弹性阻力。(4)模型的求解方法结构力学方法：力法(矩阵法)、移相法(矩阵移相法一维杆系有限元法)2、地层-结构模型(1)特征a )将支护结构和围岩看作一体，作为共同承载的结构体系b )围岩是直接装载手段，支护结构只限制围岩的变形。(2)适用条件是当前地下结构体系设计中采用或发展的模式。 这符合目前的施工技术水平，采用快速和早强支护技术可以限制围岩变形，阻止围岩松动压力的产生。(三)需要解决的重要问题如何确定围岩的初始应力场，表示材料不连续性、非线性特性的各种参数、岩体结构模型。(4)模型的求解方法解析法，数值法(主要为FEM )3 .围岩压力概念及其分类围岩压力：引起地下钻井空间周围岩体和支护变形和破坏的力。 其中包括地应力引起的围岩应力和围岩变形受到阻碍作用于支撑结构的力。 狭义上，围岩压力是围岩作用于支护结构的压力。 工程普遍研究狭义围岩压力。围岩压力分为围岩垂直压力、围岩水平压力、围岩底压力。围岩压力根据力的产生形态而分开松弛压力变形压力膨胀压力冲击压力；4、自然拱的形成及其范围大小受什么因素影响自然拱的范围大小是围岩地质条件、支护结构的架设时间、刚度、其与围岩的接触状态、隧道形状和尺寸、隧道埋深、施工因素5 .围岩压力的常用确定方法围岩压力的确定目前常用以下三种方法直接测量法：是现实的方法，对隧道施工来说也是研究发展的方向，但是由于测量仪器和技术水平的制约，现在还不能普遍使用。经验法或工程类比法：根据大量过去工程实绩资料的统计总结，在不同围岩等级提出围岩压力的经验数值，以后建设隧道工程作为确定围岩压力的依据。 现在使用了很多方法。理论推断法：实践性地理论研究围岩压力的方法。 由于地质条件的不确定性，影响围岩压力的因素很多，很难建立适合各种情况的通用围岩压力理论和计算方法。第五章地下工程施工1、地下工程的基本工作包括哪些内容？基本作业钻井支护衬砌2 .常见地下工程施工方法明挖法、复挖法、新奥法和挖掘法、浅埋暗挖法、盾构法、全断面掘进机法、顶管法、沉管法、沉井法3 .复掘法、反作法的基本含义复盖法：首先将连续墙、钻孔桩等作为围护结构和中间桩，然后施工钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩的保护下进行挖土和结构施工。相反做法：土方开挖和结构施工顺序均自上而下。4 .逆风工程的优缺点优势：1 )建筑物上部结构的施工和地下基础结构的施工可以并行立体进行，建筑规模大，上下层次多时可节约约1/3的工时。2 )受力合理，围护结构变形量小，对邻近建筑影响小。3 )施工可以减少风雨的影响，而且挖土少，几乎不占总工期。4 )最大限度地利用地下空间，扩大地下室的建筑面积。5 )一层的构造平面作为作业台发挥作用，因为不需要另外设置挖掘作业台和内墙，大幅度削减了支撑和作业台等大型临时设施，削减了施工费用。6 )柱直接承担逆行构造的自负荷传递给地基，减少了大挖掘时对夹持力层的影响，降低了基坑内地的基础排斥量。缺点：1 )支撑位置受地下室楼高的限制，不能调整高度。 例如，在大楼高的地下室中，需要设置临时的水平支撑，加大围墙的截面和配筋。2 )挖土作业空间狭小，规模机械化施工和土工困难3 )结构接头处理较多4 )围护结构施工精度要求较高5、浅埋暗挖法的含义及施工技术原则浅埋暗挖法是在接近地表的地下快速施工各种类型的地下洞窟暗挖的方法浅埋暗挖施工技术原则管道先行，严密注水，短挖，强支护，快封闭，勤奋测量. 管道先行在挖掘作业面之前，沿着隧道拱的周边按照设计打入先行小管道严格注入包括设置先行小导管后注入加固地层，注入初枝后和注入二衬后短挖每次挖掘周期短，挖掘和支撑时间应尽可能短强支护采用格栅钢架和喷射混凝土进行强早期支护，限制地层变形早期封闭钻井后初期支护应尽早封闭，以改善受力条件工作测量动态监测规定部位，制作位移时间曲线，掌握施工动态，调整施工参数，设定各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成功与否的关键。六、屏蔽法的含义盾构法是暗挖法施工中的全机械化施工方法，在地层中推进盾构机，用盾构壳和管片支撑围岩防止向隧道内的崩塌，同时在挖掘前用切削装置进行土体挖掘，用出土机械将洞外运出，用千斤顶推到后部，组装预制混凝土砌块7、土压平衡盾构(EPB盾构)、泥水平衡盾构的工作原理盾构进行的话，其前端的刀盘旋转挖掘地层土体，挖掘的土体进入土仓。土体充满土仓时，其被动土压力与挖掘面上的土、水压大致相同，因此挖掘面保持平衡(即稳定)。刀盘旋转切削土体的同时，液压千斤顶5使盾构机前进，在密封仓库内3加入塑性流动改质材料，与用切削面切削的土体充分搅拌，形成一定的塑性流动性和透水性低的塑性流体。同时，通过伺服控制盾构机的推进千斤顶速度和螺旋输送机6的外排土速度，通过胶囊内的塑料流体传递设定在挖掘面的平衡压力，实现了盾构机始终保持动态平衡前进。泥水防护罩是通过防护罩的推进力将泥水(水、粘土和添加剂的混合物)充满密闭防护罩的密闭室(也称为泥水室)，对挖掘面上的土体施加一定的压力。 这种压力叫做泥水压力。 一般来说，泥水取压力大于地层的地下水压土压力，所以盾构刀盘挖开地层，地层却不塌，稳定。利用刀盘挖掘的泥沙进入泥水箱，利用设置在箱内的搅拌装置搅拌后，变成含有挖掘泥沙的高浓度泥水，利用泥浆泵泵入地表的泥水分离系统，分离土、水后，将挖掘泥沙过滤后的泥水再次返回泥水箱。 这样循环实现钻井、排土和推进。 因为泥水的压力使挖掘面稳定，所以被称为泥水加压防护罩，被称为泥水防护罩。泥水盾构在隧道面被泥水加压支撑的土质条件下是理想的，适应各种困难的地层，适合于抑制地表沉降。 挖出的土以泥水的形式被送到管子里，砂砾被破碎后被送到管子里，或者在管子的中途被除去。8、盾构机选型与地层渗透系数、粒子梯度、水压的关系1 .屏蔽类型与渗透性的关系地层渗透系数是盾构选型的重要影响因素。 根据欧美和日本的施工经验(1)当底层透水系数为10-7m/s时，可以选择土压平衡屏蔽(2)当基层透水系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，可以同时选择土压平衡盾构和泥水式盾构(3)发现地层透水系数大于10-4m/s时，选择泥水屏蔽。2 .屏蔽类型与粒子倾斜的关系一般来说，细粒含量多，缺片土容易形成无透水性的塑料流体，容易充满土仓，对土仓施加压力，能够使挖掘面的土体平衡。 粗粒子含量高的碎片，土的塑性流动性差，难以实现土压平衡。屏蔽类型与粒子倾斜关系如下(1)淤泥粘土区是土压平衡盾构的适应范围(2)粗砂、细砂区可以使用泥水防护板，也可以经过土质改良后使用土压平衡防护板(3)砾石砂砾粗砂区是适用于泥水盾构的粒子倾斜范围。3、屏蔽类型与水压的关系水压超过0.3MPa时，泥水防护较好。 采用土压平衡护罩，螺旋输送机难以形成有效的土塞效果，螺旋输送机的排土闸门容易发生砂土崩塌，土仓中土的压力降低，挖掘面崩塌。水压大于0.3MPa，因地质原因需采用土压平衡盾构时，应加大螺旋输送机长度或采用双级螺旋输送机。9、影响TBM施工方法含义和TBM选型的主要工程地质条件用隧道挖掘机破碎岩石，用碎片和支撑进行连续作业的施工方法发展了屏蔽技术。(1)影响TBM选型的地质因素；隧道压力。 有塑性压力吗？指标：围岩强度比(软岩)围岩抗剪强度比(如泥沙软岩)断层破碎带、软弱泥岩及蛇纹岩等膨胀性岩层掘进困难涌水状态。 涌水的范围、大小和压力会导致工作面崩塌和承载力下降，应慎重使用。(2)影响TBM效率的地质因素；岩石的强度。 钻井的容易程度一般用抗压强度来判定。 刀具的消耗必须考虑岩石中石英粒的范围、大小和抗拉强度等来判断。岩层裂缝。 岩层节理、层理、片理对钻井效率的影响极大。 裂缝适度发达的岩盘，抗压强度大也能有效挖掘。岩石的硬度。 一般来说，q100MPa的岩层中，石英含量多，粒径大，刀具磨损大。破碎带等苛刻条件。 在碎带、风化带等不稳定的困难条件下进行机械开挖，必须采用辅助施工方法进行施工。 特别是在有涌水的条件下更加困难，存在穹顶塌陷、机体下沉、支撑反作用力下降等问题。(3)TBM适用范围一般只适用于圆形断面隧道，只有铣削滚筒式挖掘机才能在软岩中挖掘非圆形断面隧道。在隧道直径1.812m之间挖掘，直径36m最成熟。一次连续挖掘的长度不得短于1km，也不得长于10km。 最适合38公里。适用于中硬岩层，岩石的单轴抗压强度最好是20250MPa，特别是50100MPa。地质条件对TBM掘进效率有很大影响。 良好的岩层每月可进入500600m，但破碎岩层只有100m左右，在塌陷、涌水、暗河地区需要停止处理。用TBM开凿隧道，要尽量避免复杂的不良岩层。10、TBM机破岩能力的影响因素破岩能力的影响因素：贯入深度硬时裂缝少的岩石一般旋转2.5-3.5mm/圈，中等硬度时裂缝多的岩石一般旋转5-9mm/圈。滚刀间距滚刀间距过大，滚刀产生的压力达不到相邻滚刀的影响范围，挖掘效率降低。 相反，刀片间隔过小会浪费设备的电力。岩体裂隙掘进机的施工不仅要注意岩石的抗压强度，还要注意岩石的磨损性和岩体的裂隙程度。 岩体节理裂隙面的间隔越大，切割也越困难。十一、顶管法的含义顶管：利用推进设备将工具管和掘进机从作业坑(起始井)内通过土层推到接收坑(到达井)内的同时，将工具管和掘进机后面的配管埋设在两坑之间的非挖掘施工方法。12 .顶管法与屏蔽法的比较相同点：(1)两者都是暗挖法施工大口径(900地下工程的主要施工方法。(2)双方都挖工作基坑。(3)两者工作面的挖掘方法，出、入施工技术基本相似。(4)两者均注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题，进行注浆。不同点：(1)屏蔽法的衬砌是管片，各管片与屏蔽机的盾尾对齐，对齐后通常不移动的顶管法的衬砌是管节，各环管节一次预制成功，通过顶入装置依次顶入，第