地下工程支護(hù)為防止圍巖坍塌和石塊下落采取的支撐、防護(hù)等安全技術(shù)措施。
中文名稱 | 地下工程支護(hù) | 外文名稱 | safety support for underground works |
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定義 | 防止圍巖坍塌等安全技術(shù)措施 | 方式 | 有構(gòu)架支撐,錨噴支護(hù) |
構(gòu)架支撐 | 木支撐,鋼支撐等 | 錨噴支護(hù) | 單獨采用錨桿,錨桿和噴射混凝土 |
施工要點 | 保證預(yù)埋件的位置,降水工程可靠 |
地下工程支護(hù)構(gòu)架支撐
用支撐圍巖來防護(hù)開挖出來的空間,是早期普遍采用的方法。 支撐有多種材料和結(jié)構(gòu)形式,主要有:①木支撐,有門框形、拱形和扇形等(圖1), 適用于較小的開挖斷面。它具有重量輕、加工架立方便和損壞前有顯著變形, 不會突然折斷等優(yōu)點,但消耗木材多,施工干擾大。②鋼支撐,也可制成門框形或拱形。 它能承受較大的荷載,可以多次使用,耐火性好,占空間小,但需用鋼材較多,費用高。 在一般木支撐不能承受的荷載條件下,或支撐不能拆下必須留在襯砌中時,可考慮使用鋼支撐。 ③鋼筋混凝土支撐,采用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件。它適用于巖石軟、山巖壓力大、 支撐必須留在襯砌內(nèi)等情況。這種支撐剛性大,耐火性好,耐久性高,但重量大, 運輸安裝不便。無論采用哪種支撐形式,每排支撐均要保持在同一平面上, 有足夠的整體性,接頭牢固可靠,并用剪刀撐、水平撐等連接。支撐和圍巖之間需用板、 楔等背材塞緊。對支撐還要進(jìn)行監(jiān)測和定期檢查,必要時進(jìn)行加固。
地下工程支護(hù)錨噴支護(hù)
采用錨桿和噴射混凝土(見錨噴)支護(hù)圍巖的措施,60年代以來,已被廣泛采用。錨桿和噴射混凝土與圍巖共同形成一個承載結(jié)構(gòu),可有效地限制圍巖變形的自由發(fā)展,調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布,防止巖體松散墜落。它可用作施工過程中的臨時支護(hù),在有些情況下,也可以不必再做永久支護(hù)或襯砌。根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件,可以采用多種支護(hù)形式(圖2):①單獨采用錨桿,一般只用于局部;②單獨采用噴射混凝土,有時也只用于局部;③錨桿結(jié)合噴射混凝土,多用于地下洞室的頂拱和邊墻;④錨桿和噴射混凝土,加設(shè)單層或雙層鋼筋網(wǎng),可提高噴層抗拉強度和抗裂能力,從而提高支護(hù)能力;⑤錨噴加金屬網(wǎng),并在噴層內(nèi)加設(shè)工字鋼等型鋼作成的肋形支撐。上述各種形式的錨噴支護(hù),所采用的錨桿根數(shù)、深度、間距,噴層的厚度以及金屬網(wǎng)和肋形支撐的尺寸等,均要根據(jù)實際情況確定。為搞好支護(hù)還需要進(jìn)行圍巖變位和變形等現(xiàn)場量測工作。錨噴支護(hù)常緊跟開挖掘進(jìn),平行作業(yè),特別是在隧洞或地下廠房施工中采用分部開挖的方式時,可隨著開挖斷面的擴大,邊挖邊噴,直至全斷面完成。
1.地下連續(xù)墻的施工
地下連續(xù)墻的施工,包括鋼筋制作、焊接,混凝土澆注,垂直度控制,墻段連接,以及地下連續(xù)墻與水平支撐連接結(jié)點的預(yù)埋件施工必須符合<建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程>(JGJ120—9)的規(guī)定。必須保證地下連續(xù)墻的良好防水性能,保證預(yù)埋件的位置準(zhǔn)確。
2.防水工程
基坑降水采用封閉式內(nèi)降水,根據(jù)不同的土質(zhì)、地下水位等情況,做相應(yīng)的基坑涌水量計算,確定降水系統(tǒng)的降水方法和設(shè)備數(shù)量,確保降水工程可靠、經(jīng)濟(jì)、高效。
3.土方工程
土方開挖必須根據(jù)基坑的平面形狀,以及水平支撐系統(tǒng)的設(shè)計荷載和受力特性,制定科學(xué)、安全、高效的施工方法。并嚴(yán)格按照預(yù)先制定的方案進(jìn)行施工,要分層均勻的開挖土方,均勻的釋放坑邊土體荷載,避免局部荷載完全釋放,使支護(hù)結(jié)構(gòu)的局部受到突變集中荷載,從而造成支護(hù)結(jié)構(gòu)突然破壞,給工程帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。另外,基坑邊緣的堆載以及動載(如過往載重車輛、起重機等)必須符合設(shè)計要求,避免因超載引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞。
4.結(jié)構(gòu)洞口
如果水平支撐結(jié)構(gòu)必須為地下車庫出入口、樓梯洞口、電梯井筒等結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口時,需采取必要的加固措施。一般有兩種方法,第一種方法,當(dāng)孔洞尺寸較小時,則沿洞口邊緣設(shè)置鋼筋混凝土邊梁;第二種方法,當(dāng)孔洞尺寸較大時,若只設(shè)置鋼筋混凝土邊梁,則邊梁的截面需要作得很大,很不經(jīng)濟(jì),因此可采取鋼筋混凝土邊梁與鋼筋混凝土對撐相互結(jié)合的方法,完成支護(hù)作用后再拆除多余的部分。
5.后澆帶
當(dāng)工程結(jié)構(gòu)較大時,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)常常設(shè)有后澆帶。然而在水平支護(hù)結(jié)構(gòu)上留設(shè)后澆帶則破壞了水平支撐的整體性和水平力的傳遞,但是在主體施工至設(shè)計要求的一定高度之前,必須留設(shè)后澆帶。 在本工法中可采取以下兩種方法。
方法一,當(dāng)被利用結(jié)構(gòu)平面面積不很大時,在應(yīng)留設(shè)后澆帶的位置留設(shè)誘導(dǎo)縫。具體操作方法,首先在支護(hù)階段不留設(shè)任何結(jié)構(gòu)縫;當(dāng)進(jìn)入基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工階段,水平支撐不再起支護(hù)作用時,在后澆帶位置踢出寬約10cm的凹槽,以控制結(jié)構(gòu)因沉降變形引起的裂縫出現(xiàn)的位置,使之起到后澆帶的作用。
方法二,被利用的水平結(jié)構(gòu)平面面積很大時,我們采取誘導(dǎo)縫的處理方法。具體操作方法,在后澆帶位置澆筑強度等級低的混凝土。
沒有這種理論基礎(chǔ),這是自編的依據(jù),不可取。 一樣的費率標(biāo)準(zhǔn)。
地下工程是指深入地面以下為開發(fā)利用地下空間資源所建造的地下土木工程·它包括地下房屋和地下構(gòu)筑物,地下鐵道,公路隧道、水下隧道、地下共同溝和過街地下通道等顧名思義,就是修筑在地下的建筑物和構(gòu)筑物,如巷道...
三、地下工程垂直運輸 1.地下工程垂直運輸,系指自設(shè)計室外地坪至槽底的深度超過3m,而按規(guī)定又不能計算建筑面積的混凝土工程。 2.不包括混凝土材料的垂直運輸定額,適用于使用混凝土輸送泵的工程,混凝土泵...
1.本工法的特點
(1)占用的場地很小,適用于毗鄰建筑物多而近,且周圍施工地界極其狹窄的工程。
(2)水平支撐結(jié)構(gòu)在支護(hù)作用完成后不需要拆除,并成為永久結(jié)構(gòu)的一部分,可大幅降低工程造價,縮短施工工期。
(3)水平支撐結(jié)構(gòu)由上向下逆向施工,且基坑中央留有足夠大的空間,使主要豎向工程結(jié)構(gòu)可以正向施工,保證工程的整體內(nèi)在質(zhì)量。
(4)工期短,造價低廉。 2.適用范圍
凡是同時具有以下特點的工程均可采用本工法。
(1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須是樁箱基礎(chǔ)。
(2)基礎(chǔ)防水采用混凝土結(jié)構(gòu)主體防水。
(3)工程毗鄰建筑物多而近。
(4)周邊地界狹窄的工程。
關(guān)于用電、打樁、地下連續(xù)墻施工、焊接、水平支護(hù)結(jié)構(gòu)等工程的施工應(yīng)符合國家有關(guān)的安全規(guī)范及天津市地區(qū)的安全規(guī)范要求。此外還應(yīng)重點考慮以下兩方面的安全措施。
1.土方開挖階段是基坑支護(hù)工程施工中最危險的階段,必須嚴(yán)格按照土方開挖方案,均勻釋放基坑邊緣的土體荷載,防止局部荷載完全釋放造成支護(hù)結(jié)構(gòu)不均勻受力,并由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞和基坑坍塌事故。
2.基坑成槽后,槽內(nèi)作業(yè)應(yīng)作好安全防護(hù),如坑邊護(hù)欄,水平支撐結(jié)構(gòu)預(yù)留洞口的掛設(shè)安全網(wǎng),引入槽內(nèi)電纜應(yīng)有很好的安全措施。尤其在向槽內(nèi)吊運材料時應(yīng)作好安全防范,并作好施工組織設(shè)計。
電力工業(yè)部東北勘測設(shè)計院錨噴組主編:<地下洞室的錨噴支護(hù)>,水利電力出版社,北京,1981。
該工法是深基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展的一個飛躍,這種工法具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著的突出特點。主要表現(xiàn)在以下幾方面:
1.工程造價低。該工法利用部分水平工程結(jié)構(gòu)代替水平支護(hù)結(jié)構(gòu),支護(hù)作用完成后,水平支撐不需要拆除,不僅大幅度降低了支護(hù)工程的投入,而且節(jié)省了拆除水平支撐的措施費。若同時利用工程樁代替支護(hù)樁或利用地下連續(xù)墻代替工程結(jié)構(gòu),則支護(hù)工程的造價會大幅度降低。
2.工程工期短。采用該工法,水平支撐不需要拆除,可以節(jié)省拆除水平支撐所占用的主工時,大大縮短了工程工期。同時也節(jié)省了因延長工期所必須的工程開支。
3.本支護(hù)法對周圍地下環(huán)境毫無污染。因為本支護(hù)法不需要做拉錨、地錨等加固措施,因此不會給今后臨近新建建筑物的施工造成麻煩。
基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是一種支擋坑邊土體的臨時結(jié)構(gòu),一般其質(zhì)量要求只要保證基坑及坑邊建筑或構(gòu)筑物的安全即可。但是當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系緊密時,這就對支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工精度提出較高要求。支護(hù)結(jié)構(gòu)施工精度由支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計單位確定,以保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的順利施工為標(biāo)準(zhǔn)。同時還應(yīng)考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形問題,將變形量控制在安全的范圍內(nèi),并留出變形量的空間。如果支護(hù)結(jié)構(gòu)是由部分工程結(jié)構(gòu)代替(如工程樁代替護(hù)壁樁,地下連續(xù)墻代替基礎(chǔ)機構(gòu)外墻,部分基礎(chǔ)水平結(jié)構(gòu)代替水平支護(hù)結(jié)構(gòu))時,則必須同時滿足工程結(jié)構(gòu)施工的規(guī)范要求,并需嚴(yán)格控制這部分結(jié)構(gòu)的變形裂縫,使之符合規(guī)范要求。這些規(guī)范有《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJl20—99)、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—94)、《高層建筑箱形基礎(chǔ)設(shè)計施工規(guī)程》(JGJl20—99)、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204—92)、《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》(JGJ018—96)、<帶肋鋼筋套管擠壓連接規(guī)程>(JGJ108—96)、《鋼筋錐螺紋接頭技術(shù)規(guī)程》(JGJ109—96)等。
實例1:天津市銀豐花園大廈基礎(chǔ)工程中,采用深基坑環(huán)梁支護(hù)和部分地下工程逆作法施工工法。該工程為樁箱基礎(chǔ),平面呈矩形,尺寸為78.1m×57.35m,基坑凈深8.6m。該支護(hù)工程采用鋼筋混凝土灌注樁做豎向支護(hù)結(jié)構(gòu),并沿基坑邊緣設(shè)置,其中部分支護(hù)樁由工程樁代替;水平支撐則利用負(fù)二層邊跨結(jié)構(gòu)樓板,中間留設(shè)長圓形洞口,洞口邊緣設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁,滿足基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正向施工的要求,保證了主體結(jié)構(gòu)完全正向施工,經(jīng)工程實踐,支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠,最大變形為13mm,同時縮短工程工期25d,節(jié)約工程投資276萬元。
實例2:天津津匯廣場深基礎(chǔ)工程,地下三層,基坑總挖深13.5m,平面呈三角形,平面面積為12020m2。該支護(hù)工程采用地下連續(xù)墻做豎向支護(hù),兼做基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外墻。水平結(jié)構(gòu)則利用部分負(fù)二、負(fù)三層結(jié)構(gòu)樓板,并分別在南塔樓、北塔樓和賓館樓位置留設(shè)直徑為40.52m(2個)和57.8m(1個)的圓孔共3個,將3個塔樓完全容在圓孔內(nèi),保證主體結(jié)構(gòu)正向施工的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)的整體性。水平結(jié)構(gòu)則由上向下施工,為加強水平支撐結(jié)構(gòu)的整體剛度,在圓孔的邊緣設(shè)置格構(gòu)式環(huán)梁。經(jīng)實施,支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠,最大變形為65.1mm。水平支撐結(jié)構(gòu)利用了部分工程結(jié)構(gòu),節(jié)約鋼筋混凝土5398m3,降低水平支護(hù)工程投入量70%,此外節(jié)省垂直支撐87根,總計節(jié)約工程投資1034.873萬元。較一般環(huán)梁降低造價30%,縮短工程工期101d。
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針對大跨度地下工程結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、安全風(fēng)險高的工程特點,采用理論分析、經(jīng)驗評價、數(shù)值模擬的綜合評價方法,對某地下實驗大廳的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價。通過多種塑性力學(xué)計算方法,對比了卡柯(Caquot)公式、芬納(Fenner)公式、修正的芬納公式或卡斯特納(Kastner)公式在具體工程中的應(yīng)用,優(yōu)化分析得出適合于硬巖條件下大跨度結(jié)構(gòu)的理論分析方法。采用Q評價系統(tǒng)和工程類比方法,確定了大跨度地下工程錨桿、錨索和噴射混凝土的支護(hù)參數(shù),通過相似工程的經(jīng)驗類比,認(rèn)為錨索長度應(yīng)不小于跨度的40%。采用三維離散元計算方法對支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值模擬,數(shù)值計算中的巖體采用基于HB強度準(zhǔn)則的應(yīng)變軟化模型,結(jié)構(gòu)面采用基于摩爾-庫侖強度準(zhǔn)則的理想彈塑性模型。通過數(shù)值分析,對邊墻上部施加3排預(yù)應(yīng)力錨索,邊墻變形得到抑制,同時圍巖潛在失穩(wěn)塊體數(shù)量和范圍顯著得到有效的控制。通過支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析得出60%的錨桿軸力在2.0~2.25 MN之間,表明地下工程具有良好的安全性。建立了塑性區(qū)理論分析、經(jīng)驗類比和數(shù)值模擬的綜合評價方法,形成三位一體的評價體系,可有效地對大跨度支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行評價。綜合分析可知,支護(hù)方案設(shè)計合理時,能夠有效應(yīng)對圍巖中的塊體穩(wěn)定風(fēng)險和高應(yīng)力破壞現(xiàn)象;在局部安全性較差的部位,錨索和錨桿應(yīng)力水平相對較高,可以考慮對適當(dāng)降低錨索預(yù)張拉力、增加隨機錨桿數(shù)量。
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減少地下工程支護(hù)噴射混凝土回彈量的措施
地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)在各類建筑、交通、水利、礦山、市政以及國防和人民防空工程中得到廣泛的應(yīng)用。地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展已有100多年的歷史,在我國也有數(shù)十年的歷史。
地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計算理論可分為已知地壓荷載的傳統(tǒng)支護(hù)計算理論和以巖石力學(xué)原理為基礎(chǔ)、新奧法(NATM)隧道設(shè)計和修建方法以及有限元、邊界元等數(shù)值分析為代表的現(xiàn)代支護(hù)計算理論。此外,在研究巖土材料本構(gòu)關(guān)系和宏觀巖體力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,人們還建立了許多新的力學(xué)模型和彈、塑、粘性的計算方法,并利用現(xiàn)場實測為手段,研究建立將現(xiàn)場監(jiān)控量測信息反饋于設(shè)計和施工的新技術(shù)。"para" label-module="para">
《地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)》是編著者為原空軍工程學(xué)院地下建筑專業(yè)本科生和研究生編寫的教學(xué)用書,現(xiàn)經(jīng)擴充、修改,并增加了部分地下工程領(lǐng)域設(shè)計中的一些較新內(nèi)容以及作者近年來部分新的研究成果,編纂而成。內(nèi)容包括:圍巖壓力理論基礎(chǔ)知識,支護(hù)結(jié)構(gòu)彈塑性解析計算方法和數(shù)值計算方法,工程類比、理論分析和現(xiàn)場監(jiān)控相結(jié)合的信息化設(shè)計方法,半被覆結(jié)構(gòu)、直墻拱結(jié)構(gòu)和油罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點和方法,復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的計算以及錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠度計算等內(nèi)容。上述這些內(nèi)容反映了地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用的當(dāng)前技術(shù)水平。"para" label-module="para">
書中內(nèi)容充實,資料豐富,圖文并茂,新穎實用;文字簡潔樸實,語言流暢,對從事地下工程設(shè)計、施工、教學(xué)及科研等部門的技術(shù)人員是一本具有較高參考價值的科學(xué)論著。本書的問世相信對廣大土木工程、巖土工程工作者都會有所助益,故樂于為之作序。
內(nèi)容介紹
《地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)計》系統(tǒng)地介紹了地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本理論與設(shè)計和計算方法,內(nèi)容包括:巖體力學(xué)性質(zhì)及力學(xué)參數(shù)預(yù)測,圍巖壓力理論基礎(chǔ)知識,支護(hù)結(jié)構(gòu)彈塑性解析計算方法和數(shù)值計算方法,現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)原理、類型和原則,工程類比、理論分析和現(xiàn)場監(jiān)控相結(jié)合的信息化設(shè)計方法,地下工程施工變形預(yù)測的人工智能方法以及地下工程中較常采用的半被覆結(jié)構(gòu)、直墻拱結(jié)構(gòu)和油罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點和方法。對于地下工程中較新型的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)以及錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計等內(nèi)容,《地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)與設(shè)計》也作了較詳細(xì)的介紹。上述這些內(nèi)容反映了當(dāng)前地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用的技術(shù)水平。
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序
前言
第一章 概述
第一節(jié) 地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展與現(xiàn)狀
第二節(jié) 地下工程的受力特點和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法
第三節(jié) 地下工程支護(hù)結(jié)構(gòu)計算的力學(xué)模式
第二章 圍巖壓力理論基礎(chǔ)知識
第一節(jié) 原巖應(yīng)力
第二節(jié) 圓形洞室圍巖應(yīng)力與變形的線彈性分析
第三節(jié) 非圓形洞室的圍巖應(yīng)力
第四節(jié) 無襯砌洞室的最佳形狀
第五節(jié) 圍巖應(yīng)力的彈塑性分析
第六節(jié) 圍巖塑性位移的計算
第七節(jié) 圍巖壓力的分類
第八節(jié) 變形壓力的計算2100433B