【正文】 支護(hù)結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成承載體系。 （ 4）模型求解方法 解析法、 數(shù)值法（主要為 FEM） 第三節(jié) 荷載結(jié)構(gòu)模型荷載的計(jì)算方法 一、荷載（作用）及其組合 二、圍巖壓力的確定 圍巖壓力的概念 ●圍巖壓力：是指引起地下開(kāi)挖空間周?chē)鷰r體和支護(hù)變形或破壞的作用力。 圍巖松動(dòng)壓力的產(chǎn)生 開(kāi)挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋隧道，其波及范圍僅局限在隧道周?chē)欢ㄉ疃?，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的 “成拱作用 ”來(lái)解釋。 注：鐵路隧道跨度小于公路隧道 c） 《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 規(guī)定： Ⅰ ~Ⅳ 級(jí)圍巖中的深埋隧道，圍巖壓力為主要形變壓力，其值按釋放荷載計(jì)算 ；釋放荷載由有限元數(shù)值計(jì)算得到； Ⅳ ~Ⅵ 級(jí)圍巖中深埋隧道的圍巖壓力視為松動(dòng)荷載，其垂直、水平均布?jí)毫τ?jì)算方法同鐵路隧道規(guī)范。假定偏壓分布圖形與地面坡形一致（如圖），則作用于隧道拱頂?shù)拇怪眽毫?。 主要技術(shù)手段是： 量測(cè)監(jiān)控 ，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取加固措施 (輔助施工手段 )并更改施工方法。 ? 技術(shù)要素：噴錨 (網(wǎng) )支護(hù)【柔性支護(hù)與永久襯砌構(gòu)成復(fù)合式襯砌】與監(jiān)控量測(cè) ? 設(shè)計(jì)理論 —施工方法 —支承結(jié)構(gòu)狀態(tài)更符合實(shí)際情況。 ? 盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)隧道與地基情況量身設(shè)計(jì)、制造或改造的。 九、沉井法 第四節(jié) 基坑開(kāi)挖與支護(hù)工程 一、概述 基坑工程根據(jù)其開(kāi)挖和施工方法可分為 : 無(wú)支護(hù)開(kāi)挖有支護(hù)開(kāi)挖 有支護(hù)的基坑工程可進(jìn)一步分為 : 無(wú)支撐圍護(hù)有支撐圍護(hù) 二、基坑常見(jiàn)維護(hù)結(jié)構(gòu)型式 支護(hù)結(jié)構(gòu)主要由圍護(hù)墻和支撐體系 組成。 （ 1）灌注樁支護(hù) 開(kāi)挖前在基坑周?chē)O(shè)置砼灌注樁，樁的排列有間隔式、雙排式和連續(xù)式，樁頂設(shè)置砼連系梁或錨樁、拉桿。 （ 3）地下連續(xù)墻支護(hù) 先建造鋼筋砼地下連續(xù)墻，達(dá)到強(qiáng)度后在墻間用機(jī)械挖土。該方法適用于軟基處理，效果顯著，處理后可成樁、墻等。 內(nèi)撐式支護(hù)結(jié)構(gòu) 內(nèi)撐式圍護(hù)結(jié)構(gòu) 由圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)撐體系兩部分組成 。 錨桿式較適用于砂土地基，或粘土 地基；由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以很少使用。這是建國(guó)以來(lái)建筑業(yè)最令人恐怖的倒樓事件。 三、淺埋暗挖常用施工方法 全斷面法 (1)施工順序 主要工序 ：使用移動(dòng)式鉆孔臺(tái)車(chē)，首先全斷面一次鉆孔，并進(jìn)行裝藥連線(xiàn)，然后將鉆孔臺(tái)車(chē)退后 50m以外的安全地點(diǎn)，再起爆，一次爆破成型，出碴后鉆孔臺(tái)車(chē)再推移到開(kāi)挖面就位，開(kāi)始下一個(gè)鉆爆作業(yè)循環(huán)，同時(shí)，施作初期支護(hù)，鋪防水隔離層（或不鋪），進(jìn)行二次模筑襯砌。 （ 1）正臺(tái)階法開(kāi)挖 正臺(tái)階法開(kāi)挖優(yōu)點(diǎn)很多，能較早地使支護(hù)閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降，上臺(tái)階長(zhǎng)度（ L）一般控制在 1~ 倍洞徑（ D），根據(jù)地層情況，可選擇兩步或多步開(kāi)挖。當(dāng)?shù)貙訜o(wú)水、洞跨小于 10m 時(shí)，均可采用該方法。每步的臺(tái)階長(zhǎng)度都應(yīng)控制，一般為 5~7m。 當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件差、斷面特大時(shí)，一般設(shè)計(jì)成多跨結(jié)構(gòu)，跨與跨之間有梁、柱連接。拆除時(shí)要有專(zhuān)項(xiàng)拆除方案，采用滑輪、繩索等措施確保安全，嚴(yán)禁采用卷?yè)P(yáng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備連續(xù)拆除，一般采用跳倉(cāng)或換撐拆除等方法。常用的小導(dǎo)管為 25mm— 42mm。 第六節(jié) 隧道掘進(jìn)機(jī)施工方法 一、隧道掘進(jìn)機(jī)法基本概念 TBM 發(fā)展歷史簡(jiǎn)介 隧道掘進(jìn)機(jī) (TunnelBoringMachine)是一種用機(jī)械破碎巖石、出碴與支護(hù)實(shí)行連續(xù)作業(yè)的綜合設(shè)備，它是由盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。常用于硬巖，采取有效支護(hù)手段后也可應(yīng)用于軟巖隧道。 斷面適應(yīng)性較差 。英國(guó)側(cè) 6 臺(tái)，岸邊段 3 臺(tái)海底段 3 臺(tái) (單向推進(jìn) )。 國(guó)外公司有 技術(shù)有經(jīng)驗(yàn)但是在國(guó)內(nèi)工程和用戶(hù)的適應(yīng)性方面還需要進(jìn)一步研究。 出碴機(jī)構(gòu) 破巖形成的片狀石碴，由安裝在刀盤(pán)上的鏟碴斗鏟起，鏟斗旋轉(zhuǎn)到頂部卸入集料斗，經(jīng)皮帶機(jī)裝車(chē)運(yùn)出洞外。 （ 1）判定依據(jù) ① 隧道圍巖的抗壓強(qiáng)度、裂縫狀態(tài)、涌水狀態(tài)等巖性條件； ② 機(jī)械構(gòu)造、 TBM 直徑等機(jī)械條件； ③ 隧道斷面、長(zhǎng)度、位置狀況、地址條件等。 ② 巖層裂隙。 （ 3） TBM 適用范圍 ① 一般只適用于圓形斷面隧道，只有銑削滾筒式掘進(jìn)機(jī)可在軟巖中掘進(jìn)非圓形斷面隧道。 在硬巖中開(kāi)挖大直徑隧道很是困難。 隧道長(zhǎng)度小于 1000m 時(shí)，其運(yùn)行成本急劇增大。 TBM 施工電耗較高，約為同規(guī)模其他工法施工的雙車(chē)道隧道的 倍，規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮。 第一種方法后來(lái)被采用，并得到了推廣應(yīng)用，演變?yōu)槌墒斓亩軜?gòu)法。非圓形又分為馬蹄形、矩形（長(zhǎng)方形、正方形、凹、凸矩形）、橢圓形（縱向 橢圓形、橫向橢圓形）等。 這種盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)的土質(zhì)是自穩(wěn)性強(qiáng)的洪積層壓實(shí)的砂、砂礫，固結(jié)粉砂和粘土。也可用于軟弱沖積層，但須同時(shí)采用超前加固，或采取 降水、改良地基等輔助措施。 （ 2）密封式：是指在機(jī)械開(kāi)挖式盾構(gòu)機(jī)內(nèi)設(shè)置隔墻，進(jìn)入刀盤(pán)與隔墻土倉(cāng)的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開(kāi)挖面保持穩(wěn)定的壓力。 ⑤泥漿式：即向掘削面注入高濃度泥漿（＝ ）靠泥漿壓力穩(wěn)定掘削面。 專(zhuān)用機(jī)構(gòu)因機(jī)種而異，如對(duì)于土壓盾構(gòu)而言，專(zhuān)用機(jī)構(gòu)即為排土機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)、添加材注入裝置；而對(duì)于泥水盾構(gòu)而言，專(zhuān)用機(jī)構(gòu)系指送排泥機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)。為了防止周?chē)貙拥耐?、地下水及背后注入的填充漿液竄入該部位 ，須設(shè)置尾封裝置。該機(jī)構(gòu)因盾構(gòu)種類(lèi)的不同而不同。 后配 套臺(tái)車(chē) 主要配置盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)所需的動(dòng)力源以及水、電、氣、液、測(cè)量與監(jiān)測(cè)等輔助施工系統(tǒng)以及人工操作等系統(tǒng)。 刀盤(pán)掘削下來(lái)的土砂進(jìn)入泥水艙，經(jīng)設(shè)置在艙內(nèi)的攪拌裝置拌和后成為含掘削土砂的高濃度泥水，再經(jīng)泥漿泵將其泵送到地表的泥水分離系統(tǒng)，待土、水分離后，再把濾除掘削土砂的泥水重新壓送回泥水艙。 盾構(gòu)類(lèi)型與顆粒級(jí)配的關(guān)系 一般來(lái)說(shuō)，細(xì)顆粒含量多，碴土易形成不透水的塑流體，容易充滿(mǎn)土倉(cāng)，在土倉(cāng)中可以建立壓力，平衡開(kāi)挖面的土體。挖出的土以泥水形式由管道運(yùn)輸，而礫石可壓碎后被管道運(yùn)輸或在管道輸送中途被移走。 刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)切削土體，同時(shí)液壓千斤頂 5 將盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，并向密封倉(cāng)內(nèi) 3 加入塑流化改性材料，與開(kāi)挖面切削下 來(lái)的土體經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢?，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流體。 管片拼裝系統(tǒng) 盾構(gòu)隧道是由預(yù)制管片逐環(huán)連接而成，管片拼裝機(jī)安裝在盾尾區(qū)域，在盾殼保護(hù)下，用于安裝襯砌管片（鋼筋混凝土管片）。 掘削機(jī)構(gòu) 對(duì)機(jī)械式盾構(gòu)、封閉式（土壓式、泥水式）盾構(gòu)而言，掘削機(jī)構(gòu)即掘削刀盤(pán)。 支承環(huán) ： 支承部即盾構(gòu)的中央部位，是盾構(gòu)的主體構(gòu)造部。 由于這種盾構(gòu)是靠壓縮空氣對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行密封，故要求地層透水性小，滲透系數(shù) K 小于 1 105m/s，靜水壓力不大于 。 ①壓氣式：即向掘削面施加壓縮空氣，用該氣壓穩(wěn)定掘削面。 （ 1）全開(kāi)敞式：指沒(méi)有隔墻、開(kāi)挖面敞露狀態(tài)的盾構(gòu)機(jī)。 為防止開(kāi)挖面頂面塌陷，盾構(gòu)機(jī)內(nèi)裝備了活動(dòng)前檐和千斤頂。 ② 半機(jī)械盾構(gòu)：即大部分掘削和出土作業(yè)由機(jī)械裝置完成，但另一部分仍靠人工完成。 泰晤士河下的隧道工程施工期間遇到了許多困難，在經(jīng)歷了五 次以上的特大洪水后，直到 1843 年，經(jīng)過(guò) 18 年施工，完成了全長(zhǎng) 458m 的第一條盾構(gòu)法隧道。 盾構(gòu)法的起源 1818 年，英國(guó)工程師布魯諾爾 ()從蛀蟲(chóng)鉆孔（船的木板中有一種蛀蟲(chóng)鉆出孔道，并用它分泌的粘液加固洞穴）得到啟發(fā)，最早提出了用盾構(gòu)法建設(shè)隧道的設(shè)想，并在英國(guó)取得了專(zhuān)利。 工程所在 地的道路設(shè)施 TBM 的運(yùn)輸與組裝要求注意工程所在地的基礎(chǔ)設(shè)施條件。 隨著開(kāi)挖直徑的增大，需要增大推力，支撐靴也要增大，將導(dǎo)致運(yùn)輸困難與承載力問(wèn)題。 ⑤ 地質(zhì)條件對(duì) TBM 掘進(jìn)效率影響很大。 一般地，對(duì)于 q＜ 100MPa 的巖層，其石英含量較多、粒徑較大，刀具磨耗很大。涌水范圍、大小與壓力會(huì)造成工作面崩塌與承載力低下，應(yīng)慎用。一般在刀盤(pán)頭部安裝有吸塵設(shè)備和噴水裝置，掘進(jìn)時(shí)連續(xù)噴水降塵。 滾刀 類(lèi)型：圓盤(pán)型、楔齒形、球齒型 （ 2）切削式 25 主要利用巖石抗彎、抗剪強(qiáng)度低 (僅為抗壓強(qiáng)度的 5~10%)的特點(diǎn)， 靠銑削 (即剪切 )與彎斷破碎巖體。 國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展技術(shù)水平 （ 2） TBM 在我國(guó)的應(yīng)用 我國(guó)目前急需超大直徑盾構(gòu)與 TBM 我國(guó)十二五期間 TBM 的市場(chǎng)需求在 200 臺(tái)以上，設(shè)備價(jià)格超過(guò) 300 億元。五六十年代隨著機(jī)械工業(yè)與掘進(jìn)機(jī)技術(shù)水平的不斷提高發(fā)展較 快。與雙護(hù)盾TBM 相比，掘進(jìn)與安裝管片不能同時(shí)進(jìn)行。威爾遜研制出 TBM 試用于花崗巖掘進(jìn)未獲成功。目前一般旋噴長(zhǎng)度為 20m 左右，開(kāi)挖 18m，留 2m 搭接。常用管棚為108mm~159mm,也有采用更大的管棚。 施工要點(diǎn)及技術(shù)措施 ①注意控制先行導(dǎo)洞的開(kāi)挖中線(xiàn)和水平，確保開(kāi)挖斷面圓順，鋼格柵安裝位置正確。 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 工序較復(fù)雜，導(dǎo)坑的支護(hù)拆除困難，有可能由于測(cè)量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了下沉值，而且成本較高，進(jìn)度較慢。 CD 法首次在德國(guó)慕尼黑地鐵工程的實(shí)踐中獲得了成功， CRD 法是日本吸取歐洲 CD 法的經(jīng)驗(yàn)，將原CD 工法先開(kāi)挖中壁一側(cè)改為兩側(cè)交叉開(kāi)挖、步步封閉成環(huán)、改進(jìn)發(fā)展的一種工法。 （ c）正臺(tái)階法開(kāi)挖優(yōu)缺點(diǎn) 靈活多變，適用性強(qiáng)。但由于開(kāi)挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，且每個(gè)循環(huán)工作量較大。要做到這點(diǎn)，必須遵守十八字方針，初支必須從上向下施工，初支基本穩(wěn)定后才能做二襯，且必須從下到上施工。 錨拉支撐適于開(kāi)挖較大型、深度不大的或使用機(jī)械挖土，不能安設(shè)橫撐的基坑。 （ 2）鋼管 (或型鋼 )支撐 內(nèi)撐式支護(hù)由支護(hù)樁或墻和內(nèi)支撐組成，適用于各種地基土層，缺點(diǎn)是內(nèi)支撐會(huì)占用一定的施工空間。 SMW 工法是利用專(zhuān)門(mén)的多軸攪拌機(jī)就地鉆進(jìn)切削土體，同時(shí)在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾?，再?H 型鋼或其他型材插入攪拌樁體內(nèi)，形成地下連續(xù)墻體，利用該墻體直接作為擋土和止水結(jié)構(gòu)。水泥土與其包圍的天然土形成 重力式擋墻支擋周?chē)馏w，保持基坑邊坡穩(wěn)定。 （ 2）板樁支護(hù) 當(dāng)基坑較深、地下水位較高且未施工降水時(shí)，采用板樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，既可擋土、防水，還可防止流砂的發(fā)生。有時(shí)雖有足夠放坡的場(chǎng)所，但挖土及回填土方量大，考慮工期、工程費(fèi)用并不合理，也不宜采用放坡開(kāi)挖。 ? 適用對(duì)象：水底隧道。 基于 NATM 理論，開(kāi)挖中采用各種輔助施工措施加固圍巖。 15 二 、蓋挖法 ? 含義 ：先用連續(xù)墻、鉆孔樁等作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)和中間樁，然后施工鋼筋混凝土蓋板，在蓋板、圍護(hù)墻、中間樁的保護(hù)下進(jìn)行土方開(kāi)挖與結(jié)構(gòu)施工。 襯砌技術(shù) 一般有現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制混凝土兩類(lèi)。 hq—荷載等效高度，按下式計(jì)算： hq＝ q/γ， 其中： q—按深埋隧道計(jì)算的豎向均布?jí)毫?kN／ m2； γ—圍巖容重（ kN／ m2）。 ⑶ 施工因素：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過(guò)大，又如分部開(kāi)挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，加大自然拱范圍。 ●圍巖壓力按作用力發(fā)生形態(tài)分為： ⑴ 松動(dòng)壓力：是指由于開(kāi)挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力。 （ 4）模型求解方法 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 ：力法 （矩陣力法）、位移法（矩陣位移法 ——一維桿系有限元法） 地層 —結(jié)構(gòu)模型 （ 1）特征 a）將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視為一體，作為共同承載的 結(jié)構(gòu)體系 ； b）圍巖是 直接的承載單元 ，支護(hù)結(jié)構(gòu)只是用來(lái)約束和限制圍巖的變形。 利用圍巖與支護(hù)共同作用特性來(lái)選擇支護(hù)參數(shù)的方法叫作特征曲線(xiàn)法（又稱(chēng)為收斂約束法）。 二、破損階段設(shè)計(jì)法 考慮結(jié)構(gòu)材料破壞階段的工作狀態(tài)（圖 d）進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算的方法。 (4)圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng) 圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)是地下工程圍巖變形、破壞的根本作用力，它直接影響圍巖的穩(wěn)定性。該應(yīng)力稱(chēng) 重分布應(yīng)力、二次應(yīng)力或圍巖應(yīng)力 。 （ 2）膨脹內(nèi)鼓： 在膨脹巖地區(qū)，洞室開(kāi)挖后水分向松動(dòng)圈集中，導(dǎo)致巖石吸水膨脹，并向洞內(nèi)鼓出的現(xiàn)象。 4）散體結(jié)構(gòu)巖體：節(jié)理、裂隙很發(fā)育，巖體十分破碎，可視為土體。 第三節(jié) 地下空間的防災(zāi)特性 一、地下空間的防災(zāi)性能 地下空間的抗爆性能 地下空間的抗震性能 地下空間對(duì)城市大火的防護(hù)能力 地下空間的防毒性能 地下空間對(duì)風(fēng)災(zāi)的減災(zāi)作用 地下空間 在城市的防洪作用 4 二、地下空間在城市綜合防災(zāi)中的作用 為在地面空間中難以抗御的災(zāi)害作好防災(zāi)準(zhǔn)備； 在地面上受到嚴(yán)重破壞后保存部分城市功能和災(zāi)后恢復(fù)的潛力； 與地面防災(zāi)空間配合，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)功能的互補(bǔ)。首先，在這些地點(diǎn)，各種城市矛盾，特別是交通矛盾較為突出，因而也是城市再開(kāi)發(fā)的主要位置 。 e、市政公 用設(shè)施的主干管、線(xiàn)。 可供合理開(kāi)發(fā)利用的地下空間資源總量 合理開(kāi)發(fā)深度以 2020m 計(jì)。 第三時(shí)代從 5 世紀(jì)至 14 世紀(jì)的中世紀(jì)時(shí)代。 地下空間開(kāi)發(fā)利用的歷史 與人類(lèi)的文明史相呼應(yīng)，可分 4 個(gè)時(shí)代： 第 1 時(shí)代：從出現(xiàn)人類(lèi)至公元前 3000 年的遠(yuǎn)古時(shí)期 第二時(shí)代 :從公元前 3,000 年至 5 世紀(jì)的古代時(shí)期。 50 多年來(lái)，隧道及地下工程在中國(guó)得到了很大的發(fā)展，共建成：鐵路隧道 6876 座，總長(zhǎng)度 3670km，居世界第一；公路隧道（包括水