现代气压沉箱工艺与施工技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,11/14/2019,#,4.1,概述,4.2,技术 介绍,4.3,工程应用,4.4,小结,第,4,章 现代气压沉箱工艺与施工技术,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,工法原理：,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的一种地下工程施工方法。,压缩空气,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,工作室,在地面上完成构作物的结构,工作室,工作室,这个原理适用于沉箱,工作室,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,沉入地底下后，水就涌入了工作室,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,作业室空气压力等于外水压力，施工才可能进行,。,压缩空气,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,突出优势：,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。,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,还有,20cm,左右,水中挖土,天顶移动式沉箱挖土机,不发生漏气,水位连动型,压力自动控制装置,微调作业气压,（,可以,10cm,的精度调整,）,作业气压设在只比肋脚底部低一点点的地方,（,水头,20cm,MPa,左右,）,气压沉箱工法因为延垂直方向下沉结构体，所以能防止漏气引发的事故。,气压沉箱的压气,（,垂直方向,）,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,双 头,碎石机,余土宽度的调整,软土,硬质,旋臂刀,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,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,。,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,。,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,桥梁基础,竖 井,电力设施,垃圾坑,地下停车场,泵站调节池,隧 道,防汛堤,地下鉄駅舎,气 压 沉 箱,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,民营大楼的地下室,首都高速大宫,JR,下的沉箱,4.1,概述,4.1.1,气压沉箱工法的工艺原理,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,气压沉箱基础：,沉箱形似有顶盖的沉井。沉箱基础是一种较好的施工方法和基础型式。当沉箱就位后，将压缩空气压入沉箱室的内部，排出存在于工作室中的水，施工人员在箱内进行挖土施工，并且通过升降筒和气闸，把弃土外运，从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设计标高，最后用混凝土填实工作室。,4.1,概述,4.1.2,气压沉箱工法与沉井工法的区别,沉井基础：,是以沉井作为基础结构，将上部荷载传至地基的一种深基础。沉井是一种四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物。沉井通常用钢筋混凝土制成。它通过从井孔内挖土，借助自身的重量来克服井壁的摩阻力下沉至设计标高。,沉井基础的特点是埋深大、整体性强、稳定性好，能承受较大的竖向作用和水平作用。沉井井壁既是基础的一部分，又是施工时的档土和挡水结构物，施工工艺也不复杂。,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,开始,装配地坪的整平,胚模作业,作业室建设,舾装,沉降挖掘,建造主体,地下混凝土,舾装解体,沉箱间连接,完成,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,砂土胚模,肋脚金属物,垫板,整平沉箱装配所用的地坪，建砂土胚模,（,浇注工作室底板混凝土时的模板支架,）,。,肋脚金属物,砂土胚模,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,工作室底板,工作室底板,在地面上，建造最初的底板结构,（,能确保沉箱施工的刚性所需的高度位置,）,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,人 舱,材料舱,塔 吊,挖掘开口,材料舱,人舱,设置用于搬运施工资材的塔吊,、,用于搬运砂土的材料舱、作业人员出入涵箱的人舱、舾装设备等,。,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,沉箱铲车,地面远程操作室,远程操作盘,无人挖掘机,挖掘,搬出箱内砂土的同时，控制沉降，将结构体沉至所规定的深度,。,4.1,概述,4.1.3,气压沉箱工法的工艺流程,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,并且通过升降筒和气闸，,把弃土外运，,从而使沉箱在自重和顶面压重的作用下逐步下沉至设,计标高，最后用混凝土填实工作室。,舾装解体,回 填,水荷载,地下混凝土,沉至所定深度后，在工作室内填入地下混凝土，使其与结构体一体化。然后，搬出设备，进行回填。,4.2,技术介绍,4.2.1,气压沉箱工法的功能系统,气压沉箱工法主要设备系统包括：,（,1,）遥控沉箱液压挖机研制；,（,2,）远程遥控系统研制；,（,3,）液压升降出土皮带机研制；,（,4,）物料出入塔的研制；,（,5,）人员出入塔研制；,（,6,）螺旋出土机研制；,（,7,）地下（挖掘操作）监视系统；,（,8,）供排气系统；,（,9,）,3D,地貌显示系统；,（,10,）移动氧舱；,（,11,）其它辅助设备。,4.2,技术介绍,4.2.1,气压沉箱工法的功能系统,气压沉箱内部主要设备：,（,1,）物料塔,（,2,）人员塔,（,3,）螺旋出土机,（,4,）遥控挖机、,（,5,）皮带出土机,（,6,）地下监控系统设备,（,7,）地下照明,（,8,）通讯设备,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,气压沉箱存在两级系统：,（,1,）地下开挖卸载的工作系统,（,2,）地面的管理与操作系统,（,3,）要进行两级的无缝对接：对地下要有快速的识别,地貌与信号监测系统,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,常规气压沉箱的地下地上交流存在的问题：,现代气压沉箱施工过程中无人进箱，管理人员仅通过,摄像机传来的图像,来,观察,沉箱工作情况，不能对沉箱工作室内地貌挖掘情况进行,有效测量,，也无法形成真实感的沉箱工作室场景。同时挖掘机操作人员是通过观察摄像机二维图像来操纵挖掘机，操作人员缺乏身临其境的感觉。其次在多部挖掘机协同作业，在协同作业的过程中，,挖掘机容易发生碰撞,。,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,3D,地貌与信号监测系统：,可对沉箱工作室内地貌挖掘情况进行有效测量和三维显示，并有效警示多部挖掘机协同作业中的相互碰撞。,系统主要包括：,（,1,）系统硬件；,（,2,）三维数据；,（,3,）,3D,地貌建模研究与实现；,（,4,）数据库系统。,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,系统可实现的主要功能：,（,1,）利用激光扫描技术，开发了一套三维激光扫描系统，该系统可适用沉箱环境，实现沉箱,3D,地貌数据扫描功能。,（,2,）研究开发了气压沉箱,3D,地貌建模系统，该系统使用,OpenGL,实现了,3D,地貌的实时建模,.,并可实时测量沉箱工作室地面任意处的挖掘深度。,（,3,）采用倾角传感器，实时测量沉箱体的,X,和,Y,轴的倾角值，利用此值实时测量沉箱体的四角高差，实现了对沉箱体姿态的实时监视。,（,4,）采用激光测距仪等传感器实时测量挖掘机的位置，实现了挖掘的实时位置显示和挖掘机避碰智能语音报警。,（,5,）开发了,3D,地貌显示系统、数据处理系统、控制系统等一整套软件。,（,6,）该,3D,地貌与信号监测系统硬件软件经过工程应用检验了其成效，为工程的顺利实施提供了信息保证。,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,沉箱地貌三维建模流程图,沉箱地貌三维建模流程,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,云图像及深度测量,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,三维面及测量,4.2,技术介绍,4.2.2,地貌与信号监测技术,数据库系统,4.2,技术介绍,4.2.3,气压沉箱结构设计技术,（,1,）沉箱设计要点,沉箱结构设计要点：,重点要解决强度、变形、稳定等安全性；,沉箱设计主要内容：,沉箱结构尺寸确定、下沉稳定性分析与结构内力变形分析、沉箱支承、压沉及自主纠偏一体化系统。,需要解决的问题：