遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱技術(shù)與應(yīng)用

前言

　　城市大深度大規(guī)模的地下空間建設(shè)往往面臨復(fù)雜的周邊環(huán)境，諸如密集建筑（歷史建筑、保護(hù)建筑）群區(qū)、密集管線區(qū)及復(fù)雜的地下交通樞紐等敏感區(qū)域。常規(guī)施工方法的工程降水與開(kāi)挖作業(yè)會(huì)引起周邊土體的下沉和位移，給鄰近建（構(gòu)）筑物帶來(lái)嚴(yán)重的影響，甚至造成工程事故。氣壓沉箱工法因其采用氣壓平衡水土壓力、對(duì)周邊環(huán)境影響小的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有遠(yuǎn)低于基坑圍護(hù)體所需插入深度的要求，有較好的經(jīng)濟(jì)效益，因而比較適應(yīng)城市密集環(huán)境的地下工程建設(shè)。本書《遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱技術(shù)與應(yīng)用》在總結(jié)該項(xiàng)技術(shù)的工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果的基礎(chǔ)上而編著，其目的是為推廣氣壓沉箱工法在工程中的應(yīng)用?！　”緯Y(jié)合近年來(lái)上海市基礎(chǔ)工程有限公司采用氣壓沉箱工法進(jìn)行的工程實(shí)踐，對(duì)氣壓沉箱工法的原理、特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了較全面、系統(tǒng)的歸納和闡述。在理論分析方法方面，針對(duì)沉箱結(jié)構(gòu)受力狀況、沉箱下沉姿態(tài)控制、刃腳下土體的極限抵抗力等多方面的問(wèn)題，系統(tǒng)地介紹了刃腳基礎(chǔ)極限承載力、下沉穩(wěn)定性等計(jì)算方法。在沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)解決強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定等安全問(wèn)題。內(nèi)容包括沉箱結(jié)構(gòu)尺寸確定、結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形分析、沉箱支承、壓沉裝置的設(shè)計(jì)。施工技術(shù)方面，重點(diǎn)介紹了現(xiàn)代氣壓沉箱工藝、沉箱結(jié)構(gòu)制作和下沉、下沉穩(wěn)定計(jì)算、下沉控制系統(tǒng)、氣壓下沉箱封底技術(shù)、高氣壓下的生命保障系統(tǒng)等方面的內(nèi)容。在施工控制方面，主要解決了遙控沉箱液壓挖機(jī)、遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)、液壓升降出土皮帶機(jī)、螺旋出土機(jī)、三維地貌顯示系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)等問(wèn)題。通過(guò)工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了采用氣壓沉箱工法進(jìn)行深基礎(chǔ)工程的理論分析、設(shè)計(jì)與工程實(shí)施，使讀者對(duì)氣壓沉箱技術(shù)有全面的了解?！　”緯淖髡叨际腔钴S在地下工程領(lǐng)域的中青年科技骨干，本書《遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱技術(shù)與應(yīng)用》匯集了他們多年在這一領(lǐng)域共同探索、努力實(shí)踐和不斷創(chuàng)新的成果。希望讀者能從本書中得到啟迪和借鑒，為共同推動(dòng)氣壓沉箱工法在我國(guó)深基礎(chǔ)工程的應(yīng)用作出更大的貢獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

本書在總結(jié)氣壓沉箱技術(shù)研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編著而成，詳細(xì)地論述了遠(yuǎn)程遙控氣壓沉箱技術(shù)的理論分析方法、設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和設(shè)備系統(tǒng)，并給出了工程實(shí)例。此外，附錄部分給出了現(xiàn)代氣壓沉箱技術(shù)施工深基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)照片。本書介紹的設(shè)計(jì)內(nèi)容、關(guān)鍵施工技術(shù)和核心設(shè)備，對(duì)于讀者具有很高的參考價(jià)值。    本書可供從事地下工程設(shè)計(jì)、施工及管理人員應(yīng)用與參考，也可作為高校師生的科研與教學(xué)參考書。

書籍目錄

第一章 緒論  第一節(jié) 氣壓沉箱工法的基本原理  第二節(jié) 氣壓沉箱工法的特點(diǎn)  第三節(jié) 氣壓沉箱工法在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r第二章 氣壓沉箱的分析方法  第一節(jié) 沉箱刃腳基礎(chǔ)地基極限承載力分析方法  第二節(jié) 下沉穩(wěn)定性計(jì)算  第三節(jié) 地震響應(yīng)三維有限元分析第三章 氣壓沉箱設(shè)計(jì)方法  第一節(jié) 總體設(shè)計(jì)  第二節(jié) 沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  第三節(jié) 沉箱下沉計(jì)算與穩(wěn)定驗(yàn)算  第四節(jié) 沉箱刃腳計(jì)算第四章 氣壓沉箱施工技術(shù)與管理  第一節(jié) 概述  第二節(jié) 結(jié)構(gòu)制作技術(shù)  第三節(jié) 沉箱下沉受力分析  第四節(jié) 沉箱下沉施工技術(shù)  第五節(jié) 支承、壓沉系統(tǒng)施工技術(shù)  第六節(jié) 設(shè)備安裝及輔助設(shè)備的配備  第七節(jié) 沉箱封底施工技術(shù)  第八節(jié) 施工過(guò)程控制  第九節(jié) 氣壓沉箱施工的生命保障系統(tǒng)  第十節(jié) 沉箱施工的管理第五章 沉箱施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)分析及監(jiān)控  第一節(jié) 沉箱施工期間的風(fēng)險(xiǎn)分析  第二節(jié) 監(jiān)控措施第六章 施工設(shè)備及配套系統(tǒng)  第一節(jié) 氣壓沉箱的主要設(shè)備  第二節(jié) 氣壓沉箱遙控液壓挖機(jī)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)  第三節(jié) 氣壓沉箱內(nèi)的皮帶出土運(yùn)輸機(jī)  第四節(jié) 物料塔的研制  第五節(jié) 人員塔  第六節(jié) 移動(dòng)式減壓艙  第七節(jié) 螺旋出土機(jī)  第八節(jié) 地下（挖掘操作）監(jiān)視系統(tǒng)  第九節(jié) 地下挖掘監(jiān)聽(tīng)及廣播音響系統(tǒng)  第十節(jié) 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)及控制系統(tǒng)  第十一節(jié) 氣壓沉箱供排氣系統(tǒng)  第十二節(jié) 三維地貌顯示系統(tǒng)第七章 工程實(shí)例  第一節(jié) 工程概況  第二節(jié) 工程地質(zhì)、水文概況  第三節(jié) 沉箱結(jié)構(gòu)理論計(jì)算  第四節(jié) 沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  第五節(jié) 沉箱施工技術(shù)  第六節(jié) 施工監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)結(jié)果分析附錄 工程照片參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　現(xiàn)對(duì)各種地基承載力計(jì)算方法簡(jiǎn)要介紹如下：　　1.極限平衡法　　在理想彈一塑性模型中，當(dāng)土體中的應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力和變形用彈性理論求解，這時(shí)土體中每一點(diǎn)都應(yīng)滿足靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件。當(dāng)土體處于塑性狀態(tài)時(shí)，力的平衡條件仍滿足，但是由于塑性變形的出現(xiàn)，不再滿足小應(yīng)變情況下的變形協(xié)調(diào)條件，但應(yīng)滿足極限平衡條件。極限平衡理論就是根據(jù)靜力平衡條件和極限平衡條件所建立起來(lái)的理論。　　2.極限分析法　　極限分析方法又分為上限法和下限法，即是先假定地基土在極限狀態(tài)下滑動(dòng)面的形狀，然后根據(jù)滑動(dòng)土體的靜力平衡條件求解。按照土體極限分析原理，地基土體在極限荷載作用下達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，一方面，平衡土體對(duì)應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)一定滿足應(yīng)力極限平衡方程與應(yīng)力邊界條件，且處處不違背塑性流動(dòng)法則，由此速度場(chǎng)求得的地基承載力為極限承載力的下限解；另一方面，平衡土體對(duì)應(yīng)的速度場(chǎng)一定滿足速率運(yùn)動(dòng)平衡方程與位移邊界條件，且處處不違背塑性流動(dòng)法則，由此速度場(chǎng)求得的地基承載力為極限承載力的上限解?！　?.滑移線法　　滑移線法根據(jù)極限平衡微分方程的特征線與土體內(nèi)滑移線方程一致的特性，采用特征線方法求解極限平衡微分方程，進(jìn)而得到破壞區(qū)域的滑移線場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。由此可見(jiàn)，滑移線法的理論框架亦屬于極限平衡方法，其不同點(diǎn)在于求解極限平衡方程的方法，但是多數(shù)還是將滑移線法作為一種獨(dú)立的分析方法?！　≡谇蠼獾鼗鶚O限承載力的過(guò)程中，極限平衡法、極限分析法以及滑移線法都是在假定地基土體為理想剛塑性體，且不考慮土體應(yīng)力與變形間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，從理論上來(lái)求解地基的極限承載力。而實(shí)際土體是由固、液、氣三相組成的復(fù)雜介質(zhì)，因此采用理論方法只能給出理想狀態(tài)下的解析解。　　4.有限差分法　　有限差分方法是將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的求解域。有限差分法以Taylor級(jí)數(shù)展開(kāi)等方法，把控制方程中的導(dǎo)數(shù)用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的函數(shù)值的差商代替進(jìn)行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組。該方法是一種直接將微分問(wèn)題變?yōu)榇鷶?shù)問(wèn)題的近似數(shù)值解法，數(shù)學(xué)概念直觀，表達(dá)簡(jiǎn)單，是發(fā)展較早且比較成熟的數(shù)值方法。5.有限元法利用有限元法求解地基極限承載力，其基本求解思想是把計(jì)算域劃分為有限個(gè)互不重疊的單元，在每個(gè)單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn)，將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點(diǎn)值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達(dá)式，借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解。采用不同的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)形式，便構(gòu)成不同的有限元方法。

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