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第1章　概述1

1.1　沉井与沉箱的定义、特点及用途1

1.2　沉井与沉箱概述2

1.2.1　分类2

1.2.2　构造3

1.2.3　设计计算原则5

1.2.4　施工简介5

1.2.5　沉井与沉箱工法的优缺点比较12

1.3　沉井、沉箱工法进展概况13

1.3.1 沉井工法进展概况13

1.3.2　沉箱工法进展概况14

1.3.3　展望17

1.4　对我国开发沉井、沉箱工法的一点肤浅看法19

1.4.1　设计方法的合理化19

1.4.2　施工方法的开发课题19

第2章　施工前的勘察工作20

2.1　土质勘察20

2.1.1 目的20

2.1.2　勘察程序21

2.2　钻探与取样24

2.2.1　钻探24

2.2.2　取样27

2.3　室内土质试验30

2.3.1　土的物理特性试验30

2.3.2　土的力学特性试验36

2.4　土质原位试验概述38

2.4.1 原位试验的分类及各国的利用状况38

2.4.2　原位试验的优缺点40

2.5　标准贯入试验41

2.5.1　概述41

2.5.2　SPT的机理44

2.5.3 影响N值精度的因素及N值修正46

2.5.4　SPT自动化装置56

2.5.5　N值与土质参数的关系58

2.6　静力触探75

2.6.1　概述75

2.6.2　静力触探试验75

2.6.3 记忆式三功能静力触探仪77

2.6.4　孔内静力触探贯入试验装置83

2.6.5　触探结果的资料整理83

2.6.6　成果应用86

2.7　膨胀计92

2.7.1　装置和试验概况92

2.7.2　原位变形特性的评述93

2.7.3　膨胀计的应用95

2.8　旋转触探法99

2.8.1　概述99

2.8.2　RPT法的基本原理100

2.8.3 多刃钻头RPT试验101

2.8.4 RPT实用机介绍103

2.8.5 RPT实用机的适用性试验108

2.8.6 现场适用的举例111

2.9 声波成像地层评价技术113

2.9.1 推出声波成像评价地层特性的意义113

2.9.2 声波成像114

2.9.3 现场实用结果的讨论114

2.10 地下水调查118

2.10.1 地下水位的测定119

2.10.2 钻孔渗水试验122

2.10.3 对流渗水试验123

2.10.4 抽水试验124

2.11 环境勘察126

2.11.1 探测地下管道及埋设物体的必要性126

2.11.2　无损探测法126

2.11.3 电磁感应法127

2.11.4　地下雷达法128

2.11.5 电磁感应与地下雷达的并用法132

第3章　抗震设计计算135

3.1　地震及抗震设计的技术用语135

3.1.1 地震基本知识介绍135

3.1.2　技术用语140

3.1.3　惯性力142

3.2　设计计算的基本要求和程序143

3.2.1　基本要求143

3.2.2　设计程序143

3.2.3　设计条件的确认143

3.3　震度法设计147

3.3.1　稳定计算147

3.3.2　设计程序148

3.3.3　震度法设计水平震度的设定148

3.3.4　地层的允许承载力强度149

3.3.5　地层反力系数151

3.3.6　地层反力强度上限值155

3.3.7 变位、断面力及地层反力强度的计算157

3.3.8　构件设计157

3.3.9　下沉计算159

3.4　确保地震水平最大承载力法的抗震设计160

3.4.1 引入确保地震水平最大承载力法的必要性160

3.4.2　根据能量守恒定律推估非线性地震的响应160

3.4.3　设计方针及内容160

3.4.4　地层反力强度上限值161

3.4.5 确保地震水平最大承载力法抗震设计的荷载计算164

3.4.6 断面力、地层反力强度和变位的计算164

3.4.7　水平震度164

3.4.8　屈服判定166

3.4.9　沉箱水平最大承载力的核对167

3.4.10　沉箱塑性响应系数168

3.4.11 沉箱的水平变位及旋转角169

3.4.12　构件计算169

3.5　沉井桥基设计计算实例172

3.5.1　设计条件确认172

3.5.2　震度法设计174

3.5.3　确保地震水平最大承载力的抗震设计180

3.6　沉箱桥基设计计算实例183

3.6.1　设计条件确认183

3.6.2　震度法设计185

3.6.3　确保地震水平最大承载力法设计188

第4章　沉井工法及实例193

4.1　自沉沉井工法193

4.1.1　施工工序193

4.1.2　施工准备193

4.1.3　垫层计算制作195

4.1.4　现浇混凝土井筒构筑工法197

4.1.5　模板支设201

4.1.6　钢筋制作及安装205

4.1.7　混凝土浇筑施工206

4.1.8　抽垫212

4.1.9　水挖法213

4.1.10　双联射流水中挖掘系统214

4.1.11 干挖法219

4.1.12　井点降水222

4.1.13　挖排土设备及开挖方法227

4.1.14　孤石岩层爆破开挖231

4.1.15 中心岛法233

4.1.16　井筒下沉233

4.1.17　封底235

4.1.18　填芯235

4.1.19　施工监测管理237

4.2 自沉沉井工法施工实例240

4.2.1 直径64m天然液化气贮罐沉井施工实例240

4.2.2　高水位巨砾岩层中沉井施工实例252

4.3　SS沉井工法257

4.3.1　SS沉井工法的原理及构成258

4.3.2　施工顺序及适用范围260

4.3.3　施工实例260

4.4　压沉沉井工法263

4.4.1 压沉工法的优点及适用条件263

4.4.2　沉井上作用力的分析263

4.4.3　稳定压沉态的建立264

4.4.4　压沉与地层的关系264

4.4.5　地锚反力压入装置265

4.4.6　反力地锚杆拆除系统266

4.4.7 自动压沉施工监测系统270

4.4.8 下沉阻力的测量271

4.5　地下送电隧道竖井压沉沉井施工实例272

4.5.1　工程概况272

4.5.2　监测管理系统272

4.5.3　施工结果272

4.6　道路立交压沉沉井施工实例278

4.6.1　工程概况278

4.6.2　A沉井的施工280

4.6.3　B沉井的施工284

4.7　椭圆形桥墩压沉沉井施工实例290

4.8　自动化沉井工法291

4.8.1　概述291

4.8.2 自动化沉井工法的特点293

4.8.3 反铲抓斗分离自动化沉井工法293

4.9　连动自动化沉井工法294

4.9.1　系统构成294

4.9.2　施工299

4.10　供水盾构竖井连动自动化沉井施工实例301

4.10.1 工程概况301

4.10.2　系统概况302

4.10.3　施工结果305

4.11　地下铁盾构竖井连动自动化沉井施工实例308

4.11.1 沉井概况308

4.11.2　系统概况309

4.11.3　施工程序309

4.11.4　施工状况310

4.12　泄洪地下河工程中的连动自动化沉井施工实例310

4.12.1　工程概况310

4.12.2　施工中出现的问题及解决方法312

4.12.3 建立自动下沉管理系统在本工程中的重要性314

4.13 自由扩缩系统自动化沉井工法314

4.14 自由扩缩自动化沉井工法在供水工程中的应用实例316

4.14.1 工程概况316

4.14.2 竖井施工方法讨论318

4.14.3　挖掘和压沉计划318

4.14.4　深层混合搅拌（CDM）地层加固319

4.14.5　压入地锚320

4.14.6　施工321

第5章　沉箱工法324

5.1　沉箱工法概述324

5.1.1 沉箱构造及沉设原理324

5.1.2　工法优点325

5.1.3　高压危害及预防措施326

5.1.4　工法分类330

5.1.5　施工监测管理330

5.2　有人及无人挖掘沉箱工法333

5.2.1　有人挖掘工法333

5.2.2　无人挖掘工法334

5.2.3 自动挖掘、排土系统334

5.2.4　单挖型遥控挖掘机336

5.2.5　其他挖掘机340

5.2.6 有人工法与无人工法的对比340

5.3　排水、防渗及组合沉箱工法341

5.3.1 集水井排水沉箱工法341

5.3.2　外围排水沉箱工法342

5.3.3 注浆防渗沉箱工法342

5.3.4　冻结沉箱工法342

5.3.5　深井和防渗墙组合沉箱工法343

5.3.6　注浆与冻结工法组合沉箱工法344

5.3.7　沉箱侧壁的外防水处理344

5.4　压沉沉箱施工实例344

5.5　狭窄地域沉箱施工要领及实例346

5.5.1 狭窄地域沉箱施工要领346

5.5.2　沉箱施工的主要内容347

5.5.3　施工实例347

5.6　桥梁正下方沉箱基础施工实例350

5.6.1 引言350

5.6.2　桥基工程概况352

5.6.3　施工难点352

5.6.4　施工354

5.7　箱内大气吊仓遥控无人挖掘工法355

5.8　地表遥控无人挖掘工法356

5.9　地表遥控无人工法在污水工程中的施工实例357

5.9.1 沉箱的形状及土质概况357

5.9.2 自动化系统357

5.9.3　施工360

5.9.4　施工结果361

5.10　地表遥控无人工法桥基施工实例362

5.10.1　工程概况362

5.10.2　桥基系统构造特点363

5.10.3　沉箱施工设备364

5.10.4　遥控无人挖掘施工365

5.11　地表遥控无人工法海上桥梁基础施工实例366

5.12　充He混合气体无人遥控挖掘沉箱工法370

5.12.1 工法问世的必然性370

5.12.2　施工程序370

5.12.3 沉箱病零发病率的预防措施372

5.12.4　零发病率的施工实例1372

5.12.5 零发病率的施工实例2374

5.13　充He混合气体无人挖掘工法大深度沉箱近接施工实例376

5.13.1　引言376

5.13.2　近接施工中应预考虑的问题及其相应的措施377

5.13.3 深井排水对1线原有沉箱的影响378

5.13.4　充He混合气体无人挖掘工法的确认379

5.13.5　挖土工序380

5.13.6　设备381

5.13.7　施工实际381

5.13.8　信息化施工监测管理385

5.14　混合气体0.42MPa桥基沉箱施工实例389

5.14.1 三种混合气体的使用和无人系统的引入389

5.14.2　工程临时用桥390

5.14.3　沉箱钢壳390

5.14.4　挖掘下沉390

5.14.5　充He混合气体系统393

5.14.6　沉箱构筑394

5.14.7　承载力试验和填充混凝土工作394

5.15　多功能无人遥控沉箱挖掘机395

5.15.1 构造395

5.15.2　控制系统397

5.15.3　钻孔管理系统399

5.15.4　负荷试验399

5.15.5 多功能挖掘机的特点400

5.16　多功能无人遥控挖掘机高气压岩层沉箱施工实例400

5.16.1　工程概况400

5.16.2　高气压下的岩层挖掘400

5.16.3 气闸室设置方式的改进403

5.17　完全无人化沉箱工法404

5.18 自动回收挖掘机型无人沉箱工法及实例404

5.18.1 自动回收型挖掘机404

5.18.2 自动回收挖掘机型沉箱施工实例408

5.19　机器人无人沉箱工法410

5.19.1　机器人沉箱系统概述410

5.19.2　机器人的功能412

5.19.3　解体机器人413

5.19.4　承运机器人及提吊装置415

5.19.5 无人载荷试验系统416

5.19.6　箱内水位控制系统416

5.19.7 噪声抑制技术416

5.20　机械化、无人化小断面大深度沉箱工法及近接施工实例417

5.20.1　机械化、无人化小断面大深度沉箱工法417

5.20.2　近接铁道线的细长沉箱施工及动态观测实例419

5.21　沉箱工法在立体交通地下隧道中的应用实例424

5.21.1 工程概况424

5.21.2　工程地质概况424

5.21.3　施工条件和沉箱隧道工法的选定425

5.21.4　总体计划及施工程序427

5.21.5　施工措施432

5.22　沉箱近接（1.4m）施工措施实例442

5.22.1　工程概况442

5.22.2　施工中的重点课题443

5.22.3　措施445

5.22.4　措施实施结果450

5.23　岩层沉箱自动挖掘工法及实例451

5.23.1 开发岩层挖掘机的必然性451

5.23.2　岩层自动挖掘系统451

5.23.3 岩层沉箱自动挖掘工法实例453

5.24　沉箱基础极佳的抗震性456

5.24.1　概述456

5.24.2　空气箱底漏出457

5.24.3　微小气泡的表面张力458

5.24.4　土颗粒孔隙与气泡的上升运动459

5.24.5　地下水饱和度的下降459

5.24.6　地层液化的防止459

第6章　水中沉井工法461

6.1　水中沉井沉箱工法概述461

6.2　钢沉井工法及施工实例462

6.2.1 钢沉井主塔基础概况462

6.2.2　钢沉井的设计464

6.2.3　钢沉井的制作467

6.2.4　操作培训469

6.2.5　钢沉井设置前的海底挖掘471

6.2.6　钢沉井的拖航477

6.2.7　钢沉井的系泊478

6.2.8　钢沉井的沉设482

6.2.9　水中混凝土的浇筑及管理486

6.2.10　基础地层的变位测量490

6.2.11 主塔基础的防冲措施493

6.2.12　2P防冲施工496

6.2.13 防冲跟踪调查502

6.3　液压自动滑模沉箱工法及施工实例502

6.3.1 工法概况502

6.3.2　工法特点505

6.3.3　工程实例509

6.4　预制块拼接箱筒沉箱工法设计施工及实例511

6.4.1　预制块沉箱工法概况511

6.4.2　模型载荷实验512

6.4.3　PC块沉箱的设计、施工实例517

6.5　混合沉箱工法及施工实例521

6.5.1　HB沉箱工法521

6.5.2　大水深集装箱码头HB沉箱岸墙工程实例523

6.5.3　混合沉箱港湾防波堤的构筑实例527

6.5.4　钢构混合沉箱工法532

6.5.5 钢构混合沉箱工法斜面防波堤的构筑538

6.6　斜底抗震沉箱工法及应用实例542

6.6.1　设计542

6.6.2　施工545

6.6.3　施工实例547

6.7　水中沉箱无人设置系统549

6.7.1 开发无人设置系统的必要性549

6.7.2　系统概况及特点550

6.7.3　系统构成551

6.7.4　安全技术554

6.7.5　应用实例555

6.8　美国旧金山奥克兰连接桥半球沉井施工实例555

6.8.1 旧金山奥克兰连接桥概况555

6.8.2　半球沉井工法557

6.8.3 施工中的问题及应急措施558

第7章　测量传感器及特殊测量设备562

7.1　地层沉降观测方法562

7.1.1　地层沉降测量原理及分类562

7.1.2　变位桩法562

7.1.3　沉降板562

7.1.4　螺旋锥尖式沉降计（深层沉降计）563

7.1.5　滑动沉降计563

7.1.6　沉降元件沉降计（分层沉降计）564

7.1.7　十字臂沉降计565

7.1.8　连通管法沉降计565

7.1.9　直结变位计型沉降计565

7.1.10　连通管竖直相对变位计566

7.2　地层水平变位的观测方法及设备566

7.2.1　地表变位桩测量法566

7.2.2　地表伸缩计566

7.2.3　地表倾斜计567

7.2.4　地中倾斜计567

7.2.5　地中变位计569

7.3　土压计569

7.3.1 土压计的原理569

7.3.2　土压计应具备的条件570

7.3.3　土压计的种类571

7.3.4　土压计的标定573

7.3.5　半导体压阻型土压计573

7.3.6　土压计设置上的注意事项574

7.4　孔隙水压力计574

7.4.1 振弦型孔隙水压力计574

7.4.2　电感调频型孔隙水压力计575

7.4.3 电阻应变片型孔隙水压力计575

7.4.4　差动变压器型孔隙水压力计576

7.5　应力计576

7.6　井筒自身变位的测量方法577

7.6.1　静电容低差压计（相对沉降计）577

7.6.2　绝对沉降计578

7.6.3　相对、绝对沉降计在井筒下沉姿态监测中的应用实例579

第8章　施工事故及应急措施582

8.1　事故分类及应急措施总汇582

8.2　沉井事故应急事例584

8.2.1　推托式倾斜修正法584

8.2.2　沉井工法改为沉箱工法的应急事例584

8.2.3 沉井外围钻孔减小摩阻力的应急事例588

8.2.4　沉井工法变为开挖工法的应急事例589

8.3　沉箱事故应急事例590

8.3.1 供气软管管理失误造成的沉箱下沉异常590

8.3.2　射水过量造成的过沉590

8.3.3　沉箱超沉590

8.3.4　防止刃脚损伤的事例591

8.4　隆起及其压气应急措施591

8.4.1 挖掘黏性土时的压气效应591

8.4.2　隆起现象的试验观察592

8.4.3 膨胀量的评估及基底隆起的判定592

8.4.4　压气法防止隆起的优点593

8.4.5　作业气压的适用范围593

8.4.6 防止挖掘面隆起的压气应急事例593

8.4.7 竖井开挖隆起喷水压气工法的应急事例595

第9章　沉井、沉箱施工对周围环境的影响596

9.1　地层变形的防止及预测596

9.1.1　概述596

9.1.2　地层变形因素及防止措施596

9.1.3　周围地层变形的观测事例598

9.1.4　隔墙效果599

9.1.5　有限元法地层变形的预测600

9.1.6　数值解析地表沉降估算公式的导出607

9.2　防振的措施611

9.2.1　振动的基本定义、预测及控制目标611

9.2.2　防振措施613

9.2.3 气垫防振工法施工实例614

9.3　噪声抑制措施618

9.4　泥水分离处理及再利用620

9.4.1 自然脱水法621

9.4.2　土砂分离法621

9.4.3 高压薄层脱水处理系统623

9.4.4　真空加压脱水污泥处理及有效利用626

9.4.5　纸浆渣烧结灰泥土改良再利用工法及适用实例628

参考文献638