完成
4.1 概述
4.1.3 气压沉箱工法的工艺流程
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
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）
工作室底板
WinSock WinSock R232 R422/485PCI卡 控制柜 R422/485PCI卡
数据库系统
2(4)
压力传感器
地下工作室部分
7(9) 7(9) 12(16) 传感器系统
激光测距仪
激光测距仪
7(9) 11(14)
激光 电机
限位 开关
光纤
三维扫描系统
驱动器 驱动器 PWM
温湿度
ADC 电源
4.3 工程应用——上海市轨道交通7号线12A标南浦站~耀华站中间风井工程
4.3.1 工程概况
工程自沉箱首节制作开始，历时近10个
月完成封底顺利竣工，情况可控良好。
沉箱下沉平稳连续、有关平面与标高偏 差控制均好于沉井；从对沉箱本体及周
边环境的监测反馈表明，沉箱本身以及
周边环境在整个施工过程中完全处于安 全状态，尤其是周边建构筑物的沉降量 明显低于围护明挖。
全国注册土木工程师（岩土）继续教育必修教材
城市地下空间建设新技术
2014年11月19-22日 合肥
第4章 现代气压沉箱工艺与施工技术
4.1 概述
4.2 技术 介绍
4.3 工程应用
4.4 小结
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。
气压沉箱的压气 （垂直方向）
20cm左右
天顶移动式沉箱挖土机 水中挖土
4.1 概述
4.1.1 气压沉箱工法的工艺原理
软土
余土宽度的调整
硬质
旋臂刀
双
头
碎石机
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。
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。
设计标高。
4.1 概述
4.1.3 气压沉箱工法的工艺流程
开始 舾装 装配地坪的整平 沉降挖掘 建造主体
地下混凝土
胚模作业 舾装解体 作业室建设 沉箱间连接
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
压 缩 空 气
4.1 概述
4.1.1 气压沉箱工法的工艺原理
这个原理适用于沉箱 在地面上完成构作物的结构 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
压 缩 空 气
作业室空气压力等于外水压力，施工才可能进行。
4.1 概述
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
沉箱地貌三维建模流程图
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
地面控制室部分
三维建模系统
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
隧
道
电力设施
泵站・调节池
气
压
沉
箱
地下鉄駅舎
地下停车场 防汛堤
垃圾坑
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
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
，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；
电源板 (自制)
11(12) 11(16)
DSP 板 R232
CAN
激光 电机
限位 开关 倾角传 感器
光纤
三维扫描系统 地下控制箱
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：（1）沉箱结构设计 ；（2）下沉稳定性计算与抗浮验算； （3）结构分析；（4）沉箱支承、压沉
4.2 技术介绍
4.2.4 现代气压沉箱工艺与施工技术
工法涉及到的专用装备：
自动挖机
4.2 技术介绍
4.2.4 现代气压沉箱工艺与施工技术
工法涉及到的专用装备：
监控、遥控挖机系统
4.2 技术介绍
4.2.4 现代气压沉箱工艺与施工技术
工法涉及到的专用装备：
螺旋出土机
4.2 技术介绍
4.2.4 现代气压沉箱工艺与施工技术
4.1 概述
4.1.3 气压沉箱工法的工艺流程
舾装解体
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。
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；
（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。
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
4.4 小结
气压沉箱技术有效解决了常规施工方法难以突破的应对大深度与管涌、流 砂及承压水等不利条件的技术难关，其在周边环境影响上对城市密集建筑 群区的地下空间开发有着不可替代的优越性和竞争力；而且，采用了遥控 技术、计算机技术、自动控制、生命科学等高新技术集成的现代无人化可
遥控气压沉箱技术，符合“以人为本、追求环保”的施工新理念，为城市
观的经济性。
4.1 概述
4.1.1 气压沉箱工法的工艺原理
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。 还有．．． 作业气压设在只比肋脚底部低一点点的地方 （水头20cm＝０．００２MPa 左右） 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）
不发生漏气
装置的设计与研究；（5）对施工反馈
的设计修正与总结。
4.2 技术介绍
4.2.4 现代气压沉箱工艺与施工技术
总体工法涉及到的专项技术包括： （1）现代气压沉箱施工工艺； （2）气压沉箱下沉控制技术；包括气压自动调节系统、出土控制系统、支承及压沉 系统及相互间的协调系统； （3）气压下沉箱混凝土自密实封底技术； （5）高气压环境下作业的技术； （6）编制现代新型气压沉箱施工规程，其中包括高气压环境下的操作规程等。
大深度、大规模的地下空间开发提供了新思路和新出路。该技术的突出优 点是对周边环境影响小，能最大程度地保障城市环境和居民生活的安全。