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1、隧道施工方法隧道施工方法 1. 1.新奥法施工方法新奥法施工方法 2.2.传统矿山法与新奥法的对比传统矿山法与新奥法的对比 3.3.洞口段施工方法洞口段施工方法 4.4.明洞施工方法明洞施工方法 5.5.辅助施工措施辅助施工措施 6.6.特殊地质地段的隧道施工特殊地质地段的隧道施工1. 隧道施工主要方法 矿山法 传统矿山法 新奥法 明挖法 掘进机法 盾构法 沉管法 顶进法本章介绍:矿山法 、明挖法 工程的重要性 工程地质与水文地质条件 施工技术水平、机械设备情况 施工中动力和原材料供应情况 工程投资与运营后的社会效益和经济效益 对环境的保护要求 施工单位的习惯做法 新奥法与传统矿山法的关键异同
2、点: 相同: 均采用钻爆法施工。 不同: 对围岩的处理不同。 新奥法施工的基本原则: “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。 12字口诀,务必理解渗透!全断面一次开挖法 1. 适应条件 、级围岩 大型施工机具(钻孔台车、模板台车等) 经济性考虑:中长隧道。 表示方法: 横断面工序图、 纵断面工序展开图习惯标注方法: 阿拉伯字1、2、3.表示挖掘; 罗马字、.表示支护;图6-1 全断面施工方法(单位:m)1201501 量测量测 台车就位 钻眼装药、放炮 找顶 出碴锚喷通风 钻爆作业循环:钻爆作业循环: 工序少,管理方便; 进度快大型机械、爆破效果好; 对围岩扰动少爆破1次; 要求地质条件较好。问
3、题: 地质条件变差时,大型机械怎么办?3.施工特点 三条主要作业线:(1) 开挖作业线 钻孔台车、装药台车、大型装碴机与运载车(2) 锚喷作业线 混凝土喷射机、喷射机械手、运输进料设施(3) 模注混凝土衬砌作业线 混凝土拌合、混凝土输送、防水层作业、衬砌模板 4.机械化施工的关键 1. 特点将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖;随着台阶长度的调整,它几乎可以用于所有的地层,因而是在现场使用的主导方法。2.种类 长台阶法 短台阶法 超短台阶法 6.2.2 台阶法(1) 初期支护闭合环的时间要求 围岩越差,闭合时间要求越短,台阶必须缩短。(2) 施工机械的效率 效率高,则可以缩短支护闭合时间,台阶
4、可适当加长。原则: 希望初期支护尽快闭合。 围岩不好时,应以条件为主; 围岩较好时,应以条件为主。 长台阶法台阶长度L5BL5B,B B为洞室的宽度。 甚至可以上台阶先贯通,即为“半断面法”。特点:进度快,仅次于全断面法。适用于:级围岩。B(a)5B12124. 4. 施工工序施工工序台阶缩短:台阶缩短: (1 11.51.5)B B L L5B, 5B, 特点:特点: 支护闭合时间加快,围岩稳定性增加;支护闭合时间加快,围岩稳定性增加; 台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于:适用于:、级围岩级围岩(b)(11.5)BB1122答:答:上台阶存碴面积减小,
5、往下台阶推碴次数增多。上台阶存碴面积减小,往下台阶推碴次数增多。解决办法:解决办法:增加平行作业的时间,有利于加快进度。增加平行作业的时间,有利于加快进度。 皮带运输机皮带运输机 过渡坡道过渡坡道 、钢结构跳板、钢结构跳板( (仰拱先做仰拱先做) ) 、石碴坡道、石碴坡道( (仰拱后做仰拱后做) )见下面的相片见下面的相片问题:问题: 台阶缩短对施工进度有何不利?台阶缩短对施工进度有何不利? 特点:适用于:B(c)5B2B1B212B2(b)2(11.5)B11B(或35m)(c)将3种台阶法放在一起比较:区别主要在台阶长度。1. 环形开挖留核心土法特点: 留核心土支顶工作面,稳定性优于超短台
6、阶法: 进度慢。适用于:土质或易坍塌的软弱围岩;小型施工机具。 25图6-3 环形开挖留核心土法341415核心土核心土工字钢工字钢临时工作平台临时工作平台特点: 洞室开挖跨度减小,有利于围岩稳定; 导坑要闭合,增加了材料用量; 进度慢。 适用于:断面跨度大,对地表沉陷有控制要求的软弱。图6-4 单侧壁导坑法123132特点:双导坑,使洞室最大开挖跨度更小,稳定性增加;耗材增加;进度慢。 适用于:对地表沉陷要求更高,或跨度更大的隧道。 图6-5 双侧壁导坑法133241421.双侧导坑的开挖是对开还是错开?为什么?答:应错开挖,间距710m。 避免在同一断面上同时开挖的总跨度过大。2.导坑尺寸
7、如何确定?答:应满足施工要求,但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。问题:6.3.1传统矿山法简介传统矿山法有:全断面法台阶法漏斗棚架法蘑菇形法上下导坑先拱后墙法,等。 仅选择传统矿山法中具有代表性的上下导坑法予以介绍,以资与新奥法施工对照。下导坑15205011769442图6-6 上下导坑先拱后墙法(单位:m)152015201520上导坑落 底上导坑扩大立模板灌注砼203015203040 养生710天挖中层漏斗46463246挖马口砌边墙793优点: 有拱圈保护,安全; 有两个导坑,有利于通风、排水与运输。缺点: 两个导坑增加了造价; 边墙须开挖马口,进度慢。适应于:、级围岩。名词解释:
8、 挖马口在“先拱后墙法”施工中,开挖边墙的工序。 隧道中线衬砌边墙衬砌边墙挖马口示意图111112222221定义:先行开挖,能为后续开挖提供施工便利的坑道。 为后续工作面创造临空面,提高爆破效果; 查明前方地质情况; 排除地下水; 铺设“三管两线”水管、压缩风管、通风管;电线、运输线; 改善施工通风条件。导坑的作用:相同: 均属于钻爆法。不相同:对围岩的认识和处理上不同。对照表6-2解释:6.3.2 传统矿山法与新奥法施工的区别表 6-2 传统矿山法与新奥法施工的区别 新奥法 传统矿山法 临时支护 喷锚支护 木支撑为主、钢支撑 永久支护 复合式衬砌 单层模注混凝土衬砌 支 护 闭合支护 强调
9、 不强调 控制爆破 必须采用 可采用 量测 必须采用 无 施工方法 分块较少 分块较多 6.4.1 洞口段的概念指洞口浅埋段,即开挖可能给洞口地表造成不良影响的范围。6.4 洞口段施工方法图6-7 洞口段的一般范围洞门位置明暗交界明洞段洞口段HH-深浅埋分界处 覆盖层厚度,约 为22.5倍天然 拱高度。1.覆盖浅、地质差, 地表水汇集。2.进洞顺利与否,对工程的展开影响甚大。洞口段施工注意事项:先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。刷坡应自上而下逐段开挖。不采用深眼大爆破开挖边仰坡。 洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工,连成整体。端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行,以防衬砌产生偏压。洞口应设
10、置加强衬砌段,其长度一般不小于10m。 洞口段特点:影响施工方法的因素:施工机具配备情况洞外相邻建筑的影响地形条件地质条件-最为重要!按地质条件,有以下几种施工方法:1. 全断面法进洞适应于:、级围岩。注意事项:初始1020m区段的开挖,应将爆破进尺控制在23m。6.4.2 进洞方法视地质条件,严格控制爆破进尺: 、级围岩短台阶 爆破进尺1.5m2.5m;网、锚、喷支护。 、级围岩短台阶 爆破进尺在1.5m以内;超前锚杆(或小导管),钢拱架。 、级围岩超短台阶 进尺0.51.0m;不爆破,人工或机械挖掘。问题:、级围岩能否用台阶法进洞?答:可以,前提是在不具备全断面进洞的条件下(无大型机具)
11、用长台阶法,但初始段爆破进尺仍应控制在23m内。2. 台阶法进洞当围岩很差,超短台阶法往往还不够安全,可用: 环形开挖留核心土法(前已述) 侧壁导坑法(前已述) 下导坑法图6-8 下导坑进洞方式15432531520m3. 其它进洞方法管棚预支护进洞示意图衬砌隧道中心线C25钢筋混凝土套拱导向架 (纵向2.5m长)管棚(4)预支护法进洞管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱适用于:覆盖层薄、边仰坡不稳、偏压等。方法: 在洞口处先作一段明洞,抵紧仰坡坡脚,在明洞上及时回填以加固仰坡,然后暗挖进洞。洞门位置明洞回填土4. 明洞法进洞6.5.2 先拱后墙法 适用于:不宜大范围开挖边仰坡的情况。优点
12、:土石方开挖量较小,刷坡较低。缺点:衬砌整体性较差,边墙防水层施作不方便。 31图6-10 明洞先拱后墙法1:m46辅助施工措施:对地层进行预支护或预加固。预支护: 预留核心土 超前锚杆 管棚,等。预加固: 地层注浆 地表锚喷加固。预支护兼预加固:超前小导管注浆 6.6 辅助施工措施6.6.1 超前锚杆特点:形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于:软弱破碎地层。510开挖面超前锚杆图6-11 超前锚杆设置方式示意图超前锚杆超前锚杆超前锚杆表表6-3 6-3 超前锚杆超前锚杆( (或小钢管或小钢管) )设计参数设计参数围岩级别围岩级别锚杆直径锚杆直径(mm)小钢管直径小钢管直径(mm)锚杆长度锚杆
13、长度(m)环向间距环向间距(cm)外插角外插角锚杆锚杆小钢管小钢管2020252532323 35 5303050505 510105 510101818222240406060注:外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角;注:外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角; 锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑;锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑; 中空锚杆目前的最小直径为中空锚杆目前的最小直径为25mm25mm。6.6.2 管棚 图6-12 管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架12钢管(70180mm)钢管(70180mm)特点:管径粗(外径为70180mm) 。施
14、作要点:(1) 单根长46m,总长可至数十米。(2) 一环管棚长度一般不小于10m。(3) 可向管内注入水泥砂浆,以增加其刚度。(4) 钢管的尾部需架设在钢拱架上,并焊死;(5) 相邻两榀钢拱架间以拉筋相连 。(6)与岩壁之间,环向每隔2m应用楔子楔紧。优点:在所有预支护措施中,管棚支护能力最强。缺点:施工技术较复杂,造价较高。单根钢管构造:6.6.3 超前小导管注浆特点:预支护+预加固,支护效果强于超前锚杆。适用于:软弱破碎地层。步骤:喷砼封闭开挖面;钻孔;插入小导管;导管注浆。小导管(钢管) 小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架1015小导管构造:3842
15、mm无缝钢管,单根长35m,管壁注浆孔,孔径68mm,孔距1520cm。小导管小导管钢拱架钢拱架 小导管设计注意事项:bR)7.06.0(nlRQ.2超前小导管注浆(见前);超前长导管注浆,图a;正注浆区域已注浆区域(a)注浆加固区域注浆管地表注浆,图b;由平导内向正洞周围注浆,图c,等。 而采用得最多的仍是超前小导管注浆。地表(b)(c)平行导坑正洞 现场注浆试验;现场注浆试验; 公式计算作参考:公式计算作参考: 注浆总数量注浆总数量 (6-3)(6-3)式中:式中: A A注浆范围岩的体积;注浆范围岩的体积; n n围岩空隙率,围岩空隙率,% %; 浆液充填系数,一般取浆液充填系数,一般取
16、0.70.70.90.9; 注浆材料损耗系数,通常在注浆材料损耗系数,通常在0.10.1左右。左右。式中的式中的 就是地层充填率。就是地层充填率。 )1 (.nAQ)1 (n目的:稳定边仰坡。适用于:覆盖层薄或高大边仰坡。1. 地表锚喷预加固类型与加固方法 洞边仰坡网、锚、喷(相片)地表网锚喷地表网锚喷6.6.5 地表锚喷加固 洞门上方陡坎加固锚杆加固范围: 经验方法 加固宽度B(12)b,b为隧道开挖宽度; 加固长度为浅埋段长度。 破裂面估算法:用一院法计算破裂角。 喷层厚喷层厚5 510cm10cm; 锚杆直径锚杆直径161622cm22cm,长度,长度3 36m6m, 间距间距1 12m2m; 钢筋网:筋径钢筋网:筋径6 68mm8mm,40cm40cm40cm40cm的网格;的网格;(4)(4)在洞门一定范围内,宜尽量将地表锚杆插入拱在洞门一定范围内,宜尽量将地表锚杆插入拱部衬砌中。部衬砌中。 2. 地表锚喷加固经验参数隧顶溶洞,锚喷加固,必要时注浆加固与堵水,并加设隧道护拱及拱顶回填,见 图6-21。图6-20 溶洞堵填示意图干砌片石片石、碎石回填密实图6-21 锚喷加固与护