隧道新奥法施工原理与应用讲义讲稿.ppt

第8章 隧道新奥法施工原理与应用,8.1 概述 8.2 新奥法设计要点 8.3 新奥法的施工要点 8.4 新奥法施工中的监测工作,8.1 概述,图8-1 隧道周边径向位移与围岩压力的关系,图8-2 隧道收敛位移随时间的变化,8.2 新奥法设计要点,8.2.1 新奥法设计方法 8.2.2 新奥法设计的两阶段 8.2.3 新奥法的设计程序,8.2.1 新奥法设计方法,1.工程类比法 2.现场监控量测法 3.理论计算验算法,图8-3 隧道围岩力学模型,8.2.1 新奥法设计方法,8.2.2 新奥法设计的两阶段,(1)施工前预设计阶段 施工前预设计是在认真研究测定资料的基础上进行的。 (2)信息反馈修改设计阶段 由于在施工前预设计阶段，一般很难全部详细了解实际的地质条件，因此必须在施工现场进行监控量测，确认和修正施工前的预设计。,8.2.3 新奥法的设计程序,图8-5 新奥法隧道设计程序 注：在软弱破碎围岩地段，信息反馈修正设计常需要多次修正。,8.3 新奥法的施工要点,8.3.1 新奥法施工的基本原则 8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用 8.3.3 新奥法施工中的预支护 8.3.4 与矿山法的比较,8.3.1 新奥法施工的基本原则,(1)少扰动 在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。 (2)早喷锚 开挖后及时施作初期喷锚支护，使围岩的变形进入受控制状态，一方面使围岩不致因变形过度而产生坍塌失稳；另一方面使围岩变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力。 (3)勤量测 以直观、可靠的量测方法和量测数据来判断围岩(或围岩支护)的稳定状态及动态发展趋势，评价支护的作用和效果，以便及时调整支护时机、支护参数、开挖方法、施工速度，确保施工安全，并顺利进行是必要的。 (4)紧封闭 一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露导致强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩。,8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用,1)开挖阶段在时间和空间上都必须足够短，如图8-8所示。2)初始支护必须紧随开挖面形成封闭环，如 所示。 3)紧随开挖面实施喷射混凝土支护，如 所示。 4)遇有不稳定土层，如用水、流砂，必须采用注浆、板桩、管棚等措施进行预支护。,8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用,图8-6 松软破碎岩层隧道施工新奥法开挖技术方案,8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用,图8-7 新奥法隧道施工的基本程序,8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用,图8-8 短进尺并采用板桩控制不稳定地层,图8-9 紧随开挖台阶形成封闭环预防支护失稳,8.3.2 新奥法在软弱岩层隧道施工中的应用,8.3.3 新奥法施工中的预支护,1.水平旋喷预注浆 2.机械预切槽法,8.3.4 与矿山法的比较,图8-12 传统矿山法施工程序,8.4 新奥法施工中的监测工作,8.4.1 监测的目的与要求 8.4.2 监测的主要内容和方法 8.4.3 监测数据的分析与应用,8.4.1 监测的目的与要求,1)为设计和修正支护结构形式和参数提供依据。 2)正确选择开挖方法和支护施作时间。 3)为隧道施工和隧道的长期运营提供安全信息。 4)研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。 1.新奥法设计与施工必须紧密配合 2.符合施工图设计中对量测工作的要求,8.4.2 监测的主要内容和方法,(1)工程地质与支护状况的观察 隧道开挖工作面爆破后应立即进行工程地质状况的观察和记录，必要时进行地质描述。 (2)隧道地表沉降量测 浅埋隧道和隧道的洞口段通常位于软弱、破碎、自稳时间较短的围岩中，施工方法不当时，极易发生冒顶塌方或地表有害沉降，因此，对浅埋隧道的施工进行地表下沉量测是十分重要的。 (3)隧道净空变化(收敛)量测 隧道开挖所引起的围岩变形，最直观的表现就是隧道净空的变化(收缩或扩张)。 (4)隧道拱顶下沉量测 隧道拱顶内壁的绝对下沉量称为拱顶下沉值，单位时间内拱顶下沉值称为拱顶下沉速度。 (5)围岩内部位移测量 在隧道的施工过程中，不仅要了解隧道空间点的相对位移(或空间断面的变形)，还需要对围岩的内部位移进行监测，了解围岩的松动圈范围。 (6)锚杆轴力量测 锚杆轴力量测属于选测项目，一般根据科研和生产的需要，结合围岩内部位移量测，在隧道内选择好拟测岩层，进行钻孔、安装和量测。 (7)围岩压力及两层支护间压力量测 隧道开挖后，围岩要向净空方向变形，而支护结构要阻止这种变形，这样就会产生围岩作用在支护结构上的围岩压力。,8.4.2 监测的主要内容和方法,(8)钢支撑应力量测 通过钢支撑应力的量测，可以了解钢支撑受力的大小，为钢支撑选型与设计提供依据；并可根据钢支撑的受力状态，判断隧道空间和支护结构的稳定性，以及了解钢支撑的实际工作状态，保证隧道施工安全。 (9)混凝土衬砌中的应力量测 混凝土衬砌中的应力量测包括喷射混凝土和二次衬砌模筑混凝土应力量测。 (10)围岩声波测试 岩体声波测试，是借助于对岩体(岩石)施加动荷载，激发介质中的弹性波传播，用以研究岩体(岩石)的物理力学性质及其构造特征，从波速、波幅、频谱等几个主要方面进行表征。,图8-14 隧道净空收敛量测的测线布置,8.4.2 监测的主要内容和方法,图8-15 隧道收敛仪 a)重锤式 b)弹簧式 c)应力环式,8.4.2 监测的主要内容和方法,图8-16 水平仪测量隧道拱顶下沉 a)示意图 b)原理图,8.4.2 监测的主要内容和方法,图8-17 围岩内部位移测量,8.4.2 监测的主要内容和方法,图8-18 锚杆轴力量测的隧道断面测点布置 a)三测孔 b)五测孔 c)七测孔,8.4.2 监测的主要内容和方法,8.4.3 监测数据的分析与应用,1.量测数据分析的目的 2.分析方法与内容 3.测量结果的反馈与应用,1.量测数据分析的目的,1)将同一量测断面的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确认量测结果的可靠性。 2)探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化规律、空间分布规律，判定围岩和支护系统稳定状态。,2.分析方法与内容,1)绘制位移、应力、应变随时间变化的曲线，即时态曲线。 2)绘制位移速率、应力速率、应变速率随时间变化的曲线。 3)绘制位移、应力、应变随开挖面推进变化的曲线，即空间曲线。 4)绘制位移、应力、应变随围岩深度变化的曲线。 5)绘制接触压力、支护结构应力在隧道横断面上分布图。 (1)对数方程 (2)指数方程 (3)双曲线方程,3.测量结果的反馈与应用,(1)工程地质与支护状