培训课件：新预切槽支护隧道施工技术.ppt

新预切槽支护隧道施工技术 New Pre-lining Support Method 北京交通大学土木建筑工程学院 BEIJING JIAO-TONG UNIVERSITY Boming ZHAO and Weining LIU 预切槽技术的概念和特点 预切槽技术是在开挖工作面之前，用特制的链式机械切刀沿 隧道断面周边连续切割出一条厚约数十厘米深数米的窄槽，同 时应用和切刀一体化的混凝土灌注设备注入混凝土，从而形成 一个连续的起预先支护作用的混凝土壳体。然后在该混凝土壳 体的支护下进行工作面机械挖掘。该技术兼备超前预支护以控 制地层的变形和提供施工支护及永久支护的功能。 （1）由于预槽开挖和混凝土灌注同时完成，避免了导致土层应 变的应力释放。 （2）由于沿隧道横向预置连续拱壳，沿隧道纵向拱与拱之间也 有搭接，从而形成连续的空间拱形结构，具有高度的力学安定 性。 （3）由于采用机械化切割施工，可以减少对围岩的破坏。 （4）作为独立的隧道挖掘施工技术使用。避免喷混凝土等二次 衬砌和钢支架支护等作业。 预切槽技术的背景 预切槽技术50年代始于美国，70年代在法国得到发展和应用 。日本从80年代初期以来在引进国外技术的同时，开发了适合 本国国情的超前支护施工技术，例如LAP法，PATM法， PASS法，PSS法等。 New PLS技术是现阶段最完善的超前支护施工工艺，并得到 了工程实际应用。日本道路公团于1991年首次制作了New PLS 实验机，在北陆高速公路名立隧道现场进行了实际工程试验， 取得了大量的试验数据，验证了该工艺的高度工程可行性。其 后New PLS被应用于横滨新道的3车道隧道扩改工程(1995-1997) 和横须贺道路吉井隧道(1998-2000)等工程。 日本建筑机械化协会，大林组等各大建筑公司以及建筑机械 制造厂商联合成立了New PLS工法研究会。 New PLS预切槽机的概观 双联链式切刀概观 （臂长4米，自重约10吨） New PLS机沿隧道纵断面连续移动作业示意图 切刀沿断面导轨移动开槽 同时做成的连续预置混凝土拱圈 操纵员与操纵台位置 机械沿纵向导轨前后移动 New PLS预切槽机的施工现场 作业空间大 预切槽机设备（名立隧道试验） New PLS 施工作业流程 掌子面全断面机械开挖 New PLS机前移至作业面 链式切刀切入地层 连续切割出预槽，随即灌注混凝土 退出链式切刀，加注混凝土 New PLS机后退让出作业面 隧道纵向机械配置及作业顺序 （1）预切槽及施作混凝土壳体预支护 （2）作业面全断面开挖 （3）地山及壳体喷混凝土（必要时） 作业面 隧道纵向机械配置及作业顺序 施工作业纵向俯视图 施工作业纵向立面图 New PLS机 New PLS机 切刀在左墙最下部时 切刀在最上部时 预切槽切割施工示意（试验施工）混凝土试样 外侧（侧向模板附近） 中部（灌注口附近） 内侧（地山内侧） 双联链式切刀断面图 混凝土灌注口 混凝土双链切刀 滑模混凝土 双链切刀 滑动型侧向模具预槽切割方向 切割方向 双联链式切刀俯视示意图 切割渣土回收装置 操作台 速凝剂 混合系统 拱形梁架 移动型侧向模具（滑模） 切刀混凝土 混凝土管 切刀 移动型侧向模具 混凝土 预切槽机纵向与横向立面示意 连续混凝土壳体与作业面的详细位置关系 切刀的切削深度2800mm 混凝土灌注深度2200mm 搭接长度200mm 预切槽侧向模板 埋深800挖掘长度2000mm 一体化的链式刀具和 混凝土灌注设备 混凝土壳体施工前的 作业面位置 混凝土壳体施工后的 作业面位置 必要时可以配合二次衬砌和锚杆加固 预支护壳体混凝土施工流程图 现场混凝土站 早强混凝土 速凝剂加注 速凝剂混合装置 预支护壳体混凝土 切割装置 侧向模具 有关混凝土的基本要求 流动性 早期强度(不变形) 高强度 早强剂 凝固调整剂 速凝剂 水泥的种类 骨料最大粒径 Slump Slump时间 早期强度(时间) 压缩强度 保土的谷隧道例 吉井隧道例 保土的谷 隧道 吉井隧道 早强剂的添加量与早期强度的关系 混凝土配合的实例 有关混凝土的基本要求 流动性 早期强度(不变形) 高强度 工程实例 北陆高速公路名立隧道 (1991) 首次进行的New PLS实 地试验，进行样机的试制 和实际工程挖掘，证实了 该工法的工程可行性，明 确了需要克服的问题。 横滨新道新保土的谷隧道 (1995-1997) 应用New PLS进行大断 面隧道扩幅施工（将2车 道扩至3车道），右距既 有隧道2.5m，覆盖层厚 为2-17m，上部有住宅和 重要管线。 左侧为施工中的三车道隧道 隧道中的New PLS和切刀 检验施作的混凝土壳体 左表为名立隧道实验机规格，右表为保土的谷隧道实际工程用机规格 保土的谷隧道标准断面图 左图隧道为两车道扩至三车道施工，右图为既有邻接隧道，两隧道相距2.5m 地表及地层内各个位置的沉降结果（隧道横向） 保土的谷隧道工程实例 地表各个位置的沉降结果（隧道纵向） 保土的谷隧道工程实例 预切槽技术的应用范围 基于预切槽的施工原理和支护拱壳的力学合理性，主要适用于未 固结地层和软岩地层的铁路，高速公路等大断面隧道的施工 有效控制覆盖层沉降，适合覆盖层很薄的未固结地层和软岩地 层 有效控制对地表构造物的影响，适合城市等建筑物密集地点的 施工 有效控制对地下邻接构造物的影响，适合超接近隧道，地下建 筑物，地下管线的施工 基于全断面开挖工艺，作业空间大，适于大型机械作业 掌子面作业人员少，且在拱壳下作业，保障安全和施工环境 由于避免锚杆作业，也适合小断面隧道施工 施工为单纯重复型工艺过程，可以缩短工期，降低造价 预切槽技术的几个重要数据 以下的数据是基于日本道路公团的特定机械以及日本式的施工 管理模式和作息制度得出的，仅作为参考总结如下。其指标可以 通过技术革新加以改善。 （1）考虑到切刀的磨耗，宜用于抗压强度小于100kgf/cm2 (10MPa)的地层。切刀具有切割100kgf/cm2 以上的混凝土壳体的 能力。 （2）施工能力为月进尺50米以上，和城市NATM（新奥法）基 本相同。 （3）地层中的碎石，砾石的粒径不宜大于切槽厚度。 （4）100l/min地下涌水时，不影响混凝土的灌注施工和质量。 （5）有关施工原价和预槽机价格等具体数据，正在调查。 曲線隧道施工法（双設隧道） 曲线管棚的隧道施工法(双拱隧道 ) 曲線隧道施工法（双設隧道） 曲線隧道断面拡大工法 使用曲线钻孔的隧道断面扩大法 曲線隧道断面拡大工法 使用曲线管棚的隧道断面扩大法 補 助 工 法 補助工法（湧水対策除） 補 助 工 先受工 超前支护 工法種類 構 造 梁構造 超前支护的种类 槽式混凝土方式 水平旋喷加固 超前管幕支护 拱式 结构 粱结 构 長尺鋼管 超前管幕支护 工法施工概念図 工法 例 鋼管打設時 回収時 AGF工法 钻头 打设钢管时 回收钻头时 注入方法（AGF工法）（） 注入方式 注入方式 一次性注入方式 分步注入方式