《浅埋暗挖法》PPT课件.pptVIP

地 下 结 构 与 技 术,主讲教师 ： 肖 明,第07章 浅埋暗挖法,第七章 浅埋暗挖法,7-1 概述 一、概念： 浅埋暗挖法：在特定条件下，不开挖地面，在地下进行开挖和修筑衬砌的隧道施工方法。一般是在埋深较浅的土层中进行地下施工。,管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测,浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。,在软弱围岩浅埋地层中修建山岭隧道洞口段、城区地下铁道及其他浅埋结构物。,浅埋暗挖法施工原理,定义：,设计思想：,应用范围：,第七章 浅埋暗挖法,二、优点： 不影响交通和地面建筑。尤其是对建筑物密集、管线密布和交通繁忙的情况较适应。 适用：不宜明挖，含水量较小的各种地层，尤其是对地面沉陷要求较严，且需修造浅埋的地下工程。,第一步：先将钢管打入地层，然后注入水泥浆或化学浆液，使地层加固。 第二步：然后进行短进尺开挖，一般每循环在0.5-1.0米左右，随后即作初期支护。 第三步：施作防水层。 最后，完成二次支护。,常用开挖方法：,台阶法 分部开挖法,三、施工步骤：,施工方法：管棚法、矿山法、盾构法和顶管法。,7-2 管棚施工法,管棚法称伞拱法。是在拟开挖的衬砌拱圈隐埋线上，预先钻孔安设惯性力矩较大的厚壁钢管，起超前支护。 特点：地下工程开挖前，采用超前注浆管棚支撑土体结构，有效防止地面沉降，适用于大跨度和极破碎岩体地段。 分类：短管棚（L1045m）； 板棚（L10m）采用钢插板。,一、管棚的布置形式,(a)门字形布置 适用洞室跨度较大， 边墙土体不稳的情况。 (b)口字形布置 适用大型洞室松软土层段。,一、管棚的布置形式,(c)一字形布置 适用洞室跨度不大， 仅防上部土层坍塌。 (d)半圆拱布置 适用大跨度公路， 地铁洞室不稳定地段。,管棚法 施工,管棚透视图,管 棚 施 工,二、管棚设计要点,（1）根据地质条件选择长度，应保证有足够的超前长度 管棚长度：一般为1012m，采用分段连接时选46m钢管，纵向以丝扣连接，连接长度不应小于15cm。 （2）管棚钢管采用厚壁钢管。 管径70180mm，钢管中心间距200800 mm；孔径比管径大2030mm。,（3）管棚应沿隧洞纵向水平设置，并在管内注浆；横断面采用钢拱架环向支撑，钢拱架多采用工字钢和格栅钢架。 （4）管棚纵向的水平搭接长度不能小于1.5m，外插角12。,三、管棚施工,（1）开挖工作室：为管棚施工提供操作场地。 工作室尺寸：以布置钻机和钢管推进机为确定条件。 但需超出隧道或洞室轮廓线0.51.0m （2）钻孔 钻孔一般为水平，孔径比管棚大2030mm.,三、管棚施工,（3）安装管棚 坍方严重地段，一般将管棚的钢管钻入，钻孔和安装一次完成。 小于15m的短孔可用于人工或卷扬机顶入 深孔用钻机顶进，但倾斜度必须控制在 1o2 o范围内。,（4）管棚注浆 以水泥砂浆注满钢管为止。当围岩或土层松软破碎时，可事先在管棚钻小孔，使浆扩散至钢管周围。,小导管注浆采用“注浆一段，开挖一段，段段推进”方式，根据每段的地质和注浆情况及时调整浆液和支护参数。小导管外露20cm以利于安设注浆管路。,在隧道工作面开挖前,沿隧道拱部开挖轮廓线外打入带孔小导管,并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液,在隧道轮廓线外形成一个0.6m1.2m厚的弧型加固圈。在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖作业。 小导管注浆分单液浆和双液浆两种：本工程以双液浆为主。,超前小导管注浆,深 化,双液注浆,注浆过程中，严格控制注浆压力，防止出现结构变形、冒浆，危害地下构筑物及地面建筑物等异常现象。当出现异常现象时，采用以下措施： 降低注浆压力或采取间隙注浆，直到停止注浆；调整注浆实施方案。,注浆过程的控制措施,挖掘施工需在管棚注浆结束48小时后方可进行。 (a)挖掘完后，应及时架设钢拱架： 作为初期支护，两拱架的纵向间距不应大于1.2m，在两拱架之间应设置直径为2022mm的钢撑杆。 (b)喷射砼：喷层应及时，厚度1015cm. (c)施加二次支护： 在二次衬砌和一次衬砌之间一般设一道防水层。 砼二次衬砌一般为3545cm,（5）隧洞挖掘,钢拱架结构,四、管棚变位、土层沉降监控措施,管棚法施工在开挖面前10.8倍开挖直径的上方地面会发生沉陷。沉陷顺序是：管棚、围岩、地表。防止措施有 （1）加强检测，及时反馈管棚下沉信息。 管棚拱顶位移时间曲线出现反弯点，则位移发生突变，应及时加强支护，或停止施工。,（2）采用合理的开挖方式： 变大跨度为小跨度，边 挖边支护，尽量减少对 围岩扰动。 根据围岩条件，可采用 中导洞、边导洞，分台 阶开挖的开挖方式，尽 可能减小围岩扰动。,风道开挖初期支护施工图,开挖横断面图,1部洞室,2部洞室,4部洞室,6部洞室,5部洞室,3部洞室,（3）严格控制进尺 一般的进尺控制在1.0cm以内。开挖支护紧密配合。 （4）及时量测拱顶、拱底和边墙的位移,7-3 矿山施工法,矿山法：（从矿山开挖方法引入的方法）采用传统钻爆法和臂式掘进机开挖的方法。 适用：各类岩层的地下工程（土层不采用） 要点：施工是钻眼、爆破；支护钢木支撑和喷锚支护两种。 钻爆开挖和喷锚支护施工方法称“新奥法”。,浅埋矿山法,矿山法施工支护,一、施工机械,钻爆施工机械：主要有风动凿岩机和液压凿岩机两种。 原理：利用镶嵌在钻头体前端的凿刃反复冲击并转动破碎岩石成孔。通过调节冲击力大小和旋转速度以适应不同的岩体，达到最佳成孔效果。 1风动凿岩机：以压缩空气为动力。 优点：结构简单，操作方便，使用安全； 缺点：空压设备复杂，能耗大。,2液压凿岩机：以电力带动高压油泵，通过改变油路，使活塞运动，实现冲击动力。 优点：能耗少，能量利用率高，可达到30%40%（风动为15%）； 凿岩速度快，比风钻快50%150%； 调节性能好，可适应各种岩体； 工作环境好，噪音小。 缺点：辅助设备多，设备复杂，造价大。,二、光面爆破设计,光面爆破：通过调整周眼的各爆破参数，使爆炸先沿各孔的中心连线形成贯通的预裂缝，然后向内圈裂解岩体。 目的：减少超欠挖，严格控制围岩扰动,1、设计要点：,了解地质特性 根据围岩和断面特征，设计炮眼布置，起爆顺序，装药量等参数。 选择合理的周边眼的最小抵抗线，眼间距，装药结构。 设计毫秒微差顺序起爆顺序。,2、光面爆破参数确定,普通爆破原则：尽量减小装药的不偶合系数，充分利用炮孔体积，使每个炮孔能爆破最大的体积岩石。 光面爆破原则：在保证炮孔向连线裂穿的条件下，尽量减少装药量，以保证围岩不受损坏。 光面爆破的主要参数： 不偶合参数K 、装药集中度q、周边孔密集系数,（1）不偶合参数K,不偶合参数K：炮孔直径与药卷直径的比值，K反映了炮眼孔壁与药卷之间的空隙程度。 K过大，炮孔直径太大，起爆后炮孔压力过小，不利使炮孔连线方向裂穿，达不到预裂效果。 K过小，炮孔直径太小，起爆后炮孔压力过大，不能控制爆破开裂方向，使开挖边界破坏过大。,（1）不偶合参数K,合理的不偶合参数使炮孔连线产生应力带，使之与连线方向裂穿。 药卷直径不能小于炸药的临界直径。 根据经验和工程类比，一般取k=1.52.5之间。,（2）装药集中度q,q指每米炮眼装药的药量。反应装药在炮眼中的分布情况，应根据孔距E、最小抵抗线W、岩体特性综合确定。 q大引起围岩严重破坏，不利光面的形成。一般采用轴向空气间隔装药，使装药沿孔均匀分布。 经验值q=0.040.4kq/m。 炸药：应选择爆速较低、爆度较小、爆力较大传爆性能教好的炸药。,（3）周边孔密集系数m,周边孔密集系数 m=E / W 炮孔间距，最小抵抗线 过大，爆破后周边会凸凹不平，过小产生超挖 过大，爆破后崩不下岩体，或者产生大块崩裂 设计时，都不宜过大，否则装药量大，会造成岩体破坏。,光面爆破影响,（3）周边孔密集系数m,一般可取E=4080cm，W=5090cm。 对于坚硬岩体和破碎岩体E取较小值； 对于软质岩体和完整岩体E取较大值； 合理的m值对光面爆破影响很大，一般取m.,三、光面爆破施工,1、施工方法 （1）全断面施工：采用全断面一次爆破开挖。 或先光爆，再分次爆 适应：围岩基本稳定，工程断面不是很大。 （2）分层施工：采用台阶法分层爆破施工。 按台阶长短分：长台阶法，短台阶法和超台阶法 适用：岩层较稳定，断面高度较大。 （3）导洞施工法 先挖小断面导洞，然后在扩大到设计断面。 适用：地质条件复杂，工程断面大,2、光面爆破的几个要点,（1）钻眼：质量要求较高，炮眼外斜率不应大于； （2）掏槽、中空、周边眼布置。 掏槽：掏出一些空眼，增加自由面，提高爆破效果。 中空眼：采用钻机凿一些大直径的空眼，为掏槽孔爆破提供临空面。 周边眼：沿开挖设计轮廓线布置，减小超欠挖量。,2、光面爆破的几个要点,（3）装药结构：径向或轴向间隔装药。 （4）起爆顺序与传爆方向：微差爆破 （5）爆破器材根据起爆网路确定,炮眼布置,四、施工支护,锚喷和衬砌支护是矿山法支护最常用的支护措施。 1、锚喷支护特性 锚喷支护：由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护组成，通常采用喷射砼和锚杆进行的初期支护，与开挖交叉作业。 支护结构有以下特点：,（1）灵活性：可根据需要分别选择喷层、锚杆和钢筋网进行组合支护，也可根据需要局部单独采用。所以喷锚支护是“先柔后刚，按需提供”。 （2）及时性：能够在开挖后及时进行，较早地提供支护抗力，限制围岩变形，还能采用锚杆进行超前支护。,锚喷支护特性,锚喷支护特性,（3）密贴性：喷射混凝土能与围岩紧密粘贴，可以阻止岩块沿节理的剪切和张开，提高洞室的整体性。 (4)协同性：锚杆插入围岩一定深度后，对围岩起到约束作用，使锚杆和围岩形成整体的拱或梁，以抵抗围岩变形。,(5)柔性：喷锚支护是一种柔性支护，能适应围岩变形，以充分发挥围岩的自承能力。 (6)封闭性：喷锚支护能及时封闭围岩，阻止空气中的水对围岩的侵蚀，防止岩体膨胀和软化。,锚喷支护特性,2、喷锚支护设计,（1）工程类比方法 （2）数值仿真模拟方法 （3）现场测试和监测,首先进行混凝土喷护； 根据锚杆设计，选择锚杆材料，类型、规格； 根据围岩特性选择钻孔机具； 根据设计布置钻孔位置，作出标记； 按要求钻孔，孔向应尽可能垂直岩面和开挖结构面； 插入锚杆，并及时灌浆或施加预应力。,3、喷锚支护施工要点：,概括： 矿山法施工：钻孔，装药放炮，出渣，初期支护，永久支护.,喷射混凝土围岩衬砌技术 和无碱速凝剂 喷射混凝土在地下工程施工中的应用是十分广泛的,7-3 混凝土喷射技术,一、喷射混凝土的应用,喷射混凝土的施工特点： 不需要模板，临空工作面施工简洁、方便 喷射混凝土的应用： 隧道建设 地下仓库 地下厂房 竖井 各类矿井,水灰比 0.4， 使用 “聚羧酸高效减水剂” 新一代无碱速凝剂,喷射混凝土的质量,时间,70s,80s末期,80/90s,90s,95,2000,80s,喷射混凝土的质量随着技术发展不断提高,干喷工艺,强度40 MPa 抗渗性现浇混凝土 耐久性现浇混凝土,用喷射混凝土来进行围岩永久支护,Costain,用喷射混凝土来取代现浇混凝土作围岩永久支护，已经在越来越多的工程上实现 能够为业主和施工单位带来很大的经济效益,喷射混凝土从临时支护到永久支护的转变,一次衬砌临时支护,二次衬砌永久支护,一次衬砌永久支护,二次衬砌永久支护,节省开挖量 节省混凝土 节省施工时间 大量的降低施工成本,喷射混凝土作临时支护,喷射混凝土作永久支护,喷射混凝土,现浇混凝土,喷射混凝土,喷射混凝土规范,EFNARC 欧洲喷射混凝土规范和指南 对喷射混凝土的配合比有明确的规范 对喷射混凝土各组分的选择有全面的指南 对试验检测方法有相应的规定 对施工单位、设计院、监理机构和业主都有很大的参考价值,文件下载： ,影响喷射混凝土质量的主要因数,喷射工艺： 湿喷工艺还是干喷工艺 混凝土的配合比 速凝剂的选择 喷射施工,湿喷工艺和干喷工艺的对比： 湿喷工艺能生产出和现浇混凝土一样高质量的混凝土,喷射混凝土的配合比,水泥 硅酸盐水泥CEM I 42.5 or CEM II 52.5 水泥用量一般在400kg/m3 以上 骨料 避免破碎骨料，圆形骨料最佳 河砂为最佳 骨料最大为10mm, 最好是8mm以下 优化级配,坍落度：1620 cm 坍落度损失 1小时,喷射混凝土的配合比,外加剂/掺和料 使用高性能减水剂， 保证低水灰比 （0.45） 使用硅灰和钢纤维 必要时需要其他高性能添加剂,坍落度：1620 cm 坍落度损失 1小时,水灰比直接影响喷射混凝土的凝结时间,速凝剂的选择 无碱速凝剂对操作手和混凝土性能无害，性价比好,1,0.1,1,10,100,0.001,0.01,0.1,10,100,J,1,J,2,J,3,6,10,30,3,2,1,6,12,9,1,3,7,90,56,28,14,0.2,0.3,0.4,0.5,2,3,4,5,20,30,40,50,喷射混凝土早期强度要求 Austrian Concrete Society, Sprayed Concrete Guidelines,J1: 适应于不需要马上受力支撑的岩层面，低厚度喷射，回弹极小 J2： 适应于需要马上受力支撑的岩层面，或一次喷射厚度要求较