浅埋暗挖施工及注意事项.ppt

2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 1 浅埋暗挖施工及注意事项 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 2 人类社会的不断发展进步 各种用途的隧道不断修建 隧道工程技术水平也不断提高与发展 我国城市隧道 地铁等修建方法已由最初单一的明挖法发展到现在的明挖 盖挖 浅埋暗挖及盾构法等多种方法并存 极大地推动了地下工程的快速发展 今天只是对浅埋暗挖工法作一次简单梳理 同时针对暗挖施工现场经常出现的一些关键技术进行讨论 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 3 第一章浅埋暗挖法概述 第二章浅埋暗挖法施工方法 第三章浅埋暗挖法常用的配套技术 第四章当前浅埋暗挖法修建隧道存在的主要问题及应对措施 目录 第五章浅埋暗挖法的几点讨论 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 4 地面条件允许的情况下 城市隧道洞口 地铁宜采用明挖法 主要适合在人 交通和管线较少的地方应用 因埋深条件 周边环境条件等因素的限制 在建筑物密集的繁华市区和特殊地质区段经常采用浅埋暗挖法施工 1987年8月 北京市科委与铁道部科技司共同组织鉴定会 对浅埋暗挖技术进行评价 会上确定取名为 浅埋暗挖法 适用范围 各种软弱地层的地下工程设计与施工 浅埋暗挖法又经过十几年的广泛应用 形成了一套完整的配套技术 被评为国家级工法 1 浅埋暗挖法产生的背景 第一章浅埋暗挖法概述 2019年12月29日6时54分 5 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 6 浅埋暗挖法的基本原理 采用复合衬砌 初支承担全部基本荷载 二衬作为安全储备 初支 二衬共同承担特殊荷载 采用多种辅助工法 超前支护 改善加固围岩 调动部分围岩自承能力 采用不同开挖方法及时支护封闭成环 使其与围岩共同作用形成联合支护体系 采用信息化设计与施工 2 浅埋暗挖法施工原理 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 7 7 浅埋暗挖法大多用于第四纪软弱地层的地下工程 围岩自承能力很差 为控制地表沉降 初期支护刚度要大 要及时 特征曲线中C点尽量靠近A点 即尽量增大支护的承载 减少围岩的自承载 要做到这点 必须遵守十八字方针 管超前 严注浆 短开挖 强支护 快封闭 勤量测 初支必须从上向下施工 初支基本稳定后才能做二衬 且必须从下到上施工 隧道支护特征曲线 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 8 浅埋暗挖法 是指在软弱围岩地层中 以改造地质条件为前提 以控制地表沉降为重点 以格栅和锚喷砼作为初期支护手段 遵循 新奥法 理论 按照 十八字 方针进行隧道的设计和施工 浅埋暗挖的优点 结构形式灵活多变 对地面建筑 道路和地下管线影响不大 拆迁占地少 扰民少 污染城市环境少等 缺点 施工速度慢 喷射混凝土粉尘多 劳动强度大 机械化程度不高 以及高水位地层结构防水比较困难等 3 浅埋暗挖法的特点 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 9 虽然已被广泛推广应用 但是并非都真正地掌握了其真谛 或因生搬硬套 或因片面性 或因配套技术不足 仅强调 只要会喷锚支护就会浅埋暗挖 的误导 造成坍塌 沉陷 渗漏等 经常发生严重的安全质量事故 因此 在施工过程中要对 浅埋暗挖法 进行深入的研讨 综合分析 全面总结 10 4 浅埋地下工程的施工方法主要包括 明挖法 盖挖法 盾构法 浅埋暗挖法 浅埋地下工程施工方法优缺点比较 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 11 新奥法是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力 以喷射砼 锚杆为主的初期支护 使支护与围岩联合受力共同作用 把围岩看作是支护结构的重要组成部分 浅埋暗挖法又称矿山法 基本不考虑利用围岩的自承能力 采用复合衬砌 初期支护承受全部基本荷载 二衬作为安全储备 共同承担特殊荷载 浅埋暗挖法理论源于 新奥法 如以锚喷作为初支手段 尽量减少围岩扰动 初支与围岩密贴 量测信息反馈指导施工等 5 浅埋暗挖法与新奥法的区别 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 12 1 浅埋暗挖施工步骤及工艺流程 浅埋暗挖法施工步骤 施工准备 超前小导管布设 注浆 土方开挖 格栅 钢拱架架立 钢筋网片 连接筋 喷射混凝土 防水施工 二次衬砌 见下图 第二章浅埋暗挖施工方法 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 13 施工准备 超前导管 超前注浆 土方开挖 格栅安装 网片安装 砼喷射 防水施工 二次衬砌 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 14 浅埋暗挖施工工艺流程 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 15 2 浅埋暗挖施工技术原则 浅埋暗挖法的核心技术被概括为十八字方针 管超前 严注浆 短开挖 强支护 快封闭 勤量测 在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施 严格根据量测数据确定支护参数 保证暗挖作业和周边环境的安全 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 16 管超前 开挖拱部土体自稳能力差 自立时间短 土体凌空后极易坍塌 采用超前支护的各种手段主要提高土体的稳定性 控制下沉 防止围岩松弛和坍塌 严注浆 导管超前支护后 立即进行压注水泥浆或其它化学浆液 填充围岩空隙 使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体 以增强围岩的自稳能力 确保开挖过程中的安全 每次注浆前必须对工作面进行喷射砼封闭 以防浆液在压力下溢出 严注浆的概念是广义的 既包含进行严格的拱部导管预注浆 也包含开挖下部及边墙支护按规定预埋管注浆 还包括初支背后填充注浆 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 17 短进尺 一次注浆多次开挖 土体暴露时间越长 进尺越大 土体坍塌的危险就越大 所以一定要严格限制进尺的长度 在施工中可采取预留核心土 目的除减少开挖时间外 预留的土体还可以平衡掌子面的土体 防止滑塌 强支护 在松散地层和浅埋条件下进行地下大跨度结构施工 大量土体的重力会直接作用于初期支护结构上 初支必须十分牢固 具有较大的刚度 以控制初期结构的变形 保证结构的稳定 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 18 快封闭 在浅埋暗挖法施工中 如未封闭成环 变形速度较快 为有效控制围岩松弛 必须及时采用临时仰拱或使支护体系成环 勤量测 结构的受力最终都表现为变形 可以说 没有变形 微观的 结构就没有受力 按照规定频率对规定部位进行监测 掌握施工动态 调整施工参数并设置各部位的变形警戒值 是浅埋暗挖法施工成败的关键 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 19 3 浅埋暗挖常用施工方法 采用浅埋暗挖法施工时 依据工程地质 水文情况 工程规模 覆土埋深及工期等因素 常用施工方法有全断面法 台阶法 中隔墙法 CD法 交叉中隔墙法 CRD法 双侧壁导坑法 眼睛工法 洞桩法 PBA法 中洞法及侧洞法等 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 20 全段面开挖方法操作起来比较简单 主要工序是 使用移动式钻孔台车 首先全断面一次钻孔 并进行装药连线 然后将钻孔台车后退50米以外安全地点再引爆 使一次爆破成形 出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位 开始下一个钻爆作业循环 同时施作初支 铺设防水层 进行二次模筑衬砌 2 适用范围全段面法主要适用 级围岩 当断面在50m2以下 隧道又处于 级围岩地层时 为了减少对地层的扰动次数 在进行局部注浆等辅助施工加固地层后 也可采用此法 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 21 全断面开挖法 1 施工顺序 使用全断面开挖 可以减少对地层的扰动次数 有利于围岩天然承载拱的形成 有较大的作业空间 有利于采用大型配套机械化作业 提高施工速度 且工序少 便于施工组织和管理 但由于开挖面较大 围岩稳定性降低 且每个循环工作量较大 每次深孔爆破引起的震动较大 因此要求进行精心的钻爆设计 并严格控制爆破作业 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 22 全断面开挖法 3 优缺点 加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查 对不良地质情况 要及时预测预报 分析研究 随时准备好应急措施 包括改变施工方法 各工序机械设备要配套 如钻眼 装渣 运输 模筑 衬砌支护等主要机械和相应的辅助机具 钻杆 钻头 调车设备 气腿 凿岩钻架等 在尺寸 性能和生产能力上都要相互配合 工作方面能环环紧扣 不致彼此互受牵住而影响掘进 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 23 全断面开挖法 4 注意事项 加强各辅助作业和辅助施工的设计与施工检查 尤其在软弱破碎围岩中使用全段面法开挖时 应对支护后围岩的变形进行动态监测 使各种辅助作业的三管两线保持良好状态 选择支护类型时优先考虑锚杆和锚喷砼 挂网等支护形式 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 24 全断面开挖法 4 注意事项 台阶法是最基本 运用最广泛的施工方法 而且是实现其它施工方法的重要手段 围岩可采用两台阶法 围岩需采用多步开挖或者环形开挖留核心土法 断面较高时可进行多台阶施工 每层台阶的高度常用3 5 4 5m 或以人站立方便操作选择台阶高度 当拱部围岩条件发生较大变化时 可适当延长或缩短台阶长度 确保开挖 支护质量及施工安全 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 25 台阶法 1 适用范围 台阶法工程实例 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 26 台阶法优点 灵活多变 适用性强 凡是软弱地层 第四纪沉积地层 均可采用台阶法 这也是基本的方法 无论地层变好还是变坏 都能及时更改 变换成其他方法 另外 台阶法开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度 台阶有利于开挖面的稳定性 尤其是上部开挖支护后 下部作业则较为安全 台阶法缺点 上下部作业有干扰 应注意下部作业时对上部稳定性的影响 另外 台阶开挖会增加对围岩的扰动次数 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 27 台阶法 2 优缺点 台阶数不宜过多 台阶长度要适当 充分利用地层纵向承载拱的作用 上台阶高度宜为2 5m 一般以一个台阶垂直开挖到底 保持平台2 5 3m 易于减少翻渣工作量 装渣机应紧跟开挖面 减少扒渣距离 以提高装渣运输效率 软弱地层施工时 单线台阶长度超过1 5倍洞径就要及时封闭 双线隧道台阶长度超过1倍洞径就要及时封闭 未封闭长度大于纵向承载拱跨 就会产生变位骤增现象 台阶法开挖宜采用轻型凿岩机打眼施作小导管 当进行深孔注浆或设管棚时多用跟管钻机 而不宜采用大型凿岩台车 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 28 台阶法 3 注意事项 上台阶架设拱架时 拱脚必须落在实处 采用锁脚锚管 灌浆 稳固拱脚 防止拱部下沉 个别破碎地段可配合喷锚支护和挂钢丝网施工 防止落石和崩塌 解决上下部半断面作业的互相干扰的问题 做好作业施工组织 质量监控及安全管理工作 采用钻爆法开挖石质隧道时 应采用光面爆破技术和振动量测控制振速 以减少对围岩的扰动 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 29 台阶法 3 注意事项 中隔墙法也称CD工法 主要适用于地层较差和不稳定岩体 且地面沉降要求严格的地下工程施工 当CD工法仍不能满足要求时 可在CD工法的基础上加设临时仰拱 即所谓的交叉中隔墙法 也称CRD工法 CD法和CRD法以台阶法为基础 将隧道断面从中间分成4 6个部分 使上下台阶左右各分成2 3个部分 每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元 大量施工实例资料的统计结果表明 CRD工法优于CD工法 前者比后者减少地面沉降近50 但CRD工法施工工序复杂 隔墙拆除困难 成本较高 进度较慢 一般在地面沉降要求严格时才使用 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 30 CD法和CRD法 1 概述 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 31 CD工法施工实例 采用中隔墙法施工时 每步的台阶长度一般控制在5 7m 为稳定工作面 中隔墙法一般与预注浆等辅助施工措施配合使用 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 32 CD法和CRD法 2 工艺流程 CD工法施工横向示意图 CD工法施工纵向示意图 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 33 暗挖CD法施工步序 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 34 CRD法开挖效果图 优点 各部封闭成环的时间短 结构受力均匀 形变小 且由于支护刚度大 施工时隧道整体下沉微弱 地层沉降量不大 而且容易控制 由于施工时化大跨为小跨 步步封闭 因此 每步开挖扰动土层的范围相对小得多 封闭时间短 结构很快就处于整体较好的受力状态 同时 临时仰拱和中隔墙也起到了增大结构刚度的作用 有效抑制了结构的变形 该法适用于较差地层 如采用人工或人工配合机械开挖的IV V级围岩和浅埋 偏压及洞口段 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 35 CD法和CRD法 3 优缺点 缺点 由于地层软弱 断面较小 只能采取小型机械或人工开挖及运输作业 且分块太多 工序繁多 复杂 进度较慢 临时支撑的施作和拆除困难 成本较高 有必要采用爆破时 必须控制药量 避免损坏中隔墙 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 36 CD法和CRD法 3 优缺点 双侧壁导坑法也称眼镜法 是变大跨度为小跨度的施工方法 其实质是将大跨度分成三个小跨度进行作业 主要适用于地层较差 断面很大 三线或多线大断面铁路隧道及地下工程 该法工序较复杂 导坑的支护拆除困难 有可能由于测量误差而引起钢架连接困难 从而加大了下沉值 而且成本较高 进度较慢 一般采用人工和机械混合开挖 人工和机械混合出渣 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 37 双侧壁导坑法 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 38 双侧壁导坑法实例 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 39 实践证明 选择合理的施工方法 可以安全的施工隧道 并将地表沉降控制在设计要求范围内 因此 选择一种合理的施工方法是工程成败的关键 综合国内外施工经验 基于经济性及工期考虑 其工法选择的顺序为 台阶法 CD工法 CRD工法 眼镜工法 从安全性角度考虑 顺序正好相反 在工程实践中 应根据地质条件 断面大小 地面环境等因素从工法的可实现性 安全性 工期 适应性 技术性和经济性六个方面综合考虑 选择施工方法 1 浅埋暗挖施工中出现的问题施工一般地处第四纪冲 洪积扇的中上部 地层由粘性土 粉土 砂类土 碎石类土沉积而成 土质松散 成拱条件差 而且地下水水位高 渗透性强 一般采取降水措施 但仍有残留水 加上大部分线路处于交通繁忙地段 车辆行驶过程中产生强烈震动 使浅埋隧道周边土体更加松弛 开挖过程中极易坍塌 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 40 第三章浅埋暗挖法常用的配套技术 1 地层预加固效果不佳浅埋暗挖是以地层预加固为前提的一种施工技术 对松散地层 开挖的过程更主要的是支护的过程 地层加固是开挖成败的关键 2 开挖面暴露时间长在预加固后开挖过程中 围岩土体会出现一个短暂的稳定 随着暴露时间延长 坍塌的可能性也越大 3 受地面震动影响地面车辆行驶过程中产生的震动是坍塌的重要诱因之一 尤其夜间重车高速行驶更为明显 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 41 2 一般引起坍塌的原因或因素 4 降水后地层残留水的影响土层隧道施工最为关键的是地下水 施工有地下水时 施工前都采取降水措施 部分地层中形成砂和粘土的混合体 管井很难达到疏干的目的 开挖过程中可能产生潜蚀作用 并造成流砂 坍塌现象 5 雨 污水等市政管线渗漏或下穿河 湖地下管线纵横交错 一些雨 污水管修建年代较早 渗漏严重 下穿河 湖水渗漏严重 周围地层处于饱和状态 部分地段还形成一个水囊 随着暗挖施工扰动土体 破坏原有平衡 可能引起坍塌 6 马头门及断面变换处马头门和断面变换处是工程施工的一大难点 由于受力转换比较复杂 施工中易引起坍塌 7 人为管理等因素施工方法不当 施工方案不当 管理上重开挖轻支护等 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 42 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 43 坍塌事故照片 3 常用的辅助工法稳定地层的主要手段是用注浆加固隧道周边地层 用管棚加固隧道拱部地层 要根据地质和施工的具体情况确定注浆的范围 压力和材料 达到改善地层的物理力学参数 提高地层的自稳能力 常用辅助方法 1 大管棚支护一般开挖洞门或结构受力转换 大断面或通过重要管线等 设计普遍采用管棚方案 常用管棚为108mm 159mm 也有采用更大的管棚 管棚直径不是越大越好 施工过程中注意沉降控制 管棚施工带水作业时要间隔进行 同时完成一个管就要立即进行注浆 防止地层中地下水的串流 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 44 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 45 大管棚支护实例 2 小导管超前支护在软弱地层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线 按照一定的入射角度 打设一定数量的小导管 用注浆设备把配置好的注浆材料 通过小导管注入到地层里 使注浆材料在软弱地层里向四周迅速扩散和固结 并使小导管和土体固结在一起 起到棚护和加固地层的作用 常用的小导管为25mm 42mm 对较好的粘性土层 采用开挖镐刨 小导管打入较困难 只要能够使开挖面稳定 可不必强求打小导管 小导管仰角不宜过大 一般控制在10 30 之间 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 46 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 47 小导管不能盲目追求角度要求 防止下榀格栅因无架设空间而割断导管 3 水平旋喷法开挖前进行水平旋喷加固土体 一般土柱直径为30mm 相互咬合搭接 形成整体壳体 开挖时起到棚护作用 目前一般旋喷长度为20m左右 开挖18m 留2m搭接 旋喷压力为不小于20MPa 覆土较薄时要减压 且适当缩小间距 目前采用旋喷加固土体主要问题是浆液流失较大 另外长距离水平旋喷方向性偏差 水平旋喷施工期间会有较大沉降 有时可超过10mm 但开挖时沉降较小 初支背后压浆亦少 对于个别点棚护不好时 可补打小导管注浆处理 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 48 4 地表降水及洞内水处理方法地表井点降水是常用方法 在布置井点时应控制单井抽水量 在施工时做好反滤层 并且分段抽水 以减少因降水引起的地表沉降和减少地下水的流失 粘土层中夹有砂层或砂层中夹有粘土等 管井降水很难全部疏干 地层中存在残留水 这时经常采用水平排水和注浆止水等办法 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 49 5 冻结法冻结法是利用人工制冷技术 使地层中的水冻结 把天然岩土变成冻土 增加其强度和稳定性 隔绝地下水与地下工程的联系 以便在冻结壁的保护下进行隧道和地下工程的开挖与衬砌施工技术 多用在盾构隧道出发 到达端头 联络通道和区间隧道局部具流塑或流沙地层的止水与加固 另外还有一些小的但效果显而易见辅助办法如 开挖留核心土 喷射混凝土封闭开挖工作面 锁脚锚管 设置临时仰拱等 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 50 辅助工法总结超前支护的辅助工法 大管棚 北京地铁蒲黄愉站管棚长146米 小导管 管幕稳定掌子面的辅助工法 全断面注浆 水平旋喷 水平搅拌 深圳大科区间 益田路站出入口过街 冻结法处理水的辅助工法 地面降水 北京地铁 深圳地铁车竹区间 洞内降水 堵水 带水作业 不实施降水或实施降水但不彻底 其结果必然是影响初期支护的防水性能 严重者诱发塌方 危及工程安全 目前对上层滞水处理欠妥 不重视监测成果 未把监测信息反馈于指导施工 必然导致施工的盲目性 城市地下工程施工 对地区的影响还波及邻近高层建筑 有监控分析 有控制和对应措施才能防患于未然 第4章当前浅埋暗挖法修建隧道存在的主要问题及应对措施 1 存在的问题 以 堆喷混凝土 代替 喷射混凝土 又未能及时注浆填充与围岩的孔隙 人为增大结构荷载 造成塌方漏水 或人为加大速凝剂用量 以降低混凝土的后期强度为代价 严重影响工程使用寿命 初支格栅 钢拱架安装不规范 各构件连接欠牢固 纵向筋和钢筋网焊接与安设不符合要求 单线二衬顶部的 月牙 孔隙 三拱两柱结构的拱部交叉点形成的凹陷 正是结构顶部的天然积水坑 对结构增加荷载并通过此积水坑将出水段的水流至非出水段的防水板破损处形成漏水点 违背 管超前 严注浆 短开挖 强支护 快封闭 勤测量 的十八字方针 洞体较长时间处于 开放 状态 未及时 闭合 加速收敛变形 甚至导致隧道塌方冒顶 不加分析地盲目使用大管棚 人为抬高结构高度 增大施工难度 延误工期 提高造价 对工程地质 水文地质和地下管线 邻近建筑和桥基础等情况调查研究不够 未能采取有效的对策 造成地面沉降过大 诱发次生灾害 CRD或CD法中隔壁或中板纵向筋间距过大及不喷混凝土 受力差 注浆改良地层效果差 未达预期目的 辅助工法选择不同 造成施工困难或不安全 施工机械化程度低 工程质量可控性差 施工通风差 作业环境条件恶劣 应结合工程环境条件 隧道本身的安全综合制定地表下沉控制基准值 综合环保要求 施工安全 工期 造价等因素选择施工工法 强调采用预加固措施 超前管棚 锚杆 注浆 冷冻等 隧道支护应考虑时间和空间效应 2 应对措施 隧道开挖后应尽早提供具有足够刚度和早强的初期支护 以控制围岩变形 尽早施作仰拱 封闭成环 仰拱距工作面的距离越近越好 最大不宜大于一倍洞径 一般情况下二次衬砌在围岩和初期支护变形基本稳定后施作 但在采取辅助措施后 尚未满足稳定性要求的 则可提前施作二次衬砌 由于浅埋隧道荷载较明确 提前施作二衬是可能的 加强监控量测及时信息反馈 及时调整支护参数 衬砌形式应采用复合式衬砌形式 1 超前小导管注浆的作用是什么 超前小导管注浆的作用 一是改良工作面前方的地层在开挖工作面以外 尤其是顶部 形成厚度为0 5 1m的加固圈 二是超前小导管与地层形成超前支护结构 从而保证开挖工作面的稳定 防止工作面坍塌 控制地表沉降 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 60 第5章浅埋暗挖法的几点讨论 超前小导管注浆适用于隧道拱部处于无粘结 自稳能力差的砂层及砂砾 卵 石层 对于降水后自稳能力较强的亚粘土地层可不进行小导管注浆 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 61 2 任何地质条件都必须采用小导管超前预注浆吗 一般来说 在地下施工环境里格栅螺栓是不容易都拧紧的 一榀格栅若干个松动的节点会给工程留下无穷隐患 首先初支结构会沿着节点处留下一道纵向裂缝并不断扩大 这是十分可怕的 因此 用与格栅主筋相同的钢筋竖向按规范进行帮焊 是一项不可缺的工序 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 62 3 初支格栅 钢拱架节点螺栓要能拧紧吗 拧不紧怎么办 调查对象应该是管网名称 直径 材质 接口 年代 流量与结构的关系 以便采取改移 导流 加固周边土体等措施 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 63 4 工程周边管网调查清楚了吗 有何对策 每天必须审阅拱顶和对应的地面沉降值和洞内两侧收敛值 对照预警值分析 注意周边结构的差异沉降分析 若超过预警值 应及时采取注浆加固 缩小步距 地面注浆 修改设计等对应措施 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 64 5 天天都测量 你重视分析量测成果吗 及时采取对策吗 台阶纵向必须有坡度 以确保台阶稳定 在亚粘土地区 通常采用1 0 3 砂层应更缓些 接近90度直立是不允许的 台阶过陡土体滑落伤人屡见不鲜 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 65 6 正台阶分层开挖 台阶有坡度吗 初支背后有空洞是公认的事实 因此必须梅花形布置注浆孔注浆填充 一般注普通水泥砂浆即可 也有注水泥 白灰和粉煤灰浆液的 初支在封闭成环后 背后注浆应予跟上 二衬背后也需注浆 因为泵送二衬混凝土 收缩后拱背是平的 与初支有缝隙 需用同等级沙浆填充使之密贴 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 66 7 初支背后和二衬背后都注浆吗 何时注浆 注什么浆液浆 洞口和基坑周边的堆土应以不影响其结构安全为原则 同时要有一定安全距离 每晚及时把当日弃土装运外卸 装载机 载重汽车也要尽量远离洞口及基坑结构 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 67 8 你在乎洞口和基坑周边堆土的荷载和动载影响吗 封闭掌子面是为了避免超前注浆时浆液外泄 在中 粗砂 细砂 砂砾层等可注性好地层常采取封闭掌子面措施 在有水地层 地质较坏 掌子面易坍塌时也会采取封闭掌子面措施 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 68 9 掌子面需要封闭吗 出入口等均属于超浅埋地下工程 覆土薄 断面变化频繁 陡坡 转弯 对开 平顶 直墙等复杂的结构断面都集中在这些部位 这些大都属于地下管网密布地区 常年受管网漏水浸泡 土质松软 有的甚至成流动状 是地下工程施工的主要风险源 如果设计或施工方案稍欠考虑 或工艺流程不过关 或队伍管理不严 或方案未经专家论证贸然施工 都会造成不良后果 2019年12月29日6时54分 浅埋暗挖施工技术与注意事项 69 10 为什么塌方 冒顶 流沙 涌水多出现在风道 出入口 人防段换乘通道地段 一是掌子面能够自稳如不能自稳创造条件自稳 注浆加固 水平旋喷 冷冻二是无水如有水则降 洞内轻型井点 地表深井 堵 排 11 浅埋暗挖法的适用条件 12 引起地层沉降的原因有哪些 怎么控制 引起地层沉降的原因 开挖引起的地层应力释放 三维 地层失水引起的二次固结沉降控制地层沉降的措施 地面措施 地面注浆加固 帷幕注浆超前预支护 大管棚 超前小导管等稳定掌子面措施 留核心土 全断面加固 注浆 旋喷 冷冻 支护措施 开挖后尽早提供足够刚度和尽早发挥强度的初期支护 分部施工时 尽早封闭成环 初支背后回填注浆 不良地质地段隧道施工隧道通过松散层 断层 溶洞 膨胀性岩层 岩爆等不良等地质地段 在开挖 支护和衬砌过程中都有可能发生大量坍塌 隧道受压变形 破坏衬砌结构 严重影响施工进度 安全和质量 因此 针对不良地质情况 正确选择施工方案 做好地质调查与预报工作 并贯策先排水 短开挖 弱爆破 强支护 快衬砌 勤检查的防治措施 第一节松散地层松散地层的特点是 结构松散 稳定性差 若有地下水时则更差 在施工中极易坍塌 在这类地层施工中 主要是减少对围岩的扰动 其常用的施工手段有 先护后挖 密闭支撑 边挖边封闭的办法 一 超前支护隧道开挖前 先向岩体内插入钎 管 板等构件 用以预先支护围岩 防止隧道掘进时岩体发生坍塌 2019年12月29日6时54分 不良地质地段隧道施工 72 2019年12月29日6时54分 73 不良地质地段隧道施工 一 超前支护类型1 超前锚杆和超前小钢管 1 悬吊式超前锚杆采用这种方法是在爆破前 将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的围岩内 末端支撑在拱部围岩内专为超前锚杆提供支点的径向悬吊锚杆 或支撑在作为支护结构的锚杆上 使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方 有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松弛坍塌 为大断面开挖与锚喷支护创造条件 2 钢拱架 格栅拱架支撑超前锚杆超前锚杆或小钢管的末端支撑在钢拱架 格栅拱架上 2 超前管棚法适用于围岩为砂粘土 粘砂土 亚粘土 粉砂 细砂 砂夹卵石夹粘土等非常松软 破碎的土壤 凿孔后极易坍孔的地层 超前管棚法使用外经 80mm 108mm 110mm或其他直径的无缝或普通焊接管插入围岩 插入的倾角较超前锚杆 超前小导管略为减小 一般在十分软弱的地层可以将管顶入 或借助液压手动千斤顶 凿岩机 液压钻的冲击力 将钢管顶入末端开挖的地层中去 3 超前小导管预注浆法此法适用于中砂或粗砂 砾石层等空隙率较大的松散地层 钢管的构造 管前段做成尖楔状 在管前部2 5 4m范围内按梅花形布置 钻好 6mm的注浆孔 以便钢管顶入地层后对围岩空隙注浆 超前锚杆 钢管 的长度应根据地质情况 锚杆的拉拔试验强度 钻孔机械类型 共给钢筋或钢管长度 开挖循环次数等因素综合考虑确定 一般锚杆 钢管 多采用3 5 5 0m 最短者2 5m 最长者7 0m 4 超前锚杆 钢管 的倾角 a 一般选用6 12度 超前管棚倾角 一般选用5 10度 超前小导管预注浆中的钢管倾角 一般情况下同超前 管棚法 但若用于坍方处理 以注浆固结坍体形成人工护顶时 其倾角易选为30度 5 为提高支护效果 在靠近拱脚部位的超前支护的方向常分为左右酌情外插 锚杆 钢管 的横向间距根据围岩情况而定 一般选为0 2 4m 若采用双层支护时 间距为0 4 0 6m 其上下层应错开排列 6 超前锚杆 钢管 纵向间距根据围岩类别 超前支护长度 锚杆 钢管 的截面尺寸和横向间距等因素综合考虑确定之 一般超前锚杆 钢管 的纵向间距可取100cm或150cm 最大不超过200cm 二 超前支护法的施工程序由于支护类型及地质条件不同 使工序略有差异 其基本工序如下 1 对新开挖面结合出渣进行初次喷射混凝土 喷射厚度一般为3 6cm 2 架立网构钢架支撑 并做好纵向连接支撑 3 第一次测量 标出结构锚杆 悬吊锚杆和超前锚杆或超前钢管等孔的位置 4 钻孔 插锚杆或钢管 5 挂钢筋网 焊接钢筋网 锚杆或钢管外露端 横向短钢筋 网构钢架支撑相接处 6 清除工作面底部附近的浮渣 7 第二次喷射混凝土 喷至设计厚度 8 第二次测量 在开挖面画出下次开挖轮廓线 并标出炮眼位置 9 钻炮眼 装药 堵炮眼及爆破 三 超前支护法的开挖顺序选择开挖顺序选择 主要根据地质条件 隧道断面大小 使用机械设备和施工期限的因素综合考虑确定 目前双线隧道大多采用下列方法 1 CD CRD法 在超前支护的保护下先开挖上半部 随即进行喷锚等支护 然后在开挖下半部 2 台阶开挖 无论分几层开挖均须设置一层主台阶层 主台阶长度 可视地质情况而定 一般选用35 50m 主台阶层至拱部的开挖高度受装渣机高度和凿岩台车的长钻杆向上垂直钻孔的要求所限 可定在6 5m 如遇地质条件很不好 而减小其开挖高度时 则可增至开挖层数 四 超前支护法的施工注意事项1 当遇砂 软土等过于松散的地层 应慎重选择支护方法及其参数 以免造成支护失效 2 悬吊锚杆和结构锚杆均应保证施工质量 并将各种锚 钢管 末端焊接牢固 3 应保证格栅拱的架设质量及拱脚处的地基有足够的承载能力 4 注浆锚杆的砂浆应达到设计强度后方可进行爆破 5 合理运用微震动爆破 以免引起围岩过大的扰动和破坏 6 喷锚支护既要及时 又要保证质量 7 及时检查 测量 对有异状或变形较大处进行加固 二 注浆加固注浆加固是将松散地层固结为整体 在进行开挖 它是在松散地层中施工使用较多的一种方法 在砂夹砾石 粗砂且有浸蚀性水的地层中 采用水泥将压注 在粉 细砂地层或有浸蚀性水时 可压注化学浆液 在处理及其松散 破碎 软塑地层 或有大量涌水的软弱地层以及断层破碎带的隧道 通常采用注浆固结地层 先沿开挖断面周边布置压浆孔 其间距视围岩松散情况为0 6 0 8m 开挖后要求在开挖断面外能有约10cm厚的加固层 注浆数量控制 多采用定压和定量相结合的方法 其注浆数量及注浆压力基本是固定的 它是按需填充的空隙量选定 以所处理围岩总体积的百分数表示 在砂层可高达40 而裂隙岩体则仅5 注浆率 N 具体计算公式如下 N Q A 式中 Q 注浆总数量 m3 A 围岩加固体积 m3 围岩加固的孔隙率 见下表 经实践采用的填充率 见下表围岩孔隙率及注浆填充率表 略 为了做好预注浆工作 一般事先对加固围岩进行土力学试验 查看围岩的渗水系数 土颗粒组成 孔隙率 饱和度 密度 PH值 剪切和抗压强度等 必要时还要现场注水和抽水试验 第二节断层一 断层对隧道施工的影响隧道穿过断层地段 施工难度取决于断层的性质 断层破碎带的宽度 填充物 含水性和断层本身的活动性以及隧道轴线和断层构造线方向的组合关系 此外 与施工过程中对围岩的破坏程度 工序衔接的快慢 施工技术措施是否得当等 均有很大关系 当隧道轴线接近于垂直构造线的方向时 断层规模较小 破碎带不宽 且含水量较小时 条件比较有利 可随挖随支撑 但当隧道轴线斜交或者平行于构造方向时 则隧道穿过破碎带的长度增大 并有强大的侧压力应加强边墙衬砌 及时封闭 二 断层地带隧道施工步骤 一 探明断层地带情况 施工前切实掌握与断层带的所有情况 大断层破碎带的宽度较大 破坏程度严重 破碎带的充填物复杂 且有较多地下水时 应用地质雷达探明断层的实际地质情况 并有利于排水 二 选择合理的施工方法在断层带施工 应根据有关施工技术与机械设备条件 进度要求 材料供给情况等 慎重选择通过断层地段的施工方法 当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时 比照松散地层中的超前支护 采用CD CRD施工 随即浇筑仰拱 断层出现大量涌水 采用排堵结合的治理措施 三 施工注意事项1 防排水作业 1 断层带地下水是由地表水补给时 应在地表设置截排系统引排 对断层承压水 在每个掘进循环中 向巷道前进方向钻进不少于2个超前钻孔 其深度在4m以上 以探明地下水情况 2 随工作面地向前推进挖好排水沟 并根据岩质情况 必要时加以铺砌 为反坡掘进时 除准备足够的抽水设备外 并安排适当的集水坑 3 侧壁或拱顶有水流出时 凿眼安置套管集中引排 使其不漫流 2 施工工序 1 通过断层的各施工工序之间的距离尽量缩短 并尽快地使全断面衬砌封闭 减少围岩的暴露 松动和地压增大 2 当采用上下台阶施工时 其下台阶不易超前太多 随即施作仰拱 3 开挖作业 1 采用爆破法掘进时 应严格掌握炮眼数 深度及装药量 原则上应尽量减少爆破对围岩的震动 2 采用CD或CRD法开挖时 其下部开挖宜左右两侧交替作业 如遇两侧软硬不同时 按先软后硬顺序交错进行 4 支护作业 1 断层地带的支护宁强勿弱 并经常检查加固 2 在断层地带中 开挖面要立即喷一层混凝土 并架设有足够强度的钢架支撑 3 分部开挖时 要注意上下台阶和工序间的支撑交换工作 并预留足够的支撑沉落量 5 衬砌作业 1 衬砌应紧跟开挖面 2 衬砌断面应尽早封闭 第三节溶洞一 岩溶对施工的影响当隧道穿过可溶性岩层时 有的溶洞位于隧道底部 充填物且软又深 隧道基底难以处理 有的溶洞岩质破碎 容易发生坍塌 有时遇到水囊或暗河 岩溶水和泥沙加水大量涌入隧道 有时遇到填满饱含水的充填物溶槽 当坑道掘进至边缘时 含水充填物不断涌进坑道 难以遏制 甚至地表开裂下沉 山体压力剧增 有的溶洞 暗河迂回交错 分支错综复杂 范围宽广 处理十分困难 二 隧道遇到溶洞的处理措施隧道在溶洞堤段施工时 根据设计文件有关资料及现场实际 查明溶洞分布范围 类型情况 大小 有无水 是否在发育中 充填物 岩层的稳定程度和地下水流情况 有无长期补给来源 雨季水量有无增长 等 分别以引 堵 越 绕等措施进行处理 一 引排水1 当暗河溶洞有水流时 宜排不宜堵 查明水源流向及其与隧道位置的关系后 用暗管 涵洞 小桥等措施 渲泄水流或开凿引水洞 将水排出洞外 2 当水流位置在隧道上或高于隧道时 应在适当的距离外 开凿引水斜洞 或引水槽 将水位降低到隧道底部的位置以下 再行引排 二 堵填1 对已停止发育 径跨较小 无水的溶洞 可根据其与隧道相交的位置及其充填情况 采用混凝土 浆砌片石活干砌片石予以回填封闭 根据地质情况决定是否需要加深边墙基础 2 拱以上的空溶洞 可视岩石的破碎程度采用喷锚支护加固 或加设护拱及拱顶回填的办法处理 三 跨越当溶洞较大较深时 可采用梁 拱跨越 但梁端或拱座置于稳固可靠的基岩上 必要时用圬工加固 隧道在不同部位遇到溶洞的跨越措施 1 当隧道一侧遇到狭长而深的溶洞 可加深该侧的边墙基础通过 2 当底部遇到较大溶洞并有流水时 可在隧底以下砌筑浆砌片石支墙 支撑隧道结构 并在支墙内套设涵管引排溶洞水 3 当隧道边墙部位遇到较大 较深的溶洞 不宜加深边墙基础时 可在边墙部位或隧底以下筑拱跨越 4 当隧道中部及底部遇有深峡的溶洞时 可加强两边墙基础 并根据情况设置桥台架梁通过 5 溶洞上大下小 且有部分充填物时 可将隧道顶部的充填物清除 然后在隧道底部标高以下设置钢筋混凝土横