滑膜施工工艺讲解ppt课件.ppt

第一节隧道施工方法 隧道施工 隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法 施工技术和施工管理的总称 隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件 并结合隧道断面尺寸 长度 衬砌类型 隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定 一 隧道施工基本概念 隧道施工方法可按以下方式分类 隧道施工技术 主要研究解决上述各种隧道施工方法所需的技术方案和措施 隧道施工管理 主要解决施工组织设计 施工中的技术管理 计划管理 质量管理 经济管理 安全管理等问题 隧道施工和工程实践有密切联系 因此应将理论与生产实践紧密结合 必须学会结合工程实践经验 掌握综合运用这些知识的能力 以便正确处理隧道施工中遇到的各种实际问题 二 山岭隧道的常规施工方法 山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法 将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为 传统的矿山法 而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为 新奥法 一 矿山法 它是以木或钢构件作为临时支撑 待隧道开挖成形后 逐步将临时支撑撤换下来 而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法 二 新奥法 新奥法即奥地利隧道施工新方法 NewAustrianTunnellingMethod NATM 是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段 通过监测控制围岩的变形 便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法 由于锚喷支护技术的应用和发展 导致隧道及地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域 也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际 即设计理论 施工方法 结构 体系 工作状态 结果 的一致 一 新奥法施工程序 新奥法施工程序可用以下框图表示 第二节新奥法的基本概念 二 新奥法施工的基本原则 新奥法施工的基本原则可以归纳为 少扰动 早喷锚 勤量测 紧封闭 少扰动 指在进行隧道开挖时 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 早支护 指开挖后及时施作初期锚喷支护 使围岩的变形进入受控制状态 勤量测 指以直观 可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩 或围岩加支护 的稳定状态 或判断其动态发展趋势 以便及时调整支护形式 开挖方法 确保施工安全和顺利进行 紧封闭 一方面指采取喷射混凝土等防护措施 避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减 另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护 第三节开挖方法 隧道开挖的基本原则是 在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提条件下 选择恰当的开挖方法和掘进方式 并应尽量提高掘进速度 在选择开挖方法时 应对隧道断面大小及形状 围岩的工程地质条件 支护条件 工期要求 工区长度 机械配备能力 经济性等相关因素进行综合分析 采用恰当的开挖方法 按开挖隧道的横断面分部情形来分 开挖方法可分为全断面开挖法 台阶开挖法 分部开挖法等 一 全断面开挖法 全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形 然后修建衬砌的施工方法 一 施工顺序隧道掘进正规循环作业横道图见图 二 适用条件 1 I IV级围岩 在用于 级围岩时 围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内 保持其自身稳定的条件 2 有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备 3 隧道长度或施工区段长度不宜太短 根据经验一般不应小于lkm 否则采用大型机械化施工 其经济性较差 隧道机械化施工 有三条主要作业线 见表 三 全断面法施工特点 1 开挖断面与作业空间大 干扰小 2 有条件充分使用机械 减少人力 3 工序少 便于施工组织与管理 改善劳动条件 4 开挖一次成形 对围岩扰动少 有利于围岩稳定 二 台阶法 根据台阶长度不同 划分为长台阶法 短台阶法和微台阶法三种 施工中采用哪一种台阶法 要根据两个条件来决定 第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求 围岩越差 要求闭合时间越短 第二是对上部断面施工所采用的开挖 支护 出渣等机械设备需要施工场地大小的要求 一 长台阶法 长台阶法开挖断面小 有利于维持开挖面的稳定 适用范围较全断面法广 一般适用于地质条件较差的 V级围岩 二 短台阶法 短台阶法适用于地质条件差的 V级围岩 台阶长度定为10 15m 即1 2倍开挖宽度 主要是考虑拉开工作面 减少干扰 因此台阶长度不宜过短 短台阶法可缩短支护闭合时间 改善初期支护的受力条件 有利于控制围岩变形 缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大 不能全部平行作业 三 微台阶法 适用于 级围岩 一般为3 5m的台阶长度 微台阶法上下断面相距较近 机械设备集中 作业时相互干扰大 生产效率低 施工速度慢 三 分部开挖法 分部开挖法包括环形开挖预留核心土法 双侧壁导坑法 中洞法 中隔壁法等 一 环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法常用于 级围岩单线和V 级围岩双线隧道掘进 施工顺序见图 施工时要求 环形开挖进尺一般为0 5 2 0m 开挖后应及时施作喷锚支护 安设钢架支撑 每两榀钢架之间采用连续钢筋连接 并加锁脚锚杆 核心土面积不小于整个断面的50 当围岩地质条件差 自稳时间较短时 开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外 进行超前支护 二次衬砌采用先墙后拱法施作 特点 简单明了 施工易行 不需要特殊的机械设备 减少施工投入 开挖工作面稳定性好 施工较安全 二 侧壁导坑法根据侧壁导坑开挖的个数 分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法 1 单侧壁导坑法单侧壁导坑法一般将断面分成三块 侧壁导坑 上台阶 下台阶 如图 侧壁导坑宽度不宜超过0 5倍洞跨 高度以到起拱线为宜 导坑与台阶的距离没有硬性规定 一般以施工互不干扰为原则 由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小 而且封闭型的导坑初期支护承载能力大 所以它适用于断面跨度大 地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中 2 双侧壁导坑法双侧壁导坑法施工顺序如图 适用于V 级围岩双线或多线隧道掘进 双侧壁导坑法将断面分成四块 左右侧壁导坑 上台阶 下台阶 双侧壁导坑法施工要求 侧壁导坑高度以到起拱线为宜 侧壁导坑形状应近于椭圆形断面 导坑断面为整个断面的1 3 侧壁导坑领先长度一般为30 50m 以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则 导坑开挖后应及时进行初期支护 并尽早封闭成环 三 中洞法中洞法适用于双连拱隧道 采用先施作隧道中墙混凝土 后开挖两侧的施工方法 如图 中洞法施工要求 中洞法开挖高度应大于中墙高度1m 开挖宽度应大于5m 中洞开挖长度根据隧道长度 宽度以及地质情况综合考虑 一般为50 80m 中洞开挖后应及时施作初期支护 再分段灌筑中墙混凝土 在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模 并进行临时横向支撑 四 中隔壁法 CD 中隔壁法 如图 适用于V 级围岩的浅埋双线隧道 中隔墙开挖时 应沿一侧自上而下分为二或三部进行 每开挖一步均应及时施作锚喷支护 安设钢架 施作中隔壁 底部应设临时仰拱 中隔壁墙依次分步联结而成 之后再开挖中隔墙的另一侧 其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同 中隔壁洞法施工要求 各部开挖时 周边轮廓尽量圆顺 减小应力集中 各部的底部高程应与钢架接头处一致 每一部的开挖高度为3 5m 后一侧开挖应全断面及时封闭 左右两侧纵向间距一般为30 50m 中隔壁设置为弧形或圆弧形 五 交叉中隔壁法 CRD 交叉中隔壁法适用于V 级围岩浅埋的双线或多线隧道 采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧 并及时支护 待完成1 2部后 即开始另一侧l 2部开挖及支护 形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形 采用交叉中隔壁法施工 除满足中隔壁法的要求外 尚应满足 设置临时仰拱 步步成环 自上而下 交叉进行 中隔壁及交叉临时支护 在灌注二次衬砌时 应逐段拆除 第四节围岩预支护 预加固 隧道施工中常用的辅助稳定措施有下图所示的几种 这些辅助稳定措施的选用应视围岩地质条件 地下水情况 施工方法 环境要求等具体情况而定 并尽量与常规施工方法相结合 一 超前锚杆 一 构造组成 超前锚杆是沿开挖轮廓线 以稍大的外插角 向开挖面前方安装锚杆 形成对前方围岩的预锚固 在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业 图 二 性能特点及适用条件特点 柔性较大 整体刚度较小 主要适用于应力不太大 地下水较少的软弱围岩的隧道工程中 如土砂质地层 弱膨胀性地层 流变性较小的地层 裂隙发育的岩体 断层破碎带等 浅埋无显著偏压隧道 也适宜于采用中小型机械施工 三 设计 施工要点1 超前锚杆的超前量 环向间距 外插角等参数 应视围岩地质条件 施工断面大小 开挖循环进尺和施工条件而定 一般超前长度为循环进尺的3 5倍 宜采用3 5m长 环向间距0 3 1 0m 外插角10 30 搭接长度宜为超前长度的40 60 左右 2 超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆 锚杆材料可用不小于 22的螺纹钢筋 3 超前锚杆的安装误差 一般要求孔位偏差不超过10cm 外插角不超过1 2 锚入长度不小于设计长度的96 4 开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区 以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点 5 开挖后应及时喷射混凝土 并尽快封闭环形初期支护 6 开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂 起鼓等情况 二 管棚 一 构造组成 管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角 向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护 图 二 性能特点及适用条件 特点 整体刚度较大 对围岩变形的限制能力较强 且能提前承受早期围岩压力 管棚主要适用于围岩压力来得快来得大 对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中 三 设计 施工要点 1 管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定 棚管长度不宜小于10m 一般为10 45m 管径70 180mm 孔径比管径大20 30mm 环向间距0 2 0 8m 外插角1 2 两组管棚间的纵向搭接长度不小于1 5m 钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架 2 钢拱架应安装稳固其垂直度允许误差为 2 中线及高程允许误差为 5cm 3 第一节钢管前端要加工成尖锥状 以利导向插入 4 长钢管应用4 6m的管节逐段接长 打入一节 再连接后一节 5 当需增加管棚刚度时 可在安装好的钢管内注入水泥砂浆 一般在第一节管的前段管壁交错钻10 15mm孔若干 以利排气和出浆 或在管内安装出气导管 浆注满后方可停止压注 6 水泥砂浆标号可用C20 C30 适当加大灰砂比 7 钻孔时如出现卡钻或坍孔 应注浆后再钻 有些土质地层则可直接将钢管顶入 三 超前注浆小导管 一 构造组成 超前小导管注浆是沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管 并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液 待浆液硬化后 坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈 在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖等作业 图7 二 性能特点及适用条件 特点 浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后 不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用 而且填塞了裂隙 阻隔了地下水向坑道渗流的通道 起到了堵水作用 适用于一般软弱破碎围岩 也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩 三 小导管布置和安装 1 小导管钻孔安装前 应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5 10cm厚的混凝土封闭 2 小导管一般采用 32mm的焊接管或 40mm的无缝钢管制作 长度宜为3 6m 前端做成尖锥形 前段管壁上每隔10 20cm交错钻眼 眼孔直径宜为6 8mm 3 钻孔直径应较管径大20mm以上 环向间距应按地层条件而定 渗透系数大的 间距亦应加大 一般采用20 50cm 外插角应控制在10 30 之间 一般采用15 4 级围岩劈裂 压密注浆时采用单排管 级围岩或处理坍方时可采用双排管 地下水丰富的松软层 可采用双排以上的多排管 渗入性注浆宜采用单排管 大断面或注浆效果差时 可采用双排管 5 小导管插入后应外露一定长度 以便连接注浆管 并用塑胶泥 40Be水玻璃拌525号水泥 将导管周围孔隙封堵密实 四 注浆材料 1 注浆材料种类及适用条件 在断层破碎带及砂卵石地层 裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm 渗透系数k 5 10 4m s 等强渗透性地层中 应采用料源广且价格便宜的注浆材料 宜选用水泥 水玻璃双浆液 断层带 注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类浆液 中 细 粉砂层 细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透地层中 宜选用渗透性好 低毒及遇水膨胀的化学浆液 如聚胺脂类 对于不透水的粘土层 则宜采用高压劈裂注浆 2 注浆材料的配比 采用水泥浆液时 水灰比可采用0 5 1 1 1 采用水泥 水玻璃浆液时 水泥浆的水灰比可用0 5 1 1 1 水玻璃浓度为25 40 Be 水泥浆与水玻璃的体积比宜为1 1 1 0 3 五 注浆 1 注浆设备应性能良好 工作压力应满足注浆压力要求 并应进行现场试验运转 2 小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内 以防压裂开挖面 注浆压力一般为0 5 1 0MPa 止浆塞应能经受注浆压力 3 要控制注浆量 即每根导管内已达到规定注入量时 就可结束 若孔口压力已达到规定压力值 但注入量仍不足 亦应停止注浆 4 注浆结束后 应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果 5 注浆后应视浆液种类 等待4h 水泥 水玻璃浆 8h 水泥浆 方可开挖 四 超前深孔围幕注浆 注浆机理可以分成四种 1 渗透注浆即是对于破碎岩层 砂卵石石层 中细 粉砂层等有一定渗透性的地层 采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴 裂缝 孔隙里 凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体 以提高地层的稳定性和强度 一 注浆机理及适用条件 2 劈裂注浆即对于颗粒更细的粘土质不透水 浆 地层 采用高压浆液强行挤压孔周 在注浆压力的作用下 浆液作用的周围土体被劈裂并形成裂缝 通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用 以提高其强度和稳定性 3 压密注浆即用浓稠的浆液注入土层中 使土体形成浆泡 向周围土层加压使得到加固 4 高压喷灌注浆即通过灌浆管在高压作用下 从管底部的特殊喷咀中喷射出高速浆液流及其外围的高速气流 促使土粒在冲击力 离心力及重力作用下 随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固结体 以达到加固之目的 如果隧道埋深较浅 注浆作业可在地面进行 对于深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆 这样可以避免与正洞施工的干扰 缩短施工工期 图 二 注浆范围 要确定加固区的大小 即确定围岩塑性破坏区的大小 可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重分布结果 并确定其塑性破坏区的大小 R0 r0 这也就是应加固区的大小 三 施工要点 1 注浆管一般采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管 注浆管壁上有眼部分的长度应根据注浆孔的位置和注浆区域来确定 其余部分不钻眼 并用止浆塞将其隔开 使浆液只注入到有效区域 2 钻孔钻机应根据地层条件及成孔效果选择 钻孔位置应满足设计要求 孔口位置偏差不超过5cm 孔底位置偏差不超过孔深的1 钻孔应清洗干净 并作好钻孔检查记录 3 注浆顺序应先上方后下方 或先内圈后外圈 先无水孔后有水孔 先上游 地下水 后下游顺序进行 应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固 4 结束条件注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定 单孔结束条件为 注浆压力达到设计终压 浆液注入量已达到计算值的80 以上 全段结束条件为 所有注浆孔均已符合单孔结束条件 无漏注 5 注浆检查除在注浆前进行钻孔质量 材料质量检查 注浆后对注浆效果检查外 注浆过程中应密切注意注浆压力的变化 6 开挖时间注浆后应视浆液种类 等待4h 水泥 水玻璃浆 至8h 水泥浆 方可开挖 但最后应注意保留止浆墙 并进行下一循环的注浆 若注浆工作在正洞以外进行 则超前时间易于保证 五 水平旋喷预支护 六 机械预切槽法 第五节隧道洞口施工 一 洞口地段的一般概念隧道施工的洞口地段 是指隧道进口 或出口 附近对隧道施工有影响的地段 该地段通常因地质地形复杂需要做特殊处理 隧道洞口工程主要包括边 仰坡土石方 边 仰坡防护 端墙 翼墙等洞门圬工 洞口排水系统 洞口检查设备安装 洞口段洞身衬砌 洞口地段的特点为 地层一般较破碎 多属堆积 坡积 严重风化或节理裂隙发育的松软岩层 稳定性较差 当岩层层面坡度与洞门主墙开挖坡度一致时 容易产生纵向推滑力 山体覆盖层较薄 一旦塌方可能塌穿到地表面 若隧道处于沟谷一侧或傍山时 通常会产生侧向压力 洞口段