隧道单层衬砌技术.ppt

southwestjIaotongunIversIty 隧道单层衬砌技术 基于矿山法施工技术 对水下隧道衬砌结构上水压力分布模式进行调研 形成调研报告 提示 应针对不同的地层结构或岩性特征 渗透系数 分析水压力的分布模式 以及相应的设计对策 12周作业 单层衬砌定义单层衬砌应用现状设计基本理论单层衬砌围岩稳定性分级单层衬砌结构形式用作单层衬砌的喷射混凝土力学指标 主要内容 一 单层衬砌定义 单层衬砌是由单层或多层混凝土构成的支护体系 支护层与衬砌层是一体的 各层间能够充分传递剪力的支护体系 称为单层衬砌 最新的定义 取消防水板的前提下 洞室开挖后立即喷射一层具有防水性能的混凝土 并根据围岩级别设置必要的支护构件 如锚杆 钢拱架等 然后根据耐久性及平整度的要求 再施作 喷射或模筑 一层或多层混凝土 构成层间具有很强粘接力并可充分传递剪力的支护体系 单层衬砌 单层衬砌的承载机理通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性 使得各混凝土层形成共同承载体系 近似地 可以把单层衬砌结构看作 组合梁 来分析其力学特性 复合式衬砌其结构类似于 叠合梁 的力学行为 单层衬砌技术 湿喷技术 高分子和钢纤维喷射混凝土的采用 解决喷射混凝土的防裂和耐久性问题 高分子或钢纤维喷射混凝土施作后形成的隧道轮廓可能并不完全符合设计的衬砌内轮廓理论曲线 但可以做到基本圆顺 避免局部应力集中 确保支护系统和围岩的稳定性 同等荷载 厚度比复合式衬砌薄 减少开挖量和衬砌圬工量 基本不需要模板 拱架等 降低造价和缩短工期 二 单层衬砌应用现状 以色列海法市卡迈尔公路隧道 国外工程 公路隧道 以色列海法市卡迈尔公路隧道 国外工程 公路隧道 瑞士的VEREINA铁路隧道钻爆法施工的单层衬砌和用TBM施工的单层衬砌 国外工程 铁路隧道 瑞士阿尔卑斯山的旅游铁路车站隧道 国外工程 铁路隧道 斯德哥尔摩地铁车站和地铁换乘大厅 国外工程 地铁 芬兰赫尔辛基地铁区间及车站 国外工程 地铁 地下酒窖 挪威Gjolasvik地下体育馆 国外工程 其他工程 芬兰赫尔辛基ItakeskusSwimmingHall 成昆铁路布祖湾隧道 国内工程 铁路隧道 西安南京铁路万军迴隧道钢纤维喷混凝土单层衬砌 茶园涪陵二级公路上的关长山隧道采用C25聚丙烯纤维喷射混凝土单层衬砌 国内工程 公路隧道 铁路隧道 三 设计基本理论 松动圈支护理论 Q法在欧洲广泛应用 但需要确定六个系数 不太适合我国国情 因此以松动圈支护理论为基础展开 1 围岩松动圈的概念20世纪70年代末 以董方庭教授为首的课题组 提出了围岩破裂过程中的岩石碎胀变形 碎胀力 是支护的对象 并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈 在国内外首先提出了 围岩松动圈支护理论 其主要包括三部分 围岩松动圈支护理论 围岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术 2 围岩松动圈支护理论的立论围岩松动圈是隧道开挖后客观和普遍存在的 支护对象为松动破裂发展中的岩石碎胀变形或碎胀力 支护的作用一方面是维护破裂的岩石在原位不垮落 另一方面是限制围岩松动圈形成过程中的有害变形 3 围岩松动圈稳定性判据松动圈是地应力与围岩强度相互作用的结果 它是一个综合指标 松动圈越大 围岩收敛变形量越大 支护越困难 反之则易 松动圈的大小反映了支护的困难程度 松动圈与有无支护关系不大 4 围岩松动圈分类 5 围岩松动圈测试技术围岩松动圈是围岩应力超过岩体强度之后而在洞室周边形成的破裂带 其物理状态表现为破裂缝的增加及岩体应力水平的降低 松动圈测试就是检测隧道开挖后新的破坏裂缝及其分布范围 围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的界面位置就是松动圈的边界 围岩松动圈的测试技术主要有 超声波测井探测法及地质雷达法 1 超声波测井探测法超声波在岩体中的传播速度与裂隙程度及岩体受力状态有关 岩体整体性好 弹性声波速度快 岩体裂隙发育 弹性波速低 a 波速 孔深曲线 b 时间 孔深曲线 双孔测试示意图单孔测试示意图 2 地质雷达探测法地质雷达探测法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁技术 地质雷达通过记录电磁反射波信号的强弱及到达时间来判定电性异常体的几何形态和岩性特征 介质中的反射波形成雷达剖面 通过异常体反射波的走时 振幅和相位特征来识别目标体 便可推断介质结构 2 地质雷达探测法雷达测试围岩松动圈的基本原理是 围岩松动圈是以围岩破坏产生宏观裂隙形成的物性界面为主要特征 在该范围内岩体呈破裂松弛状 地质雷达在扫描过程中 发出的电磁波在松动圈内传播时 波形呈杂乱无章状态 无明显同相轴 当电磁波经过松动圈与非破坏区交界面时 必然发生较强的反射 从而可以根据反射波图像特征来确定围岩松动圈的范围 四 单层衬砌围岩稳定性分级 根据对围岩稳定性的分析评价及单层衬砌的作用机理分析 在单层衬砌设计过程中 分两阶段进行设计 即施工前的预设计和施工过程中的修正设计 单层衬砌稳定性分级远期应该与国际接轨 推荐采用为与Q系统相同的9级 根据我们的研究 提出了两阶段单层衬砌隧道稳定性分级 预设计阶段单层衬砌隧道稳定性分级 施工阶段单层衬砌隧道稳定性分级 五 单层衬砌结构形式 各级围岩单层衬砌支护机理及支护型式 单层衬砌支护形式 六 用作单层衬砌的喷射混凝土力学指标 设计基准强度 日本 设计基准强度 EFNARC 设计基准强度 挪威 设计基准强度 中国 看出 我国和日本的规定水准相对较低 欧洲规范 很少有用小于C25的喷混凝土 喷混凝土的设计基准强度有向高强度方向发展 喷混凝土的初期强度 日本 喷混凝土的初期强度 挪威 喷混凝土的初期强度 EFNARC 喷混凝土的初期强度 中国 客运专线铁路隧道工程施工技术指南 TZ214 2005 中对初期强度有这样的规定 3h强度达到1 5MPa 24h强度达到5 0MPa 纤维喷混凝土的弯曲韧性 纤维混凝土结构技术规程 CECS38 2004 对钢纤维喷射混凝土的韧性指标 作为围岩支护和衬砌的钢纤维喷射混凝土 其弯曲韧度比一般要求不小于0 70 采用平板加载试验 EFNARC 确定韧度指标时 用作单层永久衬砌 相应于挠度为25mm的变形能需达到700J 喷混凝土的粘结强度 粘结强度有两种 抗拉粘结强度与抗剪粘结强度 抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力 而抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的能力 喷混凝土