浅埋暗挖隧道设计与施工(摘要)课件.ppt
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1、前言隧道工程是线性地下空间。水平线穿越地质体的特性决定了在隧道工程建造过程中地质状态的千变万化。地质的复杂性要求施工管理过程中必须针对每个掌子面具体问题具体分析。地下水是隧道工程的最重要的灾害源,必须予以高度的重视隧道工程管理是一门综合学科,管理者应涉历的专业技能 工程测量 工程地质 岩土力学 结构力学 材料力学 工程机械 隧道通风(流体力学)等P2目目 录录一、暗挖隧道施工技术一、暗挖隧道施工技术二、软弱围岩施工二、软弱围岩施工三、暗挖隧道辅助工法三、暗挖隧道辅助工法四、超前地质预报四、超前地质预报五、关于隧道风险评估五、关于隧道风险评估六、机械化发展六、机械化发展七、隧道施工各阶段重点关注
2、要素七、隧道施工各阶段重点关注要素围岩稳定性的“时空效应”围岩稳定有时间性 空间越大,越不利于自稳。暗挖暗挖隧道施工隧道施工方法方法按破岩机理分按破岩机理分 钻爆法钻爆法 非爆开挖非爆开挖按开挖断面分按开挖断面分 全断面法全断面法 分部开挖法分部开挖法分部开挖法:分部开挖法:台阶法台阶法(上下台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土环形七步开挖法、三台(上下台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土环形七步开挖法、三台阶临时仰拱法等)阶临时仰拱法等)双侧壁导坑法、中隔壁法(双侧壁导坑法、中隔壁法(CD)、交叉中隔壁法(、交叉中隔壁法(CRD)其他:导洞法其他:导洞法 中导洞法(双连拱隧道)顶管法中导洞法(双
3、连拱隧道)顶管法 钻爆法是最常规的暗挖隧道开挖方法,其关键是钻爆设计和光面爆破钻爆法是最常规的暗挖隧道开挖方法,其关键是钻爆设计和光面爆破暗挖隧道分部开挖示意图台阶法台阶法该工法一般适合于该工法一般适合于级围岩,要级围岩,要求台阶长度不大于求台阶长度不大于1 1倍洞径,仰拱倍洞径,仰拱距掌子面距离不大于距掌子面距离不大于2 2倍洞径。倍洞径。环形导坑环形导坑(预留核心土预留核心土)法法 该方法利用核心土稳定掌子面,然后开挖两侧边墙、中部核心土,最后开该方法利用核心土稳定掌子面,然后开挖两侧边墙、中部核心土,最后开挖仰拱。该工法步骤多,工艺要求高。挖仰拱。该工法步骤多,工艺要求高。CDCD法(中
4、隔壁法)法(中隔壁法)该工法适合于浅埋地段或穿越建(构)筑物时采用,以减少沉降,该工法适合于浅埋地段或穿越建(构)筑物时采用,以减少沉降,防止坍方。该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖,先在一侧采用防止坍方。该工法是将隧道分为左右两部分进行开挖,先在一侧采用台阶法分层开挖及支护,再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度台阶法分层开挖及支护,再开挖隧道另一侧。每台阶纵向长度35m。初期支护仰拱紧跟下台阶,封闭成环初期支护仰拱紧跟下台阶,封闭成环。CRDCRD法(交叉中隔壁法)法(交叉中隔壁法)该工法在特殊条件下采用。该工法是将大断面隧道上、下、左、右分块开挖,该工法在特殊条件下采用。该工法是将大断面隧道
5、上、下、左、右分块开挖,并施作初期支护和临时横撑(临时仰拱),每台阶纵向长度并施作初期支护和临时横撑(临时仰拱),每台阶纵向长度35m,步步封,步步封闭成环。闭成环。35 m35 m35 m35 m35 m35 mCRDCRD工法、双侧壁导坑开挖照片工法、双侧壁导坑开挖照片隧道施工安全步距要求 铁建设2010 120号文 7.隧道、级围岩地段、隧道浅埋、下穿建筑物及邻近既有线地段施工开挖应按照爆破安全规程采用控制爆破,或采用非爆破方法。8.软弱围岩隧道、级地段采用台阶法施工时,应符合以下规定:(1)上台阶每循环开挖支护进尺、级围岩不应大于1榀榀钢架间距,级围岩不得大于2榀榀钢架间距 (2)边墙
6、每循环开挖支护进尺不得大于2榀榀。(3)仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆完成钢架锁脚锚杆,每循坏开挖进尺不得大于3m。3榀榀 (4)隧道开挖后初期支护应及时施作并封闭成环,、级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。台阶长度不超过台阶长度不超过10米米.18 软弱围岩及不良地质铁路隧道的二次衬砌应及时施作,二次衬砌距掌子面的距离:级围岩不得大于90m,、级围岩不得大于70m。原则上不超过原则上不超过200米米 关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知关于进一步加强铁路隧道设计施工安全管理工作的通知(建技2010352号)增加了时间要求增加了时间要求关于光面爆破 安全 质量 效益影响光面爆破
7、的因素 围岩整体性 爆破参数 周边眼的数量 间距 钻孔质量(方向)隧道断面大小和开挖长度 合理的临空面 一般是拱部好于边墙一般是拱部好于边墙 预留光爆层预留光爆层光面爆破关键在于管理光面爆破关键在于管理关于隧道场地布置洞内三管两线布置图正洞隧道中心线50cm高压风管高压水管风筒照明线路高压电缆洞外场地布置以洞内的需求为洞外场地布置以洞内的需求为宗旨宗旨场地布置以场地布置以大宗物流运送为主大宗物流运送为主线,兼顾动力供应线,兼顾动力供应,保证运输线,保证运输线路通畅。路通畅。因地制宜因地制宜 科学安排科学安排(经计算分析)(经计算分析)注意留够新风距离注意留够新风距离供水宜采用变频增压技术供水宜
8、采用变频增压技术关于监控量测目测是隧道监控量测的一个重目测是隧道监控量测的一个重要项目要项目 要求有严格的安全值班制度和良好的照明条件l应根据设计文件安排量测项目应根据设计文件安排量测项目 主要包括拱顶下沉和水平收敛,浅埋段应进行地表沉降量测l目前采用有尺量测的较多。由于目前采用有尺量测的较多。由于隧道断面大,采取有尺量测时,隧道断面大,采取有尺量测时,施工干扰大、耗时长。施工干扰大、耗时长。应大力推广采用全站仪利用贴片反射进行量测。软弱围岩定义一般公路、铁路级以下围岩为软弱围岩。城市隧道由于埋藏较浅,围岩多为、甚至级。地铁设计规范(GB50157-2003)规定:“暗挖结构的围岩分级按现行铁
9、路隧道设计规范确定”。因此,目前地铁、轨道交通围岩分级应依照现行铁路隧道设计规范确定。表3 铁路隧道围岩基本分级级别岩体特征土体特征围岩弹性纵波速度p(km/s)极硬岩,岩体破碎;硬岩,岩体较破碎或破碎;较软岩或软硬岩互层,且以软岩为主,岩体较完整或较破碎;软岩,岩体完整或较完整具压密或成岩作用的黏性土、粉土及砂类土,一般钙质、铁质胶结的粗角砾土、粗圆砾土、碎石土、卵石土、大块石土、黄土(Q1、Q2)1.53.0软岩,岩体破碎至极破碎;全部极软岩及全部极破碎岩(包括受构造影响严重的破碎带)一般第四系坚硬、硬塑黏性土,稍密及以上、稍湿、潮湿的碎石土、卵石土、粗圆砾土、细圆砾土、粗角砾土、细角砾土
10、、粉土及黄土(Q3、Q4)1.02.0受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉末、泥土状的断层带软塑状黏性土,饱和的粉土、砂类土等1.0(饱和状态的土1.5)由于埋深关系,地铁隧道以土质软弱围岩居多(一一)软弱围岩主要工程地质特点软弱围岩主要工程地质特点 软弱围岩一般是指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩,工程地质特点有:(1)岩体破碎松散、粘结力差:一般为土层、岩体全风化层、挤压破碎带等构成的围岩,由于结构破碎松散,岩体间的粘结力差,开挖洞室后,仅靠颗粒间的摩擦效应和微弱胶结作用成拱,这类岩体极不稳定,尤其是在浅埋地段容易发生坍塌冒顶。(2)围岩强度低、遇水易软化:一般以页岩、泥岩、片
11、岩、炭质岩、千枚岩等为代表的软质岩地层,由于其强度低、稳定性差,开挖暴露后易风化、遇水易软化,尤其是深埋地段受高应力影响容易发生塑性变形,造成洞室内挤。(3)岩体结构面软弱、易滑塌:主要是存在于受结构面切割影响严重的块状岩体中,由于结构面的粘结强度较低,开挖后周边岩体极易沿结构面产生松弛、滑移和坠落等变形破坏现象。变形量大变形集中发生在工序转换期一旦大变形形成,就难以控制。累计位移/mm下台阶开挖核心土开挖时间/d图5.5-2 净空收敛变形规律土质浅埋隧道变形特征土质浅埋隧道变形特征掌子面开挖掌子面开挖前已有前已有10%30%的变形的变形软弱围岩变形由三部分组成:一是,隧道正前方掌子面的水平位
12、移,表现为掌子面的水平鼓出;二是,掌子面前方围岩下沉,浅埋隧道表现为地表下沉,形成沉降槽;三三是,刚开挖的隧道洞壁出现收敛变形,表现为拱顶下沉和边墙内移;掌子面鼓出/地表沉降槽拱顶下沉和边墙内移P24针对不同的软弱围岩变形特征,从针对不同的软弱围岩变形特征,从支护参数支护参数、断面形式断面形式、施工工法施工工法以及以及施工设备施工设备等几个方等几个方面考虑控制变形的手段:面考虑控制变形的手段:软岩加固技术软岩加固技术P251)长锚杆加固塑性圈长锚杆加固塑性圈:根据塑性区范围及软质片根据塑性区范围及软质片岩厚度,锚杆长度岩厚度,锚杆长度812m不等,锚杆采用不等,锚杆采用R32N自进式锚杆,间距
13、自进式锚杆,间距11.2m,结合锚杆向围岩中压,结合锚杆向围岩中压注水泥浆液;注水泥浆液;长锚杆加固塑性圈长锚杆加固塑性圈软岩加固技术软岩加固技术P262)提高支护刚度)提高支护刚度:初期支护是受力:初期支护是受力主体,它要求有一定的强度、刚度主体,它要求有一定的强度、刚度以抑制围岩的变形。通常采用以抑制围岩的变形。通常采用格栅格栅钢架钢架I16型钢钢架型钢钢架I18型钢型钢钢架钢架I20 型钢钢架型钢钢架H175型型钢钢架钢钢架等手段逐级进行加强试验,等手段逐级进行加强试验,以控制围岩的变形。以控制围岩的变形。刚性支护措施刚性支护措施软岩加固技术软岩加固技术P273)分层加强支护分层加强支护
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