浅埋矿山法介绍课件.pptx
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1、2022-12-301第六章第六章 浅埋矿山法浅埋矿山法第一节第一节 矿山法矿山法 新奥法新奥法2022-12-3022022-12-303新奥法简介新奥法简介“新奥地利隧道施工法新奥地利隧道施工法”(NATMNATM)法,由奥地利学派)法,由奥地利学派创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容:创始人之一米勒教授提出的。包括三方面的内容:1 1、支护、支护-围岩共同作用原理。围岩共同作用原理。2 2、柔性支护观点、柔性支护观点/锚喷网综合支护主要支护手段。锚喷网综合支护主要支护手段。3 3、设计、施工、监测一条龙作业方式。、设计、施工、监测一条龙作业方式。优点:较好利用岩体力学特性,充分发挥
2、围岩的自优点:较好利用岩体力学特性,充分发挥围岩的自身的承载能力,合理设计支护结构和施工顺序。身的承载能力,合理设计支护结构和施工顺序。2022-12-304(1)良好的施工组织和管理,熟练的技)良好的施工组织和管理,熟练的技术和量测人员;术和量测人员;(2)开挖中暴露出的地质,会立刻改变)开挖中暴露出的地质,会立刻改变其状态。要求施工地质人员天天亲临开挖面,其状态。要求施工地质人员天天亲临开挖面,以便发现问题;以便发现问题;(3)用以控制施工过程的量测,常常会)用以控制施工过程的量测,常常会给施工作业带来干扰或者不能及时提给施工作业带来干扰或者不能及时提量测信息;新奥法的缺点新奥法的缺点20
3、22-12-3051 1、支护、支护-围岩共同作用原理围岩共同作用原理围岩既是生产支护荷载的主体,又是承受岩层荷载的围岩既是生产支护荷载的主体,又是承受岩层荷载的结构,支护结构,支护-围岩作为整体相互作用,共同承担围岩围岩作为整体相互作用,共同承担围岩压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚压力。摒弃了过去岩体作为对支护结构的荷载采用厚衬砌的传统做法。衬砌的传统做法。围岩压力是变形压力和松动压力的组合,大部分围岩压力是变形压力和松动压力的组合,大部分压力压力(特别是变形压力特别是变形压力)由围岩自身承担,只有少部分由围岩自身承担,只有少部分转移到支护结构上;支护荷载既取决于围岩的性质,转
4、移到支护结构上;支护荷载既取决于围岩的性质,又取决于支护结构的刚度和支护时间;围岩的松动区又取决于支护结构的刚度和支护时间;围岩的松动区和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护和围岩内的二次应力状态又与支护结构的性质和支护时间有关。时间有关。2022-12-306支护支护-围岩共同作用原理图围岩共同作用原理图支护时间刚度早晚刚支护2022-12-3072 2、柔性支护观点、柔性支护观点 支护刚度不必太大,当支护做完后,能支护刚度不必太大,当支护做完后,能与岩体一起生产一定的位移,释放部分变与岩体一起生产一定的位移,释放部分变形能,但又能使支护足以保持平衡,保持形能,但又能使支护足以保持平
5、衡,保持围岩稳定。围岩稳定。柔性支护,尽早支护,既及时封闭围岩,柔性支护,尽早支护,既及时封闭围岩,防止风化,又能释放变形能,合理利用围防止风化,又能释放变形能,合理利用围岩与支护共同承担应力调整过程中的所有岩与支护共同承担应力调整过程中的所有作用。作用。支护结构为闭合环,支护结构为闭合环,。2022-12-3083 3、设计、施工、监测一条龙作业方式、设计、施工、监测一条龙作业方式工程地质调查与相关实验工程开挖与支护设计施工与监测是否稳定2022-12-309第二节第二节 浅埋矿山法工序设计浅埋矿山法工序设计1、设计原理简述、设计原理简述基本思想:基本思想:应用岩石力学理论,提出充分利用围岩
6、的自承载应用岩石力学理论,提出充分利用围岩的自承载能力和开挖面空间约束作用,采用锚杆和喷砼为能力和开挖面空间约束作用,采用锚杆和喷砼为主要支护手段,及时对围岩进行加固,约束围岩主要支护手段,及时对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护量测,监控的松弛和变形,并通过对围岩和支护量测,监控来指导地下工程的设计与施工。来指导地下工程的设计与施工。2022-12-3010 浅埋矿山法的设计一般要经过浅埋矿山法的设计一般要经过“预设计预设计”和和“修正设计修正设计”两个阶段。其施工要点可归纳两个阶段。其施工要点可归纳如下:如下:开挖作业,对完全的土质隧道可采用开挖作业,对完全的土质隧道可
7、采用机械或人工挖掘,对石质隧道多采用光面爆机械或人工挖掘,对石质隧道多采用光面爆破和预裂爆破,并尽量采用大断面或较大断破和预裂爆破,并尽量采用大断面或较大断面开挖,以减少对围岩的扰动。尽量使隧道面开挖,以减少对围岩的扰动。尽量使隧道断圆周边轮廓圆顺,避免棱角突变处应力断圆周边轮廓圆顺,避免棱角突变处应力集小。集小。2022-12-3011初期支护,根据初期支护,根据“预设计预设计”采用不同的采用不同的文扩类型和参数及时施作喷射混凝土和锚文扩类型和参数及时施作喷射混凝土和锚杆初期支护,以控制因岩的变形和松弛。在杆初期支护,以控制因岩的变形和松弛。在浅埋软弱围岩地段,应使断面尽早闭合,以有浅埋软弱
8、围岩地段,应使断面尽早闭合,以有效地发挥支护体系的作用,保证隧道德定。效地发挥支护体系的作用,保证隧道德定。二次衬砌砌,在围岩与初期支护变形基二次衬砌砌,在围岩与初期支护变形基本稳定后修筑,围岩与支护结构形成一本稳定后修筑,围岩与支护结构形成一个整体,因个整体,因而提高体系的安全度。而提高体系的安全度。2022-12-3012通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、通过施工中对围岩和支护结构的动态观察、层测,合理安排施工程序,进行层测,合理安排施工程序,进行“修正设计修正设计”及圈常的施工管理。及圈常的施工管理。图图62实施程序实施程序2022-12-3013v第三节第三节 隧道掘进施工隧道掘进
9、施工v目前在国内、外采用的方法大体上有以下几种:目前在国内、外采用的方法大体上有以下几种:v全断面开挖法、台阶法、(其中包括长台阶法、短台全断面开挖法、台阶法、(其中包括长台阶法、短台阶法、超短台阶法;)分部开挖法(上半断面分部开阶法、超短台阶法;)分部开挖法(上半断面分部开挖、中隔壁法、)。挖、中隔壁法、)。2022-12-3014隧道各种施工方法的选用及特点如下:隧道各种施工方法的选用及特点如下:(1)全断面法全断面法即全断面开挖法,是指按设计开挖面形。即全断面开挖法,是指按设计开挖面形。优点:优点:全断面开挖有较大的工作空间,适用于大型配套机全断面开挖有较大的工作空间,适用于大型配套机械
10、化施工,施工速度较快,因单工作面作业,便于械化施工,施工速度较快,因单工作面作业,便于施工组织管理。施工组织管理。缺点:缺点:但开挖面大,围岩相对稳定性降低,且每个循环工但开挖面大,围岩相对稳定性降低,且每个循环工作量相对较大,因此要求具有较强的开挖、出渣能作量相对较大,因此要求具有较强的开挖、出渣能力相相应的支护能力。力相相应的支护能力。2022-12-30152022-12-3016采用全断面法开挖时应注意事项:采用全断面法开挖时应注意事项:摸清开挖面前方的地质情况随时限备好应急措摸清开挖面前方的地质情况随时限备好应急措施施(包括改变施工方法包括改变施工方法),以确保施工安今。尤其应注,以
11、确保施工安今。尤其应注意突然发生的地质条件恶化,如地下泥石流。意突然发生的地质条件恶化,如地下泥石流。各工序使用的机械设备务求配套,以充分发挥机各工序使用的机械设备务求配套,以充分发挥机械设备的使用效率相各工序之间的协调进行在保证械设备的使用效率相各工序之间的协调进行在保证隧道稳定安全的条件下,提高施工速度。隧道稳定安全的条件下,提高施工速度。在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时,应加强在软弱破碎围岩中使用全断面法开挖时,应加强对辅助施工方法的设计和作业检查,以及支护后围岩对辅助施工方法的设计和作业检查,以及支护后围岩的动态量测与监控。的动态量测与监控。2022-12-3017(2)台阶法台阶法
12、 即台阶开挖法,一般是将设计断面分上半断面和下即台阶开挖法,一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开按成形。也采用台阶上部弧形导坑超前半断面两次开按成形。也采用台阶上部弧形导坑超前开挖的。开挖的。台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速台阶开挖法可以有足够的工作空间和相当的施工速度。但上下部作业有干扰。台阶开挖虽增加对围岩的度。但上下部作业有干扰。台阶开挖虽增加对围岩的扰动次数,但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部扰动次数,但台阶有利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后,下部作业就铰为安全,注意下部作业时开挖支护后,下部作业就铰为安全,注意下部作业时对上部稳定性的影响。对上部稳定性的影响
13、。2022-12-30182022-12-3019台阶法台阶法有三种变化方案:有三种变化方案:a、长台阶法、长台阶法 上下台阶距离较远,上台阶超前上下台阶距离较远,上台阶超前50m以上以上或或5倍洞跨,施工中上下部可配大中型机械平行倍洞跨,施工中上下部可配大中型机械平行作业。作业。b 短台阶法C 超 短台阶法2022-12-3020台阶外挖时应汀意以下事项:台阶外挖时应汀意以下事项:台阶长度要适当台阶长度要适当 长台阶、短台阶、微台阶长台阶、短台阶、微台阶三种三种、选用何种台阶,应根据两个条件来确定;、选用何种台阶,应根据两个条件来确定;具一是初期支护形成闭合断面的时间要求,岩稳具一是初期支护
14、形成闭合断面的时间要求,岩稳定性愈差,闭合时间越短定性愈差,闭合时间越短P982022-12-30212022-12-3022W h e e l L o a d e rB a c k h o eH y d r a u l i c B r e a k e rD u m p T r u c kT o p H e a d i n gB a c k h o eD u m p T r u c kB e n c hI n v e r t B r i d g eR e b a r F a b r i c a t e S t a g eS h e e t S t a g eC o n c r e t e p
15、u m pT r u c k M i x e r破 碎 機出 碴 卡 車傾 卸 車挖 土 機混 凝 土 泵 浦 車混 凝 土 拌 合 車防 水 膜 安 裝鋼 筋 組 立S l i d i n g F o r m襯 砌 鋼 模仰 拱 棧 橋出 碴 卡 車挖 土 機台 階上 半 斷 面D u s t C o l l e c t o rD r i l l J u m b oT r u c k M i x e rC o m p r e s s o rC u b i c l e混 凝 土 拌 合 車鑽 堡集 塵 機受 電 台 車空 壓 機S h o t c r e t e M a c h i n e噴
16、漿 機B e n c h台 階I n v e r t仰 拱A r c h L i n i n g頂 拱 內 襯 砌2022-12-3023(3)(3)分部开挖分部开挖目的:目的:是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳定、是为了减小对围岩的扰动、保证掌子面的稳定、并能便利支撑,以保安全。并能便利支撑,以保安全。分部开挖的方法:分部开挖的方法:是将掌子面(工作面)分为多个工作面,分部是将掌子面(工作面)分为多个工作面,分部实施。实施。2022-12-30242022-12-3025(3)分部开挖法)分部开挖法 可分为三种变化方案:可分为三种变化方案:a、台阶分部开挖法、台阶分部开挖法 又称环形开挖
17、留核心土法,适用于一般土质或又称环形开挖留核心土法,适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土支挡开挖易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土支挡开挖工作面利于及工作面利于及2022-12-3026 b、单侧壁导坑、单侧壁导坑法法(CD法法-Centerdiaphgram)围岩较差,跨度围岩较差,跨度大,地表沉陷难于控大,地表沉陷难于控制时采用,此法单侧制时采用,此法单侧壁导坑超前,壁导坑超前,2022-12-30272022-12-3028 c、双侧壁导、双侧壁导坑法坑法 适用于浅埋适用于浅埋大跨度隧道,大跨度隧道,地表下沉量要地表下沉量要求严格,围岩求严格,围岩条件特别差条件特别差时,此
18、法安全时,此法安全可靠但速度可靠但速度2022-12-3029注意事项:注意事项:P982022-12-30302022-12-30312、隧道开挖方法:、隧道开挖方法:隧道及地下工程施工基本作业:开挖(钻眼、隧道及地下工程施工基本作业:开挖(钻眼、爆破、出渣);支护(初期支护、永久性支护);爆破、出渣);支护(初期支护、永久性支护);铺设。铺设。在岩层中开挖隧道、钻眼、爆破作业是少不了在岩层中开挖隧道、钻眼、爆破作业是少不了的,所以也称为钻爆法施工。的,所以也称为钻爆法施工。(1 1)钻爆法)钻爆法2022-12-30322022-12-30332022-12-3034瑞典阿特拉斯液压凿岩台
19、车H1782022-12-30353 3、隧道光面爆破技术隧道光面爆破技术1 1)概述概述(1 1)传统的隧道钻爆开挖法)传统的隧道钻爆开挖法(2 2)光面爆破技术)光面爆破技术19501950年起源于瑞典,年起源于瑞典,19521952年在加拿大首次应用。年在加拿大首次应用。光面爆破、预裂爆破、控制爆破之间的区别与联光面爆破、预裂爆破、控制爆破之间的区别与联系;系;2022-12-3036 光面爆破(包括预裂爆破)的主要特点:光面爆破(包括预裂爆破)的主要特点:爆破后轮廓成型规整,符合设计断面的轮廓要求;爆破后轮廓成型规整,符合设计断面的轮廓要求;围岩保持稳定,不产生或很少产生炮震裂隙;围岩
20、保持稳定,不产生或很少产生炮震裂隙;能为施工创造舒适安全的条件,加快施工进度;能为施工创造舒适安全的条件,加快施工进度;节省工程造价。2022-12-30372)光面爆破的定义与分类光面爆破的定义与分类(1)定义:)定义:光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术,光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术,是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破,并使周边眼最后起爆的方法。钻孔和爆破,并使周边眼最后起爆的方法。2022-12-3038预裂爆破则是周边眼最先起爆。先装药密度要适预裂爆破则是周边眼最先起爆。先装药密度要适当地比光面爆破大一些,
21、周边眼间距适当小一些,当地比光面爆破大一些,周边眼间距适当小一些,崩落距离与光面爆破周边眼的组小抵抗线相比也崩落距离与光面爆破周边眼的组小抵抗线相比也要小一些。爆破后,能精确地沿周边眼连线形成要小一些。爆破后,能精确地沿周边眼连线形成断裂面,把设计要求爆除的部分崩落下来,而使断裂面,把设计要求爆除的部分崩落下来,而使围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。(2)光面爆破的三大类型:即轮廓线钻眼法、光)光面爆破的三大类型:即轮廓线钻眼法、光面爆破法、预裂爆破法面爆破法、预裂爆破法2022-12-3039 轮廓线钻眼法:最原始光面爆破方法。轮廓线钻眼法:最原始光面爆
22、破方法。要点:通过大量钻眼,人为制造弱面,使岩体沿弱面要点:通过大量钻眼,人为制造弱面,使岩体沿弱面切开,形成平整的岩壁,切开,形成平整的岩壁,“隔离隔离”振动、应力波和裂振动、应力波和裂缝传递,保护围岩稳定。缝传递,保护围岩稳定。优点:能获得较好的光面爆破效果。优点:能获得较好的光面爆破效果。缺点:钻眼工作量大,费用高。缺点:钻眼工作量大,费用高。应用:在断层破碎带,软弱岩体以及城市为减轻振动应用:在断层破碎带,软弱岩体以及城市为减轻振动影响的地区。影响的地区。2022-12-3040 预裂爆破法:预裂爆破法:周边眼最先起爆的光面爆破方法。周边眼最先起爆的光面爆破方法。要点:通过先起爆轮廓线
23、炮眼,预裂制造出相互贯通的要点:通过先起爆轮廓线炮眼,预裂制造出相互贯通的由炮眼组成的弱面,与原岩体分隔开来,使后续爆破不由炮眼组成的弱面,与原岩体分隔开来,使后续爆破不影响岩体,而造成光滑的平整壁面。影响岩体,而造成光滑的平整壁面。应用:完整的硬岩、中硬岩中深眼及深眼爆破。应用:完整的硬岩、中硬岩中深眼及深眼爆破。优点:通过预裂起到较大的隔震作用。2022-12-3041 光面爆破法:修边爆破法,与预裂爆破法恰好相光面爆破法:修边爆破法,与预裂爆破法恰好相反,轮廓线炮眼是在其他炮眼爆破后最后起爆。反,轮廓线炮眼是在其他炮眼爆破后最后起爆。要点:合理设计周边眼参数,才能达到光面爆破目要点:合理
24、设计周边眼参数,才能达到光面爆破目的。的。应用:软岩、中硬岩隧道浅眼爆破。应用:软岩、中硬岩隧道浅眼爆破。比较:周边轮廓线上炮眼数一般比较:周边轮廓线上炮眼数一般“少于少于”预裂爆破预裂爆破法情况。法情况。(2022-12-30423)对光面爆破和预裂爆破技术的初步评)对光面爆破和预裂爆破技术的初步评价价目的(优点):目的(优点):降低施工费用;降低施工费用;改善隧道围岩稳定状况;改善隧道围岩稳定状况;改善支护结构物的受力状况;改善支护结构物的受力状况;确保施工安全;确保施工安全;延长使用寿命。延长使用寿命。2022-12-3043 缺点:缺点:炮眼数较一般爆破法要多一些,炮眼数较一般爆破法要
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