第3章-隧道施工方法-《隧道工程施工》教学课件.ppt
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1、隧 道 工 程 施 工第3章 隧道施工方法3.3新奥法的施工方法3.1 传统矿山法3.2新奥法简介3.5洞口段及明洞的施工方法3.6辅助施工方法3.7钻爆开挖和装渣运输3.4新奥法的施工技术第3章 隧道施工方法3.10盾构法施工3.8 隧道支护施工3.9隧道防排水施工3.12 沉埋法施工3.13监控量测与数据分析3.11掘进机法施工 初步具备选择隧道施工方法的能力。掌握新奥法的施工技术及相应的施工工艺。对其他的隧道施工方法有一定的认识33知识目标第3章 隧道施工方法3.1 3.1 传统矿山法传统矿山法 矿山法指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。3矿山法是一种传统的施工方法。它的基
2、本原理是隧道开挖后受爆破影响,造成岩体破裂形成松弛状态,随时都有可能塌落。基于这种松弛荷载理论依据,其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块地开挖,并要求边挖边撑以求安全,所以矿山法支撑复杂、木料耗用多。随着喷锚支护的出现,使分部数目得以减少,并进而发展成新奥法。3.1 3.1 传统矿山法传统矿山法3.1.1漏斗棚架法的基本施工程序 漏斗棚架法的基本施工程序是先开挖下导坑,在下导坑开挖面后3050m处架设漏斗棚架,然后在漏斗棚架上方开挖部(“挑顶”)和部(“扩大”)。其间距以互不干扰为原则,一般可采用1520m。“挑顶”和“扩大”爆下的石渣直接堆放在棚架上,并通过漏斗口向下装入矿车内运出洞外。
3、石渣装完后即可拆除棚架,开挖(“刷帮”)和(边墙、水沟),此时整个隧道开挖完毕。在一定的安全距离(1020m)外灌注边墙和拱圈的混凝土,最后铺底砌水沟,如图3-1所示。3.1 3.1 传统矿山法传统矿山法1.1.漏斗棚架法施工的优点漏斗棚架法施工的优点2.2.漏斗棚架法施工的缺点漏斗棚架法施工的缺点 漏斗棚架法施工的优点是便于人力和使用小型机具开挖;“挑顶”“扩大”的石渣通过漏斗棚架装车,效率高,节省人力和机械;工作面多,可以安排较多的人力和机具进行平行作业,加快施工进度。漏斗棚架法施工的缺点是设置棚架需消耗大量木材和钢材;断面分块多,对围岩扰动大,且拱顶围岩暴露过长,只适用于级围岩;多个工作
4、面虽可平行作业,但相互干扰大,尤其刷帮开挖时容易损坏风管、水管、电力线,堵塞运输。3.1 3.1 传统矿山法传统矿山法3.1.2漏斗棚架法施工的特点3.2 3.2 新奥法简介新奥法简介 1963年,由奥地利学者L.V.拉布采维茨命名的“新奥地利隧道施工法(new Austrian tunnelling method)”,简称“新奥法(NATM)”正式出台。它既是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段,且以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法,理论、量测和经验相结合的一种施工方法,又是一系列指导隧道设计和施工的原则。3.2.1隧道施工的基本技术要求3.2 3.2 新奥法简介新奥法简介 (1)因围岩是隧道的
5、主要承载单元,所以要在施工中充分保护和爱护围岩。(2)为了充分发挥围岩的结构作用,应容许围岩有可控制的变形。(3)变形的控制主要通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到。(4)施工中须进行实地量测监控,及时提出可靠的、足量的量测信息,以指导施工和设计。3.2 3.2 新奥法简介新奥法简介 (5)在选择支护手段时,一般应选择能大面积地、牢固地与围岩紧密接触的,能及时施设且应变能力强的支护手段。(6)在任何情况下,使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。(7)在隧道施工过程中,必须建立“设计施工检验地质预测量测反馈修正设计”的一体化的施工管理系统,以不断地提高和完善隧道施工技术。3.2.2新奥法
6、施工的基本原则3.2 3.2 新奥法简介新奥法简介4.4.紧封闭紧封闭2.2.早支护早支护3.3.勤量测勤量测1.1.少扰动少扰动3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3.1全 断 面 开 挖 法1 1全断面开挖法的施工顺序全断面开挖法的施工顺序 (1)施工准备完成后,用钻孔台车钻眼,然后装药,连接起爆网路。(2)退出钻孔台车,引爆炸药,开挖出整个隧道断面。(3)进行通风、洒水、排烟、降尘。(4)排除危石,安设拱部锚杆和喷第一层混凝土。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法1 1全断面开挖法的施工顺序全断面开挖法的施工顺序 (5)用装渣机将石渣装入矿车或运输机,运出洞外
7、。(6)安设边墙锚杆和喷混凝土。(7)必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土。(8)开始下一轮循环。(9)在初次支护变形稳定后(或按施工组织中的规定日期)灌注内层衬砌。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2 2特点及适用条件特点及适用条件 1)全断面开挖法的优点 (1)工序少,相互干扰少,便于组织施工和管理。(2)工作空间大,便于组织大型机械化施工。(3)施工速度快。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2 2特点及适用条件特点及适用条件 2)全断面开挖法的缺点 (1)开挖面较大,围岩相对稳定性低。(2)循环工作量较大,要求施工单位有较强的开挖、出渣、运输和支护能力。
8、(3)采用深孔爆破时产生的爆破震动较大,对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。2 2特点及适用条件特点及适用条件 3)全断面开挖法的适用条件 全断面开挖法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩;必须具备大型施工机械;隧道长度或施工区段长度不宜太短,否则用大型机械化施工的经济性差,根据经验,这个长度不应小于1 km。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3.2台 阶 开 挖 法1 1.作业顺序作业顺序2 2.施工要点施工要点3 3.特点及特点及适用条件适用条件台阶法台阶法3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法4.4.台阶法的施
9、工要点台阶法的施工要点 (1)下半断面的开挖(又称落底)应在上半断面初期支护基本稳定后进行,或采取其他有效措施确保初期支护体系的稳定性。(2)下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土,并按规定做初期支护。(3)量测工作必须及时,以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值,当发现速率增大时,应立即进行底(仰)拱封闭,或缩短进尺,加强支护,分割掌子面等。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3.3分 部 开 挖 法1.1.环形开挖预留核心土法环形开挖预留核心土法1)开挖面分部形式3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2)施工作业顺序 (1)用人工或单臂掘进机开挖环形拱部,或根据断面的大小,环
10、形拱部又可分成几块交替开挖。(2)安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑,喷混凝土。(3)在拱部初期支护保护下,用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶,随时接长钢支撑和喷混凝土封底。(4)根据初期支护的变形情况或施工安排修筑内层衬砌。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3)特点及适用条件 (1)优点。在施工中,因为上部留有核心土支挡着开挖面,而且能迅速、及时地建造拱部初期支护,所以开挖的工作面稳定性好。(2)缺点。虽然核心土增强了开挖面的稳定,但开挖过程中围岩要经受多次扰动,而且断面分块多,支护结构形成全断面封闭的时间长,这些都有可能使围岩变形增大。因此,它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及
11、其前方岩体进行预支护或预加固。(3)适用条件。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2.2.单侧壁导坑法单侧壁导坑法1)开挖面分部形式 单侧壁导坑法一般将断面分成三块,即侧壁导坑、上台阶、下台阶,见表3-1。侧壁导坑的尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用,并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽,高度以到起拱线为宜。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2)施工作业顺序 (1)开挖侧壁导坑,并进行初期支护(锚杆加钢
12、筋网,或锚杆加钢支撑,或钢支撑,喷射混凝土),应尽快使导坑的初期支护闭合。(2)开挖上台阶,进行拱部初次支护,使其一侧支撑在导坑的初期支护上,另一侧支撑在下台阶上。(3)开挖下台阶,进行另一侧边墙的初期支护,并尽快建造底部初期支护,使全断面闭合。(4)拆除导坑临空部分的初期支护。(5)建造内层衬砌。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3)特点及适用条件 (1)优点。洞室开挖跨度减小(通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面跨度一分为二),有利于围岩稳定。(2)缺点。增加了材料用量和工程造价;施工进度慢。(3)适用条件。单侧壁导坑法适用于围岩稳定性较差、断面跨度大、地表沉陷难以控制的软弱松
13、散围岩。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3 3双侧壁导坑法(眼镜法双侧壁导坑法(眼镜法)1)开挖面分部形式 双侧壁导坑法一般将断面分成为四块:左、右侧壁导坑、上部核心土、下台阶,详情见表3-1。导坑尺寸的拟定原则同前,但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法2)双侧壁导坑法的施工要求 (1)侧壁导坑高度以到起拱线为宜。(2)侧壁导坑形状应接近于椭圆形断面,导坑断面为整个断面的1/3。(3)侧壁导坑的领先长度一般为3050 m。(4)导
14、坑开挖后应及时进行初期支护,并尽早封闭成环。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法3)施工作业顺序 (1)开挖一侧导坑,并及时将其初次支护闭合。(2)相隔适当距离后开挖另一侧导坑,并修筑初次支护。(3)开挖上部核心土,建造拱部初次支护,拱脚支撑在两侧壁导坑的初次支护上。(4)开挖下台阶,建造底部的初次支护,使初次支护全断面闭合,拆除导坑临空部分的初次支护。(5)建造内层衬砌。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法4)特点及适用条件 (1)优点。施工中间变形几乎不发展。(2)缺点。双侧壁导坑法虽施工安全,但速度较慢,成本较高。(3)适用条件。双侧壁导坑法适用于级围岩双线隧道掘
15、进。3.3 3.3 新奥法的施工方法新奥法的施工方法4 4中洞法中洞法 中洞法适用于双连隧道,采用先开挖中洞并支护,在中洞内施作隧道中墙混凝土,后开挖两侧的施工方法。5 5中隔壁中隔壁法法 中隔壁法在近年国内的铁路隧道和城市地下工程的实践中被证明是通过软弱、浅埋大跨度隧道的最有效的施工法之一,它适用于级围岩的双线隧道。6 6交叉中隔壁法交叉中隔壁法 交叉中隔壁法适用于级围岩浅埋的双线隧道或多线隧道,见表3-1。3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.4.1新奥法的施工程序3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.4.2锚 杆1 1锚杆的支护效应锚杆的支护效应4)加固效应1
16、)悬吊效应2)组合梁效应3)支撑围岩3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术2 2锚杆的种类锚杆的种类 (1)锚杆成为洞室开挖中良好的支护手段必须具备以下两个基本条件。锚杆受力后产生变形,且其本身不受破坏。锚杆与围岩保持紧密接触。(2)锚杆的种类。全长黏结型锚杆。端头锚固型锚杆。摩擦型锚杆。预应力锚杆和自钻锚杆等。3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.3.锚杆的布置和质量检查锚杆的布置和质量检查 锚杆的布置分为局部布置和系统布置。局部布置主要用在坚硬而裂隙发育或有潜在龟裂及节理的围岩,重点加固不稳定块体,隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。系统布置的锚杆应用在、级围岩条件下
17、。锚杆的质量检查包括长度、间距、角度、方向、抗拔力等。其中,主要是抗拔力试验,对于重要工程可增加灌浆密度试验。3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.4.3钢拱架 (1)钢拱架支护必须有足够的刚度和强度,能够承受隧道施工期间可能出现的荷载。(2)钢拱架的支护间距宜为0.51.5 m。(3)采用钢拱架支护的地段,连续使用钢拱架的数量不小于3榀;钢拱架支护榀与榀之间须用直径1822mm的钢筋连接,连接筋的间距不大于1 m,并应在钢拱架支护内缘、外缘交错布置。(4)钢拱架与围岩之间混凝土保护层的厚度不小于40 mm;临空一侧混凝土保护层的厚度不应小于20 mm。采用钢拱架支护时的一般规定
18、如下3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.4.4喷射混凝土 1 1喷射混凝土的特点喷射混凝土的特点 (1)喷射混凝土致密,早期强度高,可与围岩牢固黏结形成整体。(2)能及时支护,可有效控制围岩的有害变形,有利于安全施工。(3)不用模板、拱架,可以节省大量钢木材料,降低隧道工程的造价;施工工艺简单,操作方便,机械化程度高,减轻了劳动强度,提高了施工效率。3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术2.2.喷射喷射方式方式1)干喷2)潮喷3)湿喷3 3.材料及材料及其组成其组成2)配合比和水灰比(5)水(1)水泥(2)砂子(4)速凝剂(3)石子3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥
19、法的施工技术1)材 料3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术4 4.机械机械(具)设备(具)设备1)混凝土喷射机2)搅 拌 机 4)机 械 手3)压缩空气机5)混凝土喷射三联机3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术5 5施工工艺施工工艺(干式喷射(干式喷射)6 6堵管问堵管问题的处理题的处理7 7钢纤维喷钢纤维喷射混凝土工艺射混凝土工艺8 8质量质量检查检查3.4 3.4 新奥法的施工技术新奥法的施工技术3.4.5复合式衬砌 复合式衬砌应符合以下规定 (1)初期支护宜采用锚喷支护,即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢拱架等支护形式单独或组合使用,锚杆支护宜采用全长黏结锚杆。(2
20、)二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构,衬砌截面宜采用连接圆顺等厚衬砌断面,仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。(3)在确定开挖断面时,除应满足隧道净空和结构尺寸外,还应考虑初期支护并预留适当的变形量。3.5 3.5 洞口段及明洞的施工方法洞口段及明洞的施工方法3.5.1洞口段的施工方法 1.1.洞口段施工概述洞口段施工概述 所谓“洞口段”,是指隧道开挖可能给洞口地表造成不良影响(下沉、塌穴等)的洞口范围。由于每座隧道的地形、地质及线路位置不同,因此洞口段的范围也不尽相同。一般情况下,可以将洞口浅埋段划分为洞口段,如图3-13所示。3.5 3.5 洞口段及明洞的施工方法洞口段及明洞的施工方法3.
21、5 3.5 洞口段及明洞的施工方法洞口段及明洞的施工方法1)全断面法进洞3)其他进洞方法2 2进洞方法进洞方法2)台阶法进洞3.5 3.5 洞口段及明洞的施工方法洞口段及明洞的施工方法3.5.2明洞的施工方法1.1.先墙后拱法先墙后拱法2.2.先拱后墙法先拱后墙法3.6 3.6 辅助施工方法辅助施工方法3.6.1 超 前 锚 杆1.1.设置方式设置方式 在隧道开挖之前,在开挖面拱部的一定范围内沿隧道断面的周边向地层内打入一排纵向锚杆(或小钢管),通过锚杆对围岩的加固作用,形成超前于工作面的围岩加固棚,在该棚的保护下进行开挖。开挖一个进尺后,再打入一排纵向锚杆,再掘进,如此往复推进,如图3-16
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